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Führungseinrichtung mit wenigstens einer Trag- und Führungsschiene
und wenigstens einer Laufvorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Führungseinrichtung
mit wenigstens einer Trag- und Führungsschiene und wenigstens einer Laufvorrichtung,
die über eine Bewegungsstrecke entlang der Schiene bewegbar ist, wobei die Schiene
und die Laufvorrichtung miteinander zusammenarbeitende Führungsflächen aufweisen,
welche die Bewegungsbahn der Laufvorrichtung bestimmen, sowie mit Mitteln, welche
die Führungsflächen der Laufvorrichtung und der Schiene miteinander in Berührung
halten.
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Bekannte Führungseinrichtungen dieser Art sind meistens mit gewissen
Nachteilen behaftet, von denen besonders die folgenden zu erwähnen sind: Abgesehen
von jenen Führungseinrichtungen, bei denen die Führungsflächen der Laufvorrichtung
und der Schiene unter dem Einfluss der Schwerkraft in Anlage aneinander gehalten
sind, benötigen die bekannten Führungseinrichtungen mechanische Mittel, wie zusätzliche,
in entgegengesetzter
Richtung wirkende Führungsflächen an Laufvorrichtung
und Schiene, um die gewünschte Führung der Laufvorrichtung durch die Schiene unter
allen Umständen zu gewährleisten. Die entgegengesetzten Führungsflächen, insbesondere
der Schiene, verursachen nicht nur höhere Bearbeitungskosten, weil die zu bearbeitenden
Flächenabmessungen grösser sind als bei nur einer Führungsfläche, sondern verlangen
zusätzlich auch eine erhöhte Präzision, die weitere Kosten verursacht und nötig
ist, um die erforderliche Parallelität der entgegengesetzten Führungsflächen, in
Längsrichtung der Schiene betrachtet, zu erreichen, damit in keiner Lage der Laufvorrichtung
zwischen den miteinander zusammenarbeitenden Führungsflächen der Schiene und der
Laufvorrichtung weder ein Spiel noch eine Klemmung auftritt.
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Für die Erzielung einer gleichbleibend genauen Führung während einer
langen Gebrauchsdauer ist es auch wichtig, dass die miteinander zusammenarbeitenden
Führungsflächen der Schiene und der Laufvorrichtung keine bleibenden Deformationen
infolge von Stössen oder Schlägen eriezden, die von aussen auf die Führungseinrichtung
ausgeübt werden konnten Die Führungsflächen sollten daher mit Vorteil an harten
Materialien, wie Stahl, ausgebildet sein. Trag- und Führungsschienen aus Stahl sind
jedoch für manche Anwendungszwecke zu teuer und zu schwer, weshalb man in vielen
Fällen Schienen aus Leichtmetall vorzieht. Die Führungsflächen an Leichtmetallschienen
sind aber vermehrt der Gefahr von Beschädigungen ausgesetzt, besonders wenn die
mit ihnen zusammenarbeitenden Führungsflächen der Laufvorrichtung aus härterem Material,
z.B.
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Stahl, bestehen.
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Aus diesen Gründen ist man auch schon dazu übergegangen, die Führungsflächen
der Laufvorrichtung an Teilen aus Kunststoffen
herzustellen, die
etwas elastisch nachgiebig sind, und die Schiene und ihre Führungsflächen aus Leichtmetall
zu bilden. Die Nachgiebigkeit der Kunststoffteile bringt jedoch den Nachteil, die
Führung der Laufvorrichtung verhältnismässig unbestimmt und für manche Zwecke zu
ungenau werden zu lassen.
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Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Führungseinrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die geschilderten Nachteile bekannter
Führungseinrichtungen vermeidet. Diese Aufgabe ist bei der erfindungsgemässen Führungseinrichtung
dadurch gelöst, dass die Schiene mindestens eine sich über die Bewegungsstrecke
der Laufvorrichtung erstreckende ferromagnetische Partie aufweist und die Laufvorrichtung
mindestens einen Magneten enthält, welcher der ferromagnetischen Partie der Schiene
gegenüber angeordnet ist, ohne dieselbe zu berühren, so dass die Führungsflächen
der Laufvorrichtung und der Schiene durch magnetische Kraftwirkung in Anlage aneinander
gehalten sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsformist die Schiene aus einem Leichtmetallprofilstab
und mindestens einem daran parallel verlaufend befestigten ferromagnetischen Stab
zusammenge setzt, mit welchem der Magnet der Laufvorrichtung zusammenarbeitet. Die
Führungsfläche der Schiene kann dabei wahlweise entweder am genannten ferrromagnetischen
Stab oder an einem zusätzlichen, ebenfalls am Leichtmetallprofilstab parallel verlaufend
befestigten Stab aus härterem Material ausgebildet sein. Der die Führungsfläche
der Schiene aufweisende Stab besteht vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl.
