DE4301434C2 - Linearführungsanordnung mit Ausgleichsmitteln für mechanische Spannungen - Google Patents
Linearführungsanordnung mit Ausgleichsmitteln für mechanische SpannungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Linearführungsanordnung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Linearführungsanordnungen, die im wesentlichen aus einer
Tischbaugruppe bestehen, die mittels Führungswagen auf zwei
auf einer Basis angeordneten Führungsschienen verschiebbar
gelagert ist, werden in zahlreichen Gebieten der Technik
verwendet, beispielsweise an Werkzeugmaschinen. Bei zahl
reichen Anwendungsfällen von Linearführungsanordnungen
werden an die Genauigkeit, mit der die Führungswagen und
damit die Tischbaugruppe auf den Führungsschienen verfahren
werden kann, hohe Anforderungen gestellt.
So sind ein Anwendungsbeispiel für Linearführungsanordnungen
beispielsweise Werkzeugmaschinen, auf denen ein Werkstück mit
höchster Genauigkeit, beispielsweise mit Toleranzen im Mikro
meterbereich, bearbeitet werden soll. Hier werden Linear
führungsanordnungen zur Positionierung eines auf der Tisch
baugruppe aufgespannten Werkstücks verwendet. Damit die
Linearführungsanordnung mit der erforderlichen Genauigkeit
verfahren werden und damit das Werkstück mit der erforder
lichen Genauigkeit positioniert werden kann, ist es erforder
lich, daß einerseits die Führungsschienenachsen möglichst
genau parallel zueinander verlaufen und daß andererseits die
Führungswagen mit ihren Wälzlagern spielfrei auf den Führungs
schienen gelagert sind, so daß zum einen Bewegungen der Füh
rungswagen in einer anderen Richtung als der Laufrichtung
nicht möglich sind und andererseits der Widerstand der Tisch
baugruppe bzw. der Führungswagen gegen ein Verschieben in
Laufrichtung nicht unkontrolliert schwankt.
Ähnliche Forderungen gelten für Linearführungsanordnungen,
die für sehr hohe Belastungen ausgelegt sind; damit die
Wälzlager zwischen den Führungswagen und den Führungsschienen
den auftretenden hohen Belastungen standhalten können, ist
es auch hier notwendig, daß die Führungswagen spiel- und
verspannungsfrei auf den jeweiligen Führungsschienen gelagert
sind.
Die theoretisch notwendigen, idealen geometrischen Verhältnisse
hinsichtlich der Zuordnung der einzelnen Bauteile einer
Linearführungsanordnung, die entweder hohen Genauigkeitsan
forderungen genügen oder hohe Belastungen aufnehmen soll,
lassen sich in der Praxis nur mit einem Restfehler verwirk
lichen. So ist es beispielsweise nicht möglich, zwei Führungs
schienen auf einer Basis über eine Strecke von mehreren Metern
so anzuordnen, daß der Abstand ihrer Führungsschienenachsen
bis auf einen Fehler von wenigen Mikrometern stets gleich
ist. Auch ist die exakte Ausrichtung der Laufflächen der
Führungsschienen für die Führungswagen in der Praxis nur mit
einem Fehler zu verwirklichen, so daß verschiedene Querschnitte
der Führungsschienen gegeneinander verdreht sein können.
Wird eine Tischbaugruppe mit beispielsweise zwei daran be
festigten Führungswagen auf zwei nicht ideal parallel zuein
ander angeordneten Führungsschienen verfahren, so kommt es
zum einen zu Abweichungen der Tischbaugruppe von der geo
metrischen Soll-Lage, zum anderen zu Verspannungen zwischen
Führungswagen und Führungsschienen, die die Wälzlager der
Führungswagen beschädigen können und andererseits den Lauf
widerstand der Linearführungseinheit in Laufrichtung ver
größern und damit eine genaue Positionierung auch in Lauf
richtung vereiteln.
Die gleichen Schwierigkeiten, die in der Praxis beim Bau
und Betrieb von Linearführungseinheiten wegen der nicht
verwirklichbaren geometrischen Idealbedingungen auftreten,
entstehen auch durch wärmebedingte Längenänderungen einzel
ner Bauteile.
So bestehen beispielsweise üblicherweise die Basis, auf
der die Führungsschienen angeordnet sind, und die Tischbau
gruppe aus Materialien mit unterschiedlichem Ausdehnungs
koeffizienten. Ändert sich die Umgebungstemperatur, so kann
es beispielsweise dazu kommen, daß sich die Tischbaugruppe
stärker ausdehnt als die mit den Führungsschienen verbundene
Basis, so daß Verspannungen erzeugt werden, die die Genauig
keit der Positionierung der Tischbaugruppe in der Laufrichtung
verschlechtern, so daß sich die Laufwiderstände z. T. un
kontrollierbar erhöhen.
Die auftretenden mechanischen Spannungen quer zur Laufrichtung,
d. h. quer zu den Führungsschienenachsen, können beispielsweise
auch dazu führen, daß sich die Tischbaugruppe konvex oder
konkav durchbiegt, wodurch auch die Höhe eines zu bearbeiten
den Werkstücks über der Basis mit einem Fehler behaftet wird
und die Bearbeitungsgenauigkeit dementsprechend abnimmt.
Mechanische Spannungen quer zu den Führungsschienenachsen
in der Tischbaugruppe einerseits und zwischen Tischbaugruppe
und Führungswagen sowie zwischen Führungswagen und Führungs
schienen andererseits und die damit einhergehenden Nachteile
hinsichtlich der Genauigkeit oder Belastbarkeit der gesamten
Linearführungseinrichtung können außer durch Lage- bzw.
