DE202022002593U1

DE202022002593U1 - Einrichtung zur Kühlung und thermischen Stabilisierung einer Profilschienenführung an einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE202022002593U1
Application number: DE202022002593.9U
Authority: DE
Original assignee: Nsh Tech GmbH; Nsh Technology GmbH
Current assignee: Nsh Tech GmbH; Nsh Technology GmbH
Priority date: 2022-12-06
Filing date: 2022-12-06
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2032-12-07

Abstract

Einrichtung zur Kühlung und thermischen Stabilisierung einer Profilschienenführung an einer Werkzeugmaschine mit einem Fluid als Temperiermedium, wobei die Werkzeugmaschine einen Führungswagen aufweist, der auf einer Profilschiene linear verschiebbar abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Profilschiene (1) mindestens eine baulich vorhandene Aussparung (2) und/ oder an einem Führungswagen (3) mindestens eine baulich vorhandene Aussparung (4) für eine Aufnahme und Durchleitung eines Fluids ausgestaltet ist, wobei die zu den Aussparungen (2 und/oder 4) jeweils benachbart angeordneten Flächenabschnitte der zugeordneten Anschlussgeometrie (6) der Profilschiene (1) und der zugeordneten Anschlussgeometrie (5) des Führungswagens (3) eine die Aussparungen (2 und 4) derart überdeckende Kontur aufweisen, dass jeweils ein Hohlraum ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kühlung und thermischen Stabilisierung einer Profilschienenführung an einer Werkzeugmaschine mit einem Fluid als Temperiermedium, wobei die Werkzeugmaschine einen Führungswagen aufweist, der auf einer Profilschiene linear verschiebbar abgestützt ist.
Werkzeugmaschinen sind Maschinen, bei denen mit einem Werkzeug an einem Werkstück unter einer gegenseitig definierten Führung eine Bearbeitung erfolgt. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung weisen Werkzeugmaschinen üblicherweise Führungen auf, mit denen Linearbewegungen der zur Bearbeitung eines Werkstückes notwendigen Baugruppen realisiert werden können. Hierfür werden vorzugsweise wälzgelagerte oder hydrostatische Profilschienenführungen genutzt, bei denen die einander zugeordneten Führungsflächen nicht aufeinander gleiten, sondern mit etwas Abstand zueinander bewegbar sind. Dieser Abstand wird bei Wälzführungen durch Kugeln oder Rollen und bei hydrostatischen Führungen durch mit Druck beaufschlagte Schmiermittel erreicht.
Trotz dieses Abstandes zwischen den Führungsflächen eines Führungswagens und der Führungsbahn der Profilschiene wird durch die Relativbewegung eine Wärmemenge erzeugt, die sich auf die Geometrie der Baugruppen und somit auf die Qualität der jeweiligen Werkstückbearbeitung auswirken kann. Um temperaturbedingte Störeinflüsse der relativ zueinander bewegten Baugruppen an Werkzeugmaschinen zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren, wurden bereits verschiedene technische Lösungen vorgeschlagen.
So beschreibt DE 10 2010 050 974 A1 eine Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, bei der geradlinige Relativbewegungen von Baugruppen mit einem Messsystem erfasst werden. Die Komponenten des Messsystems sind am Maschinentisch derart symmetrisch zueinander angeordnet, dass sich thermisch bedingte Änderungen der geometrischen Abmessungen von Bauteilen weitgehend gegenseitig aufheben.
Weiterhin ist es bekannt, dass neben den Führungsschienen jeweils Kühlkanäle angeordnet werden, die jedoch eine asymmetrische Verformung der Führung und deren Umgebung hervorrufen können. Außerdem wird das Kühlmedium zu weit entfernt von der eigentlichen Wärmequelle geführt.