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Der Magnet der Laufvorrichtung kann zweckmässig ein Permanentmagnet
in Topfform sein. Um eine leichte Bewegbarkeit der Laufvorrichtung zu gewährleisten,
kann diese mindestens zwei drehbar gelagerte Stahlrollen aufweisen, deren Umfangsflächen
die Führungsflächen der Laufvorrichtung sind.
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Die neue Führungseinrichtung ist für mancherlei Zwecke brauchbar.
Eine besonders vorteilhafte Verwendung ergibt sich im Zusammenhang mit einer Zeichenmaschine.
Dabei kann je eine Laufvorrichtung einer Führungseinrichtung an den beiden Enden
einer horizontalen Traverse oder Reissschiene und je eine Schiene dieser Führungseinrichtung
an den entgegengesetzten Seitenkanten eines Zeichenbrettes angeordnet werden, so
dass die Traverse in Höhenrichtung des Zeichenbrettes parallelverschiebbar geführt
ist. Auch ist es möglich, mittels der neuen Führungseinrichtung einen Zeichenkopf
zum schwenkbaren Halten mindestens eines Lineals an der horizontalen Traverse längs
derselben verschiebbar anzuordnen.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus den Ansprüchen, aus der nun folgenden Beschreibung und aus den beigefügten
Zeichnungen, in welchen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Führungseinrichtung
rein beispielsweise veranschaulicht sind.
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Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Führungseinrichtung
in Seitenansicht; Fig. 2 ist eine Schnitt- und Stirnansicht gemäss der Linie und
den Pfeilen II-II in Fig. 1; Fig. 3 stellt ein zweites Ausführungsbeispielder Führungseinrichtung
in Seitenansicht dar; Fig. 4 ist eine Schnitt- urx Stirnansicht gemäss der Linie
und den Pfeilen IV-IV in Fig. 3.
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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Führungseinrichtung weist eine
geradlinig verlaufende Trag- und Führungsschiene 10 und eine Laufvorrichtung 20
auf, die-entlang der Schiene 10 hin- und herbewegbar ist. Die Schiene 10 besteht
aus einem extrudierten, gezogenen oder gewalzten Leichtmetall-Profilstab 11, der
im gezeigten Beispiel die Gestalt eines Vierkantrohres
hat, und
einem ferromagnetischen Stab 12, der parallel zum Profilstab 11 verlaufend an einer
Aussenfläche desselben befestigt ist, beispielsweise durch Verklebung. Der ferromagnetische
Stab 12 besteht vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl und weist eine genau eben
geschliffene Führungsfläche 13 sowie eine weitere Fläche 14 auf, die weniger genau
bearbeitet sein muss. Die beiden Flächen 13 und 14 befinden sich an der vom Profilstab
11 abgewandten Oberseite des Stabes 12, sind jedoch in bezug aufeinander etwas versetzt
zwecks Bildung einer Schulter 15 an der Uebergangsstelle zwischen den beiden Flächen
13 und 14. Die Schulter 15 wird gleichzeitig mit dem Schleifen der Führungsfläche
13 erzeugt und bearbeitet, so dass sie genau geradlinig verläuft.
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Die Laufvorrichtung 20 weist ein Fahrgestell 21 auf, an dem zwei
zylindrische Rollen 22 drehbar angeordnet sind. Die Rollen 22 bestehen vorzugsweise
aus Stahl und sind durch die Aussenringe von Präzisionsnadellagern gebildet, deren
Innenringe je auf einer Achse 23 befestigt sind. Die Umfangsflächen 24 der Rollen
22 dienen als Führungsflächen der Laufvorrichtung 20 und arbeiten mit der Führungsfläche
13 der Schiene 10 zusammen. Am Fahrgestell 21 sind ferner zwei Permanentmagnete
25 in Topfform derart befestigt, dass die freien Polflächen 26 der Magnete mit einem
verhältnismässig kleinen Zwischenraum der Fläche 14 des ferromagnetischen Stabes
12 gegenüberliegen.