Parallelitätsfehler der Führungsschienenachsen und durch um
gebungstemperaturbedingte Längenänderungen einzelner Bauteile
auch dadurch erzeugt werden, daß Wärme direkt in die Tisch
baugruppe eingeleitet wird und diese ihre Abmessung quer zur
Laufrichtung ändert.
Wärme wird in die Tischbaugruppe beispielsweise dann einge
bracht, wenn auf der Tischbaugruppe ein zu zerspanendes
Werkstück aufgespannt ist, das seine Zerspanungswärme an
die Tischbaugruppe abgibt, oder aber, wenn an der Tischbau
gruppe ein wärmeabgebendes Antriebselement, beispielsweise
ein Läufer eines Linearmotors, angebracht ist.
Aus dem Stand der Technik bekannt sind Linearführungsanord
nungen, die Ausgleichsmittel für quer zu den Führungsschienen
achsen auftretende mechanische Spannungen aufweisen. Eine
solche Linearführungsanordnung ist beispielsweise beschrieben
in der DE-OS 41 20 411. Die Linearführungseinheit gemäß
diesem Stand der Technik weist zumindest einen Führungswagen
auf, der zweiteilig aufgebaut ist und im wesentlichen aus
einem auf der Führungsschiene verfahrbaren Unterteil sowie
einem darauf angeordneten Oberteil besteht. Das Oberteil ist
mit dem Unterteil so verbunden, daß es quer zu den Führungs
schienenachsen relativ zu dem Unterteil verschiebbar ist.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, zwischen Ober- und Unter
teil des Führungswagens eine zusätzliche Wälzlagerung anzu
ordnen.
Die Lösung gemäß des Standes der Technik führt zu einem
komplizierten Aufbau des Führungswagens, der einen hohen
fertigungstechnischen Aufwand nach sich zieht und die Bauhöhe
des Führungswagens so vergrößert, daß die in vielen Anwen
dungsfällen zulässige Gesamtbauhöhe der Linearführungsanord
nung überschritten wird.
Aus der WO 87/00893 ist eine gattungsgemäße Linearführungs
anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 be
kannt, bei der eine in sich starre, von Führungsschiene zu
Führungsschiene durchgehende Tischplatte mit ihren "Tisch
elementen", d. h. mit ihren unter sich starr und einstückig
verbundenen, im Bereich jeweils einer Führungsschiene liegen
den Randteilen, durch quer zur Laufrichtung und parallel zur
Führungsebene elastisch nachgiebige Verbindungsmittel mit auf
den Führungsschienen laufenden Führungswagen verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linear
führungsanordnung der gattungsgemäßen Art so auszugestalten,
daß bei möglichst einfachem Aufbau der Ausgleichsmittel für
die quer zu den Führungsschienen auftretenden mechanischen
Spannungen eine möglichst weitgehende Spannungsfreiheit auch
bei Parallelitäts- und sonstigen Lagefehlern der Führungs
schienenachsen und/oder bei Wärmeeinwirkung, insbesondere
bei unterschiedlicher Wärmebeaufschlagung von verschiedenen
Bauteilen, gewährleistet ist.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen
Linearführungsanordnung dadurch erreicht, daß
mindestens zwei auf verschiedenen Führungsschienen
geführte Tischelemente der Tischbaugruppe durch die
Verbindungs
mittel miteinander verbunden sind.
Durch diese Lösungsmerkmale werden einerseits Längenänderungen
der Tischbaugruppe quer zur Laufrichtung ermöglicht, ohne daß
mechanische Spannungen erzeugt werden oder Kräfte quer zur
Laufrichtung in Führungswagen und Führungsschienen eingeleitet
werden, andererseits werden Parallelitätsfehler, d. h. bei
spielsweise ein variierender Abstand der Führungsschienen
achsen voneinander, ausgeglichen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen
die elastischen Verbindungsmittel mindestens einen in Laufrichtung verlaufenden Biegesteg.
Vorteilhaft können auch mehrere elastische Verbindungsmittel
in Form jeweils eines Biegestegs ausgebildet sein. Die Biege
stege oder zumindest der eine Biegesteg können dabei einen
länglichen, vorzugsweise im wesentlichen rechteckförmigen Quer
schnitt aufweisen, dessen längere Querschnittsachse gegen die Führungsebene geneigt ist,
vorzugsweise unter einem Winkel von annähernd 90°C.
Die Anordnung der Längsachse des Steges in
Richtung der Laufrichtung bewirkt eine gute Schubsteifigkeit
der miteinander verbundenen Tischelemente relativ zu
einander und verhindert so
eine unerwünschte relative Beweglichkeit der Tischelemente in
Laufrichtung.