DE 101 64 405 A1 betrifft eine Werkzeugmaschinen zur spanenden Bearbeitung, bei der thermisch bedingte Verformungen an für die Geometrie relevanten Baugruppen reduziert werden, indem diese Baugruppen mit einem Kühlmedium umgeben werden. Dabei wird vorgeschlagen, dass an zueinander benachbarten Abschnitten einer solchen Baugruppe jeweils gegenläufig strömende Kühlmedium durch Kanalstrukturen im Maschinengehäuse geführt werden. Diese Variante erfordert jedoch zusätzlich einen separaten Kühlkreislauf mit einer Pumpe. Außerdem nimmt mit zunehmender Länge einer Führungsschiene auch die Kühlleistung und damit die thermische Stabilisierung ab.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Kühlung einer Profilschienenführung an einer Werkzeugmaschine zu schaffen, mit der Temperaturschwankungen infolge von Relativbewegungen zwischen einem Führungswagen und einer Profilschiene vermieden oder zumindest niedrig gehalten werden. Damit sollen geometrische Änderungen am Führungswagen und der Profilschiene verhindert werden, so dass im Ergebnis eine hohe Bearbeitungsqualität und Genauigkeit gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem an einer Profilschiene mindestens eine baulich vorhandene Aussparung und/oder an einem Führungswagen mindestens eine baulich vorhandene Aussparung für eine Aufnahme und Durchleitung eines Fluids ausgestaltet ist. Hierfür weisen die zu den Aussparungen jeweils benachbart angeordneten Flächenabschnitte der zugeordneten Anschlussgeometrien von Profilschiene und Führungswagen eine die Aussparungen derart überdeckende Kontur auf, dass jeweils ein Hohlraum ausgestaltet ist.
Dabei kann eine Kühlung von Profilschiene und Führungswagen sowohl zusammen als auch getrennt voneinander erfolgen. Bei jeder Variante wird die entstandene Wärme über ein in mindestens einem ohnehin vorhandenem Hohlraum an der Profilschiene bzw. über ein in mindestens einem ohnehin vorhandenem Hohlraum am Führungswagen geleitetes Fluid abgeführt. Somit werden vorhandene Konturen an der Profilschiene und am Führungswagen einer zusätzlichen Nutzung zugeführt und nunmehr als spezifische Kühlkanäle oder allgemein als Temperierungselemente genutzt. Durch die Wärmeableitung (oder bedarfsweise auch Wärmezuführung) können thermische Verlagerungen an einer Werkzeugmaschine reduziert oder stabilisiert werden.
Eine Ausgestaltung schlägt vor, dass der zur Aussparung der Profilschiene benachbart angeordnete Flächenabschnitt der zugeordneten Anschlussgeometrie eine ebene Oberflächenkontur aufweist. Somit wird mit geringem konstruktiven Aufwand ein erster Hohlraum zur Durchleitung eines Fluids geschaffen.
Eine diesbezüglich alternative Ausgestaltung schlägt vor, dass der zur Aussparung der Profilschiene benachbart angeordnete Flächenabschnitt der zugeordneten Anschlussgeometrie eine Oberflächenkontur mit einer kanalförmigen Aussparung aufweist, die in derselben Kontur verläuft wie die Aussparung der Profilschiene. Somit ist ein etwas größerer konstruktiver Aufwand erforderlich. Allerdings wird dabei ein wesentlich größerer Hohlraum zur Durchleitung eines Fluids geschaffen, so dass in einfacher Weise eine höhere Wärmeleistung eingebracht oder auch abgeführt werden kann.
Eine Ausgestaltung schlägt vor, dass der zur Aussparung des Führungswagens benachbart angeordnete Flächenabschnitt der zugeordneten Anschlussgeometrie eine ebene Oberflächenkontur aufweist. Somit wird mit geringem konstruktiven Aufwand ein zweiter Hohlraum zur Durchleitung eines Fluids geschaffen.