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Jeder der Magnete 25 weist an seiner geschlossenen Seite einen Gewindebolzen
27 auf, der durch eine Gewindebohrung im Fahrgestell 21 hindurchgeschraubt ist und
eine Gegenmutter 28 trägt. Bei gelöster Gegenmutter 28 lässt sich der Abstand der
Polflächen 26 des Magneten von der Fläche 14 des ferromagnetischen Stabes 12 durch
Drehen des Gewindebolzens 26 in der zugeordneten Gewindebohrung auf das gewünschte
Mass, beispielsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm, einstellen.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 ist angenommen, dass
zwei der beschriebenen Trag- und Führungsschienen 10 an den einander entgegengesetzten
rechten und linken Seitenkanten eines Zeichenbrettes 30 befestigt sind, derart,
dass die Fläche 14 des ferromagnetischen Stabes 12 einer jeden Schiene 10 wenigstens
annähernd in der Ebene der Zeichnungsfläche des Brettes 30 liegt. In Fig. 2 ist
nur eine der zwei Trag- und Führungsschienen 10 gezeigt; die gegenüberliegende zweite
Schiene ist völlig gleich ausgebildet, aber spiegelbildlich seitenverkehrt angeordnet.
Analog wie auf der in Fig. 2 gezeigten einen Schiene 10 befindet sich auch auf der
gegenüberliegenden zweiten Schiene eine Laufvorrichtung, die gleich wie die beschriebene
Laufvorrichtung 20 ausgebildet, aber spiegelbildlich seitenverkehrt angeordnet ist.
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Die beschriebene Führungseinrichtung besteht in diesem Beispiel somit
aus je einem Paar Laufvorrichtungen und einem zugehörigen Paar Schienen. Die beiden
Laufvorrichtungen 20 rechts und links des Zeichenbrettes 30 sind miteinander durch
eine horizontale Traverse 31 verbunden, deren Enden je am Fahrgestell 21 der betreffenden
Laufvorrichtung 20 befestigt sind, wie Fig. 2 für das rechte Ende der Traverse zeigt.
Es leuchtet ein, dass auf die beschriebene Weise die Traverse 31 mittels der beiden
Laufvorrichtungen 20 in der Höhenrichtung des Zeichenbrettes 30 bewegbar auf den
Schienen 10 geführt ist und dass bei dieser Bewegung die Traverse 31 parallelverschoben
wird. Die Schulter 15 jeder Schiene 10 sorgt in Zusammenarbeit mit den benachbarten
Rollen 22 für die nötige Seitenführung, um Bewegungen der Traverse in ihrer Längsrichtung
zu verhüten. An der Traverse 31 kann in bekannter Weise eine Reissschiene (nicht
dargestellt) vorhanden sein.
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Durch die Ausführung der beschriebenen Führungseinrichtung 10, 20
mit gepaarten Laufvorrichtungen und Schienen zur Führung der Traverse 31 ergeben
sich die folgenden hauptsächlichen Vorteile:
Die magnetische Kraftwirkung,
welche die Permanentmagnete 25 jeder Laufvorrichtung 10, 20 auf den ferromagnetischen
Stab 12 der zugeordneten Trag-und Führungsschiene 10 ausüben, halten die Rollen
22 dauernd in Anlage an der Führungsfläche 13 der betreffenden Schiene 10. Da ausser
den Rollen 22 weder die Magnete 25 noch andere Teile der Laufvorrichtung 20 die
Schiene 10 berühren, lässt sich die Laufvorrichtung verhältnismässig leicht entlang
der Schiene 10 bewegen. Die magnetische Kraftwirkung der Magnete 25 beeinträchtigt
die Bewegbarkeit der Laufvorrichtung bei den üblichen Bewegungsgeschwindigkeiten
in keiner Weise. Nur bei verhältnismässig hohen, in der Praxis kaum vorkommenden
Geschwindigkeiten macht sich infolge Wirbelstromeffektes eine Eremswirkungbemerkbar,
die mit steigender Geschwindigkeit zunimmt. Diese Erscheinung stört beim Verschieben
der Traverse 31 keineswegs und ist eher nützlich, um unbeabsichtigt rasche Bewegungen
der Traverse infolge von tössen zu verhindern.