Es ist möglich, daß mindestens ein Biegesteg einstückig mit
mindestens einem der Tischelemente ausgebildet ist. Alterna
tiv, beispielsweise bei unterschiedlicher Materialwahl für
verschiedene Teile der Tischbaugruppe, beispielsweise Tisch
elemente, können die Biegestege auch an mindestens einem
der Tischelemente befestigt sein. Dabei kann insbesondere
vorgesehen sein, daß zwei Tischelemente durch ein Verbin
dungsstück miteinander verbunden sind, welches über je einen
elastischen Biegesteg mit jedem der Tischelemente verbunden
ist. Das Verbindungsstück dient dabei vorteilhaft als
Träger eines Antriebselements. Die beschriebene geometrische
Ausgestaltung von Verbindungsstegen in Form von Biegestegen
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Antriebselement
Wärme abgibt, da es dann durch die als schlecht wärmeleitende
Querschnittsverminderungen ausgebildeten Verbindungsstege
zwischen dem Verbindungsstück und den Tischelementen von den
Tischelementen thermisch isoliert wird und nur wenig Wärme in
die Tischelemente eingeleitet wird. Insbesondere unter dem
Gesichtspunkt einer Wärmeisolation eines Antriebselements kann
es vorteilhaft sein, das Verbindungsstück und/oder die Biege
stege aus Kunststoff oder anderem Konstruktionsmaterial ge
ringer Wärmeleitfähigkeit herzustellen.
Die bisher beschriebene erfindungsgemäße Ausgestaltung einer
Linearführungsanordnung ist auch dann vorteilhaft, wenn die
auf den Führungsschienen angeordnete verschiebbare Tischbau
gruppe mit einem Spindelantrieb verbunden ist. Bei einer
solchen Ausgestaltung ist beispielsweise zwischen zwei Füh
rungsschienen parallel zu diesen eine Spindel angeordnet, die
mit einem entsprechenden, an der Tischbaugruppe befestigten
Muttergewinde im Eingriff steht. Abweichungen der Spindel
achse von der geometrisch idealen Form und/oder Paralleli
tätsfehler zu den Führungsschienenachsen können bei einer
solchen Ausbildung dann unschädlich gemacht werden, wenn
beispielsweise das mit der Spindel in Eingriff stehende
Muttergewinde an einem Verbindungsstück ausgebildet ist, das
seinerseits über je einen elastischen Biegesteg mit je einem
der Tischelemente verbunden ist.
Bei einer Linearführungsanordnung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 7 kann die eingangs gestellte Aufgabe
auch dadurch gelöst werden, daß
mindestens zwei
quer zur Laufrichtung nebeneinander angeordnete
und auf verschiedenen Führungsschienen geführte Tischelemente der
Tischbaugruppe durch eine Schiebeverbindung mit quer zur Laufrichtung
und parallel zur Führungsebene liegender Verschiebemöglich
keit derart miteinander verbunden sind, daß sie in Lauf
richtung relativ zueinander im wesentlichen unbeweglich sind.
Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, daß die Schiebeverbindung
um eine zur Laufrichtung parallele Biegeachse biegesteif
ausgebildet ist. Eine konstruktive Ausgestaltung dieser
Lösung besteht aus einer in Laufrichtung verlau
fenden Feder an einer Randfläche eines ersten Tischelements
und einer die Feder aufnehmenden Nut an einer benachbarten
Randfläche eines zweiten Tischelements.
Die relative Unbeweglichkeit der beiden Tischelemente zuein
ander in Laufrichtung kann dabei vorteilhaft durch mindestens eine
Schlitz-Zapfen-Paarung gewährleistet sein. Alternativ kann dort,
wo es fertigungstechnisch günstiger ist, vorgesehen sein, daß
die relative Unbeweglichkeit der beiden Tischelemente in Lauf
richtung zueinander durch mindestens eine Nut-Feder-Paarung
gewährleistet ist. Nach einer weiteren Ausgestaltung kann vor
gesehen sein, daß die relative Unbeweglichkeit der beiden
Tischelemente zueinander in Laufrichtung durch Anschlag
elemente gewährleistet wird, die an in Laufrichtung einander
gegenüberliegenden Seitenflächen der Tischelemente angeordnet
sind.
Bei den soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Lösungen
können jedem der Tischelemente Spannmittel zum Aufspannen
eines die Tischelemente brückenartig belegenden Gegenstands
zugeordnet sein. In diesem Fall muß man damit rechnen, daß
die Nachgiebigkeit der Ausgleichsmittel durch einen solchen
die Tischelemente brückenartig belegenden und mit den ein
zelnen Tischelementen verspannten Gegenstand behindert wird.
Hier kann Abhilfe dadurch geschaffen werden, daß mindestens
eines der Tischelemente an einem Führungswagen quer zur
Laufrichtung und parallel zur Führungsebene beweglich gela
gert ist. Durch eine solche bewegliche Lagerung eines der
Tischelemente ist es auch dann möglich, Querspannungen zu
kompensieren, wenn die Kompensation über die Ausgleichsmittel
zwischen den Tischelementen gehemmt oder unterbunden ist.
Einfach und bauhöhesparend kann die Lagerung in der Weise
hergestellt sein, daß
- a) ein Befestigungsteil des mindestens einen Tisch elements und ein Befestigungsteil des Führungswa gens mit je einer zur Führungsebene parallelen Anlagefläche aneinander anliegen;
- b) mindestens ein Gewindebolzen mit einem Bolzenkopf und einem Schaft die beiden Anlageflächen durch dringt;
- c) der Schaft des Gewindebolzens mit einem Gewindeteil in einen ersten der beiden Befestigungsteile einge schraubt ist;
- d) der Schaft des Bolzens durch eine Bohrung im zwei ten Befestigungsteil verläuft;
- e) in einem Ringraum zwischen dem Bolzenschaft und der Innenumfangsfläche der Bohrung eine Distanzhülse angeordnet ist;
- f) die Distanzhülse zwischen einer Widerlagerfläche des ersten Befestigungsteils und einer Ringfläche des Bolzenkopfes verspannt ist;
- g) die Außenumfangsfläche der Distanzhülse und die Innenumfangsfläche der Bohrung eine Spielpassung bilden; und
- h) die Länge der Distanzhülse so bemessen ist, daß nach dem Anziehen des Gewindebolzens die Ringfläche des Bolzenkopfes an einer Stützfläche des zweiten Befestigungsteils diese berührend oder mit gering fügigem Spiel anliegt.