Eine diesbezüglich alternative Ausgestaltung schlägt vor, dass der zur Aussparung des Führungswagens benachbart angeordnete Flächenabschnitt der zugeordneten Anschlussgeometrie eine Oberflächenkontur mit einer kanalförmigen Aussparung aufweist, die in derselben Kontur verläuft wie die Aussparung des Führungswagens. Somit ist ein etwas größerer konstruktiver Aufwand erforderlich. Allerdings wird dabei ein wesentlich größerer Hohlraum zur Durchleitung eines Fluids geschaffen, so dass in einfacher Weise eine höhere Wärmeleistung eingebracht oder auch abgeführt werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung schlägt vor, dass in mindestens einer Aussparung eine Düsenkontur angeordnet ist. Somit können thermodynamische Zustandsänderungen des jeweils eingesetzten Fluides ausgelöst werden.
Eine weitere Ausgestaltung schlägt vor, dass jede separate Aussparung oder jede aus jeweils zwei Aussparungen gebildete Kanalkontur mindestens eine Zuführungsstelle für das Fluid aufweist. Eine diesbezüglich weitere Ausgestaltung schlägt vor, dass zwei solcher Zuführungsstellen für das Fluid ausgestaltet sind, die bezogen auf die Länge der Profilschiene zueinander symmetrisch angeordnet sind. Die Zuführung des Fluids kann demzufolge an lediglich einer Stelle oder auch mehrmals im gesamten Bereich der Länge der Profilschiene erfolgen.
Eine weitere Ausgestaltung schlägt vor, dass jede separate Aussparung oder jede aus jeweils zwei Aussparungen gebildete Kanalkontur mindestens eine Ableitungsstelle für das Fluid aufweist. Die Ableitung des Fluids kann demzufolge an lediglich einer Stelle oder auch mehrmals im gesamten Bereich der Länge der Profilschiene erfolgen. Sofern lediglich eine Ableitungsstelle vorgesehen ist, wird mit einer diesbezüglich weiteren Ausgestaltung vorgeschlagen, dass eine derartige Ableitungsstelle für das Fluid symmetrisch zwischen zwei Zuführungsstellen für das Fluid angeordnet ist.
Bei der für einen konkreten Bearbeitungsschritt auf einer Werkzeugmaschine notwendigen Relativbewegung zwischen einem Führungswagen und einer Profilschiene entsteht Wärme durch Reibung. Die Erwärmung bewirkt ab einer bestimmten Wärmemenge eine thermische Verlagerung von zugeordneten Baugruppen, die über Geometrien mit dem Führungswagen und der Profilschiene in Wirkverbindung stehen. Dieser Nachteil kann vermieden werden, sofern durch erfindungsgemäß ausgestaltete Kanalstrukturen der an der Relativbewegung beteiligten Baugruppen ein Fluid geleitet wird, welches die Wärme abführt.
Dabei wird die in die Werkzeugmaschine im Bereich der Profilschienenführung eingebrachte Wärme effektiv und thermisch symmetrisch über das jeweils verwendete Fluid abgeführt bzw. eingebracht. Als Fluid sind flüssige oder gasförmige Medien geeignet. Dieses Fluid wird über Zuführungsstellen an der Anschlussgeometrie von Profilschiene und Führungswagen den Kanalstrukturen zugeführt und je nach Ausgestaltung über Ableitungsstellen an der Anschlussgeometrie wieder abgeführt.
Die Kühlung der Profilschienenführung kann vorzugsweise symmetrisch erfolgen, wobei nicht zwingend eine symmetrische Ausgestaltung notwendig ist. Dabei wird auch der Bereich der Umgebung temperiert. Das eigentliche Kühlen erfolgt direkt im Bereich der Führung für den Führungswagen, wo der größte Einfluss auf thermische Verlagerungen stattfindet.