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Obwohl die Wirkung der Magnete 25 die Laufvorrichtung 20 jeder Führungseinrichtung
10, 20 stark in Anlage an der betreffenden Schiene 10 hält, ist es im Gegensatz
zu einer mechanischen Niederhaltung möglich, eine Laufvorrichtung 20 von der Schiene
10 zu trennen, indem man eine genügend grosse Abhebekraft zur Ueberwindung der Magnetkraft
aufwendet. Dies wird man unter den üblichen Gebrauchsbedingungen zwar nicht tun,
kann aber eintreten, wenn auf irgend eine Weise unbeabsichtigte Stösse auf eine
der Laufvorrichtungen 20 oder auf die Traverse 31 ausgeübt werden. In einem solchen
Fall wird eventuell einfach die betreffende Laufvorrichtung 20 von der Schiene 10
abgehoben, wodurch Beschädigungen an der Schiene und der Laufvorrichtung infolge
der Stösse verhütet werden.
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Die Bewegungsbahn jeder Laufvorrichtung 20 ist allein durch die miteinander
zusammenarbeitenden Führungsflächen 13
und 24 der Schiene 10 bzw.
der Laufvorrichtung 20 sowie die Schultern 15 der beiden Schienen rechts und links
des Zeichenbrettes bestimmt. Da die erwähnten Flächen bzw. Schultern an Teilen aus
Stahl vorhanden sind und auf verhältnismässig einfache Weise genau in der gewünschten
Form bearbeitet, d.h.
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geschliffen werden können, erzielt man ohne übermässigen Kostenaufwand
eine genaue und während praktisch unbeschränkter Zeit genau bleibende Führung jeder
Laufvorrichtung 20.
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Da ferner die der Führung dienenden Flächen 13, 15 und 24 offenliegen
und frei zugänglich sind, lassen sie sich rasch und mühelos sauber halten, so dass
die Genauigkeit der Führung nicht durch Schmutzpartikeln an den erwähnten Flächen
beeinträchtigt wird.
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Weil die Schiene 10 jeder Führungseinrichtung 10, 20 aus einem hohlen
Leichtmetall-Profilstab 11 und einem Stahl stab 12 kleineren Querschnittes zusammengesetzt
ist, ist das Gewicht der Schiene verhältnismässig niedrig. Der Leichtmetall-Profilstab
11 gewährleistet die nötige Festigkeit gegen Biegung und Torsion der Schiene, während
der Stahlstab 12 die gewünschte Härte und gute Bearbeitbarkeit aufweist. Da die
Materialmenge des Stahlstabes 12 im Vergleich zur gesamten Schiene 10 gering ist,
kann er ohne allzugrossen Kostenaufwand aus nichtrostendem Stahl hergestellt werden.
Die Verbindung des Leichtmetall-Profilstabes 11 mit dem Stahlstab 12 durch Verkleben
ist leicht und preisgünstig durchführbar. Das genaue Schleifen der Führungsfläche
13 und der Schulter 15 wird zweckmässig erst nach dem Aufkleben des Stahlstabes
12 auf dem Leichtmetall-Profilstab vorgenommen.
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Die in den Fig. 3 und 4 veranschaulichte zweite Ausführungsform der
Führungseinrichtung weist eine Trag- und Führungsschiene 50 auf, die zusammengesetzt
ist aus einem Nichteisen-Profilstab 51, z.B. aus Messing, mit L-förmigem Querschnitt
mit
rechtwinklig zueinander stehenden Schenkeln 52 und 53, aus einem Stahlstab 54, vorzugsweise
aus nichtrostendem Stahl, der am Ende des aufrechten Schenkels 52 befestigt ist,
und aus einem ferromagnetischen Stab 55, z.B. aus gewöhnlichem Eisen, der an der
Oberseite des waagrecht verlaufenden Schenkels 53 befestigt ist. Die Verbindung
der Teile 51, 54 und 55 miteinander kann zweckmässig durch Verklebung bewerkstelligt
sein. Die obere, vom Profilstab 51 abgewandte Aussenfläche 56 des Stahlstabes 54
ist genau eben geschliffen und dientals Führungsfläche. Die vom waagrecht verlaufenden
Schenkel 53 abgewandte, obere Fläche 57 des Eisenstabes 55 ist ebenfalls wenigstens
annähernd eben bearbeitet, wobei die Genauigkeit jedoch beträchtlich geringer sein
kann als im Falle der Führungsfläche 56.
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Der beschriebenen Schiene 50 ist eine Laufvorrichtung 60 zugeordnet.