Die Aufgabe kann
bei einer Linearführungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17
auch dadurch gelöst werden, daß die Tischbaugruppe mit dem
bzw. den Führungswagen mindestens einer Führungsschiene quer
zur Laufrichtung und parallel zur Führungsebene verschiebbar
verbunden ist, wobei die Verbindung die folgenden Merkmale
aufweist:
- a) ein Befestigungsteil der Tischbaugruppe und ein Befestigungsteil des Führungswagens liegen mit je einer zur Führungsebene parallelen Anlagefläche aneinander an;
- b) mindestens ein Gewindebolzen mit einem Bolzenkopf und einem Schaft durchdringt die beiden Anlage flächen;
- c) der Schaft des Gewindebolzens ist mit einem Gewinde teil in einen ersten der beiden Befestigungsteile eingeschraubt;
- d) der Schaft des Bolzens verläuft durch eine Bohrung im zweiten Befestigungsteil;
- e) in einem Ringraum zwischen dem Bolzenschaft und der Innenumfangsfläche der Bohrung ist eine Distanz hülse angeordnet;
- f) die Distanzhülse ist zwischen einer Widerlagerfläche des ersten Befestigungsteils und einer Ringfläche des Bolzenkopfes verspannt;
- g) die Außenumfangsfläche der Distanzhülse und die Innenumfangsfläche der Bohrung bilden eine Spiel passung; und
- h) die Länge der Distanzhülse ist so bemessen, daß nach dem Anziehen des Gewindebolzens, wodurch die Distanz hülse gestaucht wird, die Ringfläche des Bolzenkopfs an einer Stützfläche des zweiten Befestigungsteils diese berührend oder mit geringfügigem Spiel anliegt.
Bei einer solchen Ausgestaltung wird mit fertigungstechnisch
einfach zu realisierenden Mitteln eine Verschiebbarkeit
zwischen Tischbaugruppe und den Führungswagen oder dem
Führungswagen einer Führungsschiene geschaffen, die einen
Längenausgleich quer zu den Führungsschienenachsen zuläßt.
Dabei sind die auf der anderen Führungsschiene angeordneten
Führungswagen vorzugsweise fest - beispielsweise durch
Schraubverbindungen - mit der Tischbaugruppe verbunden.
Bei dieser Alternativlösung kann vorgesehen sein, daß die
Bohrung abgestuft ist, wobei ein den Anlageflächen näherer
Abschnitt kleineren Querschnitts und ein den Anlageflächen
fernerer Abschnitt größeren Querschnitts gebildet ist
und die erwähnte Stützfläche am Übergang zwischen
diesen beiden Abschnitten entsteht. Dabei
hat der Bolzenkopf radiales Spiel gegenüber dem
Abschnitt größeren Querschnitts und ist
vorzugsweise in dem Abschnitt größeren Querschnitts
vollständig versenkt, so daß der Bolzenkopf nicht über eine
obere Auflagefläche der Tischbaugruppe hinausragt und mit
einem aufzuspannenden Werkstück nicht kollidieren kann. Die
Widerlagerfläche kann im Hinblick auf einfache Fertigung in
der Anlagefläche des ersten Befestigungsteils liegen. Die
beiden Anlageflächen werden durch den Gewindebolzen in frei
gleitendem oder vorzugsweise gering reibendem Eingriff gehalten.
Die hier beschriebenen Ausgleichsmittel in Form der speziellen
Verbindung zwischen Tischbaugruppe und Führungswagen können
mit den zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgleichs
mitteln innerhalb des Tisches vorteilhaft kombiniert werden,
um die Spannungsfreiheit der gesamten Linearführungsanordnung
weiter zu verbessern.
Die erfindungsgemäße Linearführungsanordnung kann mit einem
Linearantriebselement, insbesondere einem wärmeabgebenden
Linearantriebselement, ausgeführt sein, welches an der Tisch
baugruppe angebracht ist. Gerade dann, wenn Linearantriebs
elemente vorgegebener Leistung eingesetzt werden, ist es in
höchstem Maße erforderlich, Verspannungsfreiheit zwischen der
Tischbaugruppe und den Führungsschienen zu gewährleisten, um
das Linearantriebselement nicht durch Verklemmungen zu über
lasten und vorbestimmte Bewegungsgeschwindigkeiten einzuhal
ten. Handelt es sich bei dem Linearantriebselement um ein
stark wärmeabgebendes Linearantriebselement, beispielsweise
einen Teil eines Elektromotors, so muß darüber hinaus mit
einer erhöhten Verspannungsgefahr aufgrund der Wärmeabgabe
vom Linearantriebselement an die Tischbaugruppe gerechnet
werden.
In einem solchen Fall kann ein das Linearantriebselement auf
nehmender Trägerbereich der Tischbaugruppe mit angrenzenden
Bereichen der Tischbaugruppe über Verbindungsstege reduzier
ten Querschnitts verbunden sein, welche einerseits als Biegestege
im Sinne der erstgenannten Lösungsvariante wirksam
sind, gleichzeitig aber auch als Wärmedurchfluß-Widerstände
dienen können, um einen möglichst geringen Wärmefluß zu den
verspannungsgefährdeten Teilen der Linearführungsanordnung zu
erhalten.