Somit wird eine Einrichtung zur Kühlung einer Profilschienenführung an Werkzeugmaschinen geschaffen, mit der Temperaturschwankungen infolge von Relativbewegungen zwischen einem Führungswagen und einer Profilschiene weitgehend vermieden oder zumindest sehr niedrig gehalten werden. Dadurch werden geometrische Änderungen am Führungswagen und der Profilschiene verhindert, so dass im Ergebnis eine hohe Bearbeitungsqualität mit der Werkzeugmaschine gewährleistet werden kann.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 eine Ausführung von Profilschiene und Führungswagen im Querschnitt
2 die Ausführung gemäß 1 mit weiteren konstruktiven Ausgestaltungen
3 den Übergangsbereich von Profilschiene und Anschlussgeometrie im Längsschnitt

Die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung ist zur Kühlung und thermischen Stabilisierung einer Profilschienenführung an einer Werkzeugmaschine konzipiert. Eine diesbezügliche Werkzeugmaschine weist neben zahlreichen anderen (nicht dargestellten) Baugruppen insbesondere einen Führungswagen 3 auf, der auf einer Profilschiene 1 linear verschiebbar abgestützt ist.
Aus 1 ist ersichtlich, dass die Profilschiene 1 mindestens eine Aussparung 2 aufweist, die in Längsrichtung der Profilschiene 1 verläuft und baulich vorhanden ist. Demzufolge muss für die erfindungsgemäß vorgeschlagene Nutzung keine zusätzliche Struktur in der Profilschiene 1 ausgestaltet werden.
Auch der Führungswagen 3 weist mindestens eine Aussparung 4 auf. Im gezeigten Beispiel sind zwei solcher Aussparungen 4 vorhanden, die parallel zueinander in Längsrichtung des Führungswagens 3 verlaufen und baulich vorhanden sind. Demzufolge muss für die erfindungsgemäß vorgeschlagene Nutzung auch am Führungswagen 3 keine zusätzliche Struktur ausgestaltet werden.
Die somit ohnehin baulich vorhandenen Aussparungen 2 und 4 werden erfindungsgemäß für eine Aufnahme und Durchleitung eines Fluids als Temperiermedium ausgestaltet. Hierfür weisen die zu den Aussparungen 2 und 4 benachbart angeordneten Flächenabschnitte der zugeordneten Anschlussgeometrie 6 der Profilschiene 1 und der zugeordneten Anschlussgeometrie 5 des Führungswagens 3 jeweils eine Kontur auf, welche die Aussparungen 2 und 4 so überdeckt, dass jeweils ein Hohlraum ausgestaltet wird.
Bei der Ausführung gemäß 1 weist der zur Aussparung 2 der Profilschiene 1 benachbart angeordnete Flächenabschnitt der zugeordneten Anschlussgeometrie 6 eine ebene Oberflächenkontur auf. Ebenso weist der zu den Aussparungen 4 des Führungswagens 3 benachbart angeordnete Flächenabschnitt der zugeordneten Anschlussgeometrie 5 eine ebene Oberflächenkontur auf.
Bei der in 2 dargestellten Ausführung weist der zur Aussparung 2 der Profilschiene 1 benachbart angeordnete Flächenabschnitt der zugeordneten Anschlussgeometrie 6 eine Oberflächenkontur mit einer kanalförmigen Aussparung 8 auf. Diese Aussparung 8 verläuft in derselben Kontur wie die Aussparung 2 der Profilschiene 1. Der zu den Aussparungen 4 des Führungswagens 3 benachbart angeordnete Flächenabschnitt der zugeordneten Anschlussgeometrie 5 weist ebenfalls eine Oberflächenkontur mit hier zwei kanalförmigen Aussparungen 7 auf. Diese Aussparungen 7 verlaufen jeweils in derselben Kontur wie die Aussparungen 4 des Führungswagens 3.
In jeder der Aussparungen 2, 4, 7, und 8 kann eine Düsenkontur angeordnet werden, die in der Zeichnung allerdings nicht dargestellt ist.
Jede separate Aussparung 2 und 4 oder jede aus jeweils zwei Aussparungen 2 und 8 sowie 4 und 7 gebildete Kanalkontur weist jeweils mindestens eine Zuführungsstelle 9 und eine Ableitungsstelle 10 für das vorzugsweise als Kühlmedium verwendete Fluid auf.