Diese weist ein Fahrgestell 61 auf, das im wesentlichen aus zwei zueinander parallelen
Platten 62 und einem diese miteinander oben verbindenden Steg 63 besteht. Die Platten
62 haben voneinander einen solchen Abstand, dass dazwischen der aufrechte Schenkel
52 des Profilstabes 51 mit ausreichendem Spiel Platz findet. Im Fahrgestell 61 sind
oben zwei Achsen 64 befestigt, auf denen je eine zylindrische Rolle 65 drehbar gelagert
ist. Zweckmässig ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel jede der Rollen 65 durch
den aus Stahl bestehenden Aussenring eines Präzisionsnadellagers gebildet.
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Die Umfangsfläche 66 jeder Rolle 65 dient als Führungsfläche der Laufvorrichtung
und wälzt sich auf der Führungsfläche 56 der Schiene 50 ab. Das Fahrgestell 61 weist
oberhalb des waagrecht verlaufenden Schenkels 53 des Profilstabes 51 einen seitlichen
Vorsprung 67 auf, an dem zwei topfförmige Permanentmagnete 68 derart angeordnet
sind, dass ihre freien Polflächen 69 mit geringem Abstand der oberen Fläche 57 des
Eisenstabes 55 gegenüberliegen. Die Magnete 68 sind analog dem
ersten
Ausführungsbeispiel je mit Hilfe eines Gewindebolzens 70 und einer Gegenmutter 71
einstellbar am Fahrgestell 61 befestigt. Damit die Laufvorrichtung 60 unter dem
Einfluss der magnetischen Kraftwirkung zwischen den Magneten 68 und dem Eisenstab
55 nicht seitlich kippt bis die Magnete den Eisenstab berühren, ist noch eine seitliche
Stützrolle 72 vorgesehen, die drehbar auf einer am Vorsprung 67 befestigten Achse
73 gelagert ist und sich gegen die eine Seite des aufrechten Schenkels 52 des Profilstabes
51 abstützt.
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Die beschriebene Laufvorrichtung 60 ist mittels der Rollen 65 auf
der Führungsfläche 56 der Schiene 50 aufgehängt, so dass die Laufvorrichtung 60
entlang der Schiene 50 hin-und herbewegbar ist. Die Magnete 68 sorgen in Zusammenarbeit
mit dem ferromagnetischen Eisenstab 55 dafür, dass die Rollen 65 stets kräftig in
Anlage an der Führungsfläche 57 der Schiene 50 gehalten werden. Die seitliche Stützrolle
72 verhindert ein Seitwärtskippen der Laufvorrichtung 60 unter dem Einfluss der
magnetischen Kraftwirkung. Es ist ersichtlich, dass ausser den Rollen 65 und 72
keine andern Teile der Laufvorrichtung 60 mit der Schiene 50 in Berührung treten,
weshalb ein leichtgängiges Verschieben der Laufvorrichtung entlang der Schiene möglich
ist.
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Bei einer bevorzugten Verwendung der beschriebenen Führungseinrichtung
50, 60 gemäss Fig. 3 und 4 kann die Schiene 50 eine horizontale Traverse einer Zeichenmaschine
sein, beispielsweise an der Stelle der Traverse 31 im ersten Ausführungsbeispiel
nach den Fig. 1 und 2, und die Laufvorrichtung 60 kann dabei als Träger eines Zeichenkopfes
mit schwenkbaren Reissschienen oder auch nur als Träger einer vertikalen Reissschiene
dienen.
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Die Vorteile der Führungseinrichtung 50, 60 sind gleich oder ähnlich
wie bein ersten Ausführungsbeispiel. Ein zusätzlicher Vorteil des zweiten Beispieles
gemäss Fig. 3 und 4 besteht darin, dass eine geringere enge nichtrostenden Stahls
erforderlich ist, nämlich nur für den die genau geschliffene Führungsfläche 57 aufweisenden
Stab 54, wogegen der den Magneten 68 zugeordnete ferromagnetische Stab 55 aus billigerem
Eisen bestehen kann Es ist klar, dass die beschriebene Führungseinrichtung nicht
nur in Verbindung mit einer Zeichenmaschine verwendbar ist. Auch zahlreiche andere
Verwendungen sind möglich, z.B.
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an Werkzeugmaschinen, optischen Geräten (anstelle der üblichen optischen
Bank) usw. Die Permanentmagnete können gegebenenfalls auch durch Elektromagnete
ersetzt sein. In manchen Fällen kann ein einziger Magnet an der Laufvorrichtung
genügen.