Dem gleichen Zweck kann es dienen, einen das Linearantriebs
element aufnehmenden Trägerbereich der Tischbaugruppe mit
einem Kunststoffteil auszuführen, welches mit angrenzenden
Bereichen der Tischbaugruppe verbunden ist. Damit wird wiede
rum ein reduzierter Wärmezufluß zu den verspannungsgefähr
deten Teilen der Tischbaugruppe erreicht.
Das Linearantriebselement kann insbesondere in einem mitt
leren Bereich zwischen den beiden Führungsschienen angeordnet
sein. Beispielsweise ist es möglich, daß das Linearantriebs
element Teil eines Linearmotors, z. B. eines Wanderfeld-Motors,
ist, wobei ein Läufer dieses Linearmotors mit der Tischbau
gruppe und eine Statorschiene des Linearmotors mit der Basis
verbunden sind. Der Läufer und die Statorschiene des Linear
motors können mechanisch voneinander getrennt und in ihrem
gegenseitigen Bewegungsablauf ausschließlich durch die Füh
rung der Tischbaugruppe auf den Führungsschienen geführt
sein.
Soweit die Tischbaugruppe nicht aus Wärmeisolationsgründen
aus Kunststoff oder anderem schlecht wärmeleitenden Werkstoff
hergestellt ist, wird man sie in herkömmlicher Weise bevor
zugt aus Stahl herstellen.
Die erfindungsgemäße Linearführungsanordnung läßt es zu,
mindestens einen Teil der Führungswagen im wesentlichen
kippstabil auf den Führungsschienen zu führen. Hierbei können
endlose Wälzkörperschleifen zum Einsatz kommen.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen senkrecht zu den Führungsschienenachsen ver
laufenden Schnitt durch eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Linearführungsanordnung mit
in die Tischbaugruppe integrierten Biegestegen und
einem Linearmotor als Antriebsgerät;
Fig. 2 die Linearführungseinheit gemäß Fig. 1, wobei alter
nativ als Antriebsgerät ein Kugelspindelantrieb dar
gestellt ist;
Fig. 3 einen senkrecht zu einer Führungsschienenachse ver
laufenden Schnitt durch eine Verbindungsstelle zwischen
Tischbaugruppe und Führungswagen gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 einen senkrecht zu den Führungsschienenachsen verlaufen
den Schnitt durch eine Linearführungsanordnung unter
Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Verbindung
zwischen einer Tischbaugruppe und einem Führungswagen;
Fig. 5 die Linearführungseinheit gemäß Fig. 1 unter zusätzlicher
Verwendung einer Verbindung gemäß Fig. 3;
Fig. 6 einen senkrecht zu den Führungsschienenachsen verlaufen
den Schnitt durch eine Linearführungsanordnung gemäß
einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 eine teilweise Draufsicht auf die Linearführungsanordnung
gemäß Fig. 6, mit einer Draufsicht auf die die Unver
schiebbarkeit der beiden Tischelemente zueinander sichern
den Formschlußmittel in Form einer Bolzen-Schlitz-Ver
bindung;
Fig. 8 einen Schnitt gemäß Fig. 6, wobei als Formschlußmittel
eine Nut-Feder-Paarung dargestellt ist;
Fig. 9 eine Draufsicht auf die Linearführungsanordnung gemäß
den Fig. 6 und 7, wobei als alternative, die Verschieb
barkeit der beiden Tischelemente relativ zueinander
in Laufrichtung verhindernde Formschlußmittel Anschlag
elemente an einander gegenüberliegenden Seitenflächen
der Tischelemente dargestellt sind, und
Fig. 10 zeigt eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Linearfüh
rungseinheit gemäß Fig. 6 unter zusätzlicher Verwendung
einer Verbindungsstelle gemäß Fig. 3.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Linearführungs
anordnung, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet
ist. Auf einer Basis 12 sind zwei Führungsschienen 14L und 14R
angeordnet und mit Schrauben 16L und 16R befestigt. Die senk
recht zur Zeichenebene verlaufenden Führungsschienenachsen
sind zueinander parallel mit möglichst geringer Abweichung
ausgerichtet. Auf jeder der Führungsschienen 14L, 14R läuft ein
Führungswagen 18L bzw. 18R, der mittels nicht näher darge
stellter Wälzlager auf der Schiene verfahrbar angeordnet ist.
Auf den Führungswagen ist eine insgesamt mit 20 bezeichnete
Tischbaugruppe angeordnet, die mittels Schrauben 22 mit den
Führungswagen verbunden ist. Auf der Tischbaugruppe 20 ist
ein zu bearbeitendes Werkstück 24 mittels symbolisch darge
stellter Spannpratzen 26 aufgespannt. Die Tischbaugruppe 20
ist im wesentlichen dreiteilig aufgebaut und besteht aus
einem ersten Tischelement 30L, das im wesentlichen oberhalb
der linken Führungsschiene angeordnet ist und mittels
Schrauben 22 und Paßstiften 46 mit dem Führungswagen 18L verbunden ist,
einem zweiten Tischelement 30R, das analog im wesentlichen ober
halb der rechten Führungsschiene angeordnet und mit
Schrauben 22 mit dem rechten Führungswagen 18R verbunden
ist, sowie mit einem zwischen den Tischelementen 30L, 30R
angeordnetem Verbindungsstück 32, das mittig zwischen dem
links angeordneten ersten Tischelement 30L und dem rechts
angeordneten zweiten Tischelement 30R angeordnet ist und
diese miteinander verbindet. Die Verbindung zwischen dem
Verbindungsstück 32 und jeweils einem Tischelement ist in
Form von Biegestegen 34L und 34R ausgeformt. Die Biege
stege 34L und 34R weisen jeweils einen rechteckförmigen
Querschnitt auf und erstrecken sich senkrecht zur Zeichen
ebene in Fig. 1, d. h. in Laufrichtung, über die gesamte
Länge der Tischbaugruppe.