In 3 ist beispielhaft eine diesbezüglich konkrete Ausführung am Übergangsbereich von Profilschiene 1 und zugeordneter Anschlussgeometrie 6 mit einer als Hohlraum für das Fluid genutzten Aussparung 2 dargestellt. Hier sind zwei Zuführungsstellen 9 für das Fluid ausgestaltet, die bezogen auf die Länge der Profilschiene 1 zueinander symmetrisch angeordnet sind. Weiterhin ist hier eine Ableitungsstelle 10 für das Fluid ausgestaltet, die symmetrisch zwischen den beiden Zuführungsstellen 9 für das Fluid angeordnet ist. Die jeweiligen Strömungsrichtungen des Fluids sind mit Pfeilen stilisiert.
Bezugszeichenliste

1: Profilschiene
2: Hohlraum an Profilschiene
3: Führungswagen
4: Hohlraum am Führungswagen
5: Anschlussgeometrie Führungswagen
6: Anschlussgeometrie Profilschiene
7: Hohlraum Anschlussgeometrie Führungswagen
8: Hohlraum Anschlussgeometrie Profilschiene
9: Zuführung Fluid
10: Ableitung Fluid

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010050974 A1 [0004]
DE 10164405 A1 [0006]

Claims

Einrichtung zur Kühlung und thermischen Stabilisierung einer Profilschienenführung an einer Werkzeugmaschine mit einem Fluid als Temperiermedium, wobei die Werkzeugmaschine einen Führungswagen aufweist, der auf einer Profilschiene linear verschiebbar abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Profilschiene (1) mindestens eine baulich vorhandene Aussparung (2) und/ oder an einem Führungswagen (3) mindestens eine baulich vorhandene Aussparung (4) für eine Aufnahme und Durchleitung eines Fluids ausgestaltet ist, wobei die zu den Aussparungen (2 und/oder 4) jeweils benachbart angeordneten Flächenabschnitte der zugeordneten Anschlussgeometrie (6) der Profilschiene (1) und der zugeordneten Anschlussgeometrie (5) des Führungswagens (3) eine die Aussparungen (2 und 4) derart überdeckende Kontur aufweisen, dass jeweils ein Hohlraum ausgestaltet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Aussparung (2) der Profilschiene (1) benachbart angeordnete Flächenabschnitt der zugeordneten Anschlussgeometrie (6) eine ebene Oberflächenkontur aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Aussparung (2) der Profilschiene (1) benachbart angeordnete Flächenabschnitt der zugeordneten Anschlussgeometrie (6) eine Oberflächenkontur mit einer kanalförmigen Aussparung (8) aufweist, die in derselben Kontur verläuft wie die Aussparung (2) der Profilschiene (1).
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Aussparung (4) des Führungswagens (3) benachbart angeordnete Flächenabschnitt der zugeordneten Anschlussgeometrie (5) eine ebene Oberflächenkontur aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Aussparung (4) des Führungswagens (3) benachbart angeordnete Flächenabschnitt der zugeordneten Anschlussgeometrie (5) eine Oberflächenkontur mit einer kanalförmigen Aussparung (7) aufweist, die in derselben Kontur verläuft wie die Aussparung (4) des Führungswagens (3).
Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Aussparung (2; 4; 7; 8) eine Düsenkontur angeordnet ist.
Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede separate Aussparung (2 und 4) oder jede aus jeweils zwei Aussparungen (2 und 8 sowie 4 und 7) gebildete Kanalkontur mindestens eine Zuführungsstelle (9) für das Fluid aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zuführungsstellen (9) für das Fluid ausgestaltet sind, die bezogen auf die Länge der Profilschiene (1) zueinander symmetrisch angeordnet sind.
Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede separate Aussparung (2 und 4) oder jede aus jeweils zwei Aussparungen (2 und 8 sowie 4 und 7) gebildete Kanalkontur mindestens eine Ableitungsstelle (10) für das Fluid aufweist.
Einrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ableitungsstelle (10) für das Fluid symmetrisch zwischen zwei Zuführungsstellen (9) für das Fluid angeordnet ist.