Die Tischelemente, beispielsweise 30R, die Biegestege,
beispielsweise 34R, und das Verbindungsstück 32 können
einstückig ausgebildet sein, wie dies auf der rechten Seite
der Linearführungsanordnung 10 in Fig. 1 angedeutet ist, sie
können aber auch, wie dies auf der linken Seite von Fig. 1
angedeutet ist, mehrteilig ausgebildet sein, wobei bei
spielsweise ein Biegesteg 34L einstückig mit dem Verbindungs
stück 32 aus Kunststoff gefertigt sein kann und mittels einer
Schraubverbindung 36 mit einem beispielsweise aus Stahl be
stehenden ersten Tischelement 30L verbunden sein kann.
Das Verbindungsstück 32 ist als Träger eines Antriebselements
für die Tischbaugruppe ausgebildet. Das Antriebselement be
steht bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform aus der
Läuferschiene 38 eines aus Läuferschiene 38 und Stator
schiene 40 bestehenden Linearmotors. Die Läuferschiene 38
ist mittels Schrauben 42 mit dem Verbindungsstück bzw.
Träger 32 verbunden, und die Abmessungen von Tischbaugruppe 20,
Führungswagen 18L, 18R und Basis 12 sind mit der Höhe von
Läuferschiene 38 und Statorschiene 40 des Linearmotors so
abgestimmt, daß die Läuferschiene 38 unter Bildung eines
Spalts 44 über der Statorschiene 40 schwebt.
Beim Betrieb des Linearmotors zum Verfahren der Tischbau
gruppe senkrecht zur Zeichenebene, d. h. in Laufrichtung
der Linearführungsanordnung, werden durch induzierte Wirbel
ströme große Wärmemengen in der Läuferschiene 38 induziert,
die bisher, d. h. bei bekannten Ausführungsformen von
Linearführungsanordnungen, in die Tischbaugruppe eingeleitet
wurden und dort zu mechanischen Verspannungen zwischen den
Führungsschienen führten, da sich die Tischbaugruppe unter
dem Einfluß der Wärme ausdehnte und die mit ihr verbundenen
Führungswagen gegen die Führungsschienen quer zur Lauf
richtung der Linearführungsanordnung nach außen drückte.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform einer er
findungsgemäßen Linearführungsanordnung wird die in der
Läuferschiene 38 erzeugte Wärme zwar teilweise an das Ver
bindungsstück 32 abgegeben, jedoch werden die Auswirkungen
dieser in die Tischbaugruppe eingeleiteten Wärmemenge kom
pensiert. Hierzu dient die erfindungsgemäße Verbindung des
Verbindungsstücks 32 über Biegestege 34L, 34R mit den jewei
ligen Tischelementen 30L, 30R. Die in die Läuferschiene 38
eingeleitete Wärmemenge führt zu einer Wärmeausdehnung quer
zu den beiden Führungsschienenachsen des Verbindungsstücks.
Wie anhand des rechten Verbindungsstegs, der erfindungsgemäß
als elastischer Biegesteg ausgeformt ist, durch eine ge
strichelte Linie angedeutet, kann beim Ausdehnen des Ver
bindungsstücks 32 der jeweilige Biegesteg ausweichen, so daß
die wärmebedingte Längenänderung des Verbindungsstücks
kompensiert wird.
Als zweiter Effekt über die Kompensationsmöglichkeit für
wärmebedingte Längenänderungen des Verbindungsstücks 32
hinaus fungieren die Biegestege 34L, 34R als schlecht wärme
leitende Rippen, und zwar einerseits wegen ihrer speziellen
Querschnittsausgestaltung, andererseits wegen des vorzugs
weise verwendeten Kunststoffmaterials. Auf diese Weise wird
erreicht, daß das Verbindungsstück 32 gegenüber den Tisch
elementen 30L, 30R wärmeisoliert ist mit der Folge, daß von
der Läuferschiene 38 in das Verbindungsstück 32 eingeleitete
Wärmemengen nicht an die Tischelemente 30L und 30R weiterge
leitet werden, oder zumindest nur in sehr geringem Umfang,
so daß die Tischelemente 30L und 30R keinen wärmebedingten
Längenänderungen unterliegen.
Auf diese Weise werden mechanische Spannungen, die beim Betrieb
der Linearführungsanordnung durch das Antriebselement wärme
bedingt erzeugt werden, einerseits eliminiert, andererseits
kompensiert.
Darüber hinaus ist die in Fig. 1 dargestellte Linearführungs
anordnung 10 auch in der Lage, in begrenztem Umfang Paralleli
tät- und sonstige Lagefehler der Führungsschienenachsen der
Führungsschienen 14L und 14R auszugleichen, wie auf der linken
Seite von Fig. 1 anhand des Biegestegs 34L dargestellt ist.
Verringert sich beispielsweise, in Laufrichtung gesehen, d. h.
senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 1, der Abstand zwischen den
beiden Führungsschienenachsen unzulässigerweise, so kann die
gesamte Tischbaugruppe 20 dies aufnehmen, indem der (bei
spielsweise) Biegesteg 34L nach innen in die gestrichelt an
gedeutete Lage ausgelenkt wird und der Abstand zwischen den
beiden Tischelementen 30L und 30R entsprechend verringert
wird. Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß das auf der
Tischbaugruppe 20 aufgespannte Werkstück 24 entweder in
geringem Umfang elastisch ist oder aber nur im Bereich eines
Tischelements durch Spannpratzen, beispielsweise nur durch
die Spannpratze 26L, festgespannt ist, so daß im Bereich des
gegenüberliegenden Tischelements eine Relativbewegung zwischen
Werkstück und Tischelement möglich ist.
Der zuletzt beschriebene Nachteil, daß nämlich Lagefehler der
Führungsschienenachsen bei der in Fig. 1 dargestellten Aus
führungsform der Erfindung nur dann kompensiert werden können,
wenn das Werkstück einseitig aufgespannt oder aber elastisch
ist, kann durch Weiterbildung der erfindungsgemäßen Linear
führungsanordnung vermieden werden, wie weiter unten anhand
anderer Ausführungsbeispiele noch beschrieben werden wird.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Linearführungsanordnung 10, die dem Lösungsprinzip der in
Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entspricht, wobei
anstelle des als Antriebselement vorgesehenen Linearmotors
ein Kugelspindeltrieb mit dem Verbindungsstück 32 verbunden
ist. Die sonstigen Teile entsprechen denen in Fig. 1, so daß
für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden und
auf eine nochmalige Erläuterung verzichtet wird.
Die in Fig. 2 dargestellte Linearführungsanordnung 10 weist
einen Kugelspindeltrieb auf, der im wesentlichen aus einer
zwischen den Führungsschienenachsen der Führungsschienen 14L
und 14R angeordneten Spindel 50 und einem diese umfassenden
Gewindeblock, bestehend aus einem oberen Teilstück 52o und
einem unteren Teilstück 52u, besteht. Der Gewindeblock 52
ist mittels Schrauben 42 mit dem Träger bzw. dem Verbindungs
stück 32 der Tischbaugruppe 20 verbunden. Der Vorteil der in
Fig. 2 dargestellten Anordnung ist darin zu sehen, daß außer
den anhand von Fig. 1 beschriebenen Vorteilen auch ein Ausgleich
eines Lagefehlers der Spindelachse relativ zu den Führungs
schienenachsen möglich ist. Ist beispielsweise die Spindel in
einem mittleren Bereich gekrümmt, so wird der Gewindeblock 52
und der mit ihm verbundene Träger bzw. das Verbindungsstück 32
beim Drehen der Spindel eine laterale Bewegung ausführen, die
durch die elastischen Biegestege 34L, 34R von den Tischelemen
ten 30L und 30R ferngehalten wird.
Fig. 3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Lösungsprinzip
bei einer Linearführungsanordnung 10, die in Fig. 3 nur teil
weise dargestellt ist. Dabei ist die Tischbaugruppe 20 mit
zumindest einem Führungswagen 18R einer Führungsschiene 14R
quer zur Laufrichtung, d. h. senkrecht zur Zeichenebene in
Fig. 3 und parallel zu der durch die Führungsschienenachsen
definierten Führungsebene, verschiebbar verbunden.
Dabei weist die Tischbaugruppe 20 ein Befestigungsteil 60
mit einer zur Führungsebene parallelen Anlagefläche 62 auf,
wobei das Befestigungsteil im in Fig. 3 dargestellten Aus
führungsbeispiel das rechte Ende der Tischbaugruppe 20 ist.
Der Führungswagen 18R ist in Fig. 3 insgesamt als Befestigungs
teil ausgebildet, wobei seine obere Oberfläche als Anlage
fläche 64 ausgebildet ist, die ebenfalls parallel zur durch
die Führungsschienenachsen definierten Führungsebene ist.
Die beiden Anlageflächen 62 und 64 liegen aufeinander auf,
und die Tischbaugruppe 20 ist so verschiebbar auf dem Füh
rungswagen gelagert. Ein Gewindebolzen 66 mit einem Bolzen
kopf 68 und einem Schaft 70 durchdringt die beiden Anlage
flächen, wobei der Schaft 70 des Gewindebolzens 66 mit einem
Gewindeteil 72 in das erste Befestigungsteil in Form des
Führungswagens 18R eingeschraubt ist. Der Schaft 70 des
Verbindungsbolzens verläuft durch eine Bohrung 74 im
zweiten Befestigungsteil in Form des Endes 60 der Tisch
baugruppe 20. Zwischen der Innenumfangsfläche der Bohrung 74
und dem Bolzenschaft 70 ist ein Ringraum 76 ausgebildet,
der eine Distanzhülse 78 aufnimmt. Die Distanzhülse ist
zwischen einer Widerlagerfläche 80 des ersten Befestigungs
teils und einer Ringfläche 82 des Bolzenkopfes verspannt.
Die Widerlagerfläche 80 ist bei der vorliegenden Ausführungs
form ein Teil der Anlagefläche 64 und liegt bündig in dieser.
Die Außenumfangsfläche der Distanzhülse 78 und die Innen
umfangsfläche der Bohrung 74 sind mit Abstand zueinander
angeordnet, mit anderen Worten, der Durchmesser der Distanz
hülse 78 und der Durchmesser der Bohrung 74 bilden miteinander
eine Spielpassung. Auch der Innendurchmesser der Distanzhülse
kann radiales Spiel gegenüber dem Bolzenschaftdurchmesser
besitzen.
Die Länge der Distanzhülse 78 ist so bemessen, daß
nach dem Anziehen des Gewindebolzens 66 die Ring
fläche 82 des Bolzenkopfs an einer Stützfläche 84 des zweiten
Befestigungsteils diese berührend oder mit geringfügigem Spiel
anliegt. Die Stützfläche 84 ist bei dem vorliegenden Aus
führungsbeispiel als Übergang zwischen zwei Abschnitten 86
und 88 der Bohrung ausgebildet, wobei ein den Anlageflächen 62, 64
fernerer Abschnitt 86 einen größeren Querschnitt und ein den
Anlageflächen 62, 64 näherer Abschnitt 88 einen kleineren Quer
schnitt aufweist.
Dabei ist der den Anlageflächen 62, 64 fernere Abschnitt 86
der Bohrung 74 von Querschnitt und Tiefe her so ausgebildet,
daß der Bolzenkopf 68 vollständig in dem Bohrungsabschnitt 86
versenkt ist und die Außenumfangsfläche des Bolzenkopfs 68
zur Innenumfangsfläche des Abschnitts 86 der Bohrung 74
Spiel aufweist.
Durch die beschriebene Verbindung wird mit fertigungstechnisch
einfachen Mitteln eine Verbindung zwischen der Tischbau
gruppe 20 und einem Führungswagen 18R geschaffen, die eine
Verschiebbarkeit zwischen Tischbaugruppe 20 und Führungs
wagen 18R längs der Anlageflächen 62 und 64 zuläßt, ohne daß
ein Abheben der Tischbaugruppe 20 senkrecht zur Führungsebene
von dem Führungswagen 18R möglich ist. Um den letzteren
Freiheitsgrad zu verhindern, ist die Länge der Distanz
hülse 78 vorzugsweise so gewählt, daß nach dem Anziehen des Gewindebol
zens 66, wodurch die Distanzhülse 78 gestaucht wird, die Ringfläche
82 des Bolzenkopfs 68 und die Stützfläche 84 der Bohrung 74 bzw. des
Befestigungsteils in Form des Endes 60 der Tischbaugruppe 20 vonein
ander einen Abstand von etwa 0-5 Mikrometer aufweisen.
Fig. 4 zeigt die in Fig. 3 im Detail dargestellte Lösung in
ihrer Gesamtheit in einem senkrecht zu den beiden Führungs
schienenachsen verlaufenden Schnitt durch eine Linear
führungsanordnung 10. Wie bei den zuvor beschriebenen Aus
führungsbeispielen besteht die Linearführungsanordnung 10
aus einer Tischbaugruppe 20, die auf zumindest zwei Füh
rungswagen 18L und 18R zweier Führungsschienen 14L und 14R
gelagert ist, wobei die Führungsschienen 14L und 14R mit
einer Basis 12 verbunden sind. Die Tischbaugruppe 20 ist
mit dem linken Führungswagen 18L in konventioneller Art und
Weise durch Schrauben 22 und gegebenenfalls Paßstifte 46
starr und unverschiebbar verbunden, ähnlich wie dies zuvor
an den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungs
beispielen erläutert wurde.
Auf der rechten Seite der Linearführungsanordnung 10 ist die
Tischbaugruppe 20 mit dem rechten Führungswagen 18R durch
eine Verbindung verbunden, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.
Kommt es nun zu einem Abweichen des Abstandes zwischen den
Führungsschienenachsen der Führungsschienen 14L und 14R von
den geometrisch idealen Maßen, so kann diese Abweichung in
gewissen Grenzen durch eine relative Verschiebung zwischen
Tischbaugruppe 20 und rechtem Führungswagen 18R längs der
Anlageflächen 62 und 64 kompensiert werden. Die Anlage
flächen 62 und 64 verlaufen dabei parallel zu der durch
die Führungsschienenachsen der Führungsschienen 14L und 14R
definierten Führungsebene. Die in Fig. 4 dargestellte Aus
führungsform einer erfindungsgemäßen Linearführungsanordnung
ist auch dazu geeignet, temperaturbedingte Längenänderungen
aufzunehmen, dann nämlich, wenn sich bei einer Veränderung
der Raumtemperatur die Tischbaugruppe 20 und die Basis 12
unterschiedlich ausdehnen oder kontrahieren.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die prinzipielle
Lösung gemäß Fig. 1 mit der prinzipiellen Lösung gemäß Fig. 3
bzw. 4 kombiniert ist. Dies hat den Vorteil, daß einerseits
die anhand von Fig. 1 bereits erläuterten Vorteile zu erzielen
sind, d. h. durch von dem Antriebselement 38, 40 erzeugte Wärme
und die hierdurch verursachten Längenänderungen werden durch
die Biegestege 34L und 34R kompensiert, andererseits kann das
Werkstück 24 auf beiden Tischelementen 30L und 30R mittels
Spannpratzen 26L und 26R aufgespannt werden, und ein Ausgleich
von Lagefehlern der Führungsschienenachsen, d. h. ein zu
kleiner oder zu großer Abstand der Führungsschienenachsen
kann auch dann kompensiert werden, wenn das Werkstück 24
starr und nicht elastisch ist. Kommt es nämlich zu einer
Abstandsabweichung der Führungsschienen von dem geometrisch
idealen Abstand, so ist eine Kompensation durch eine relative
Verschiebung der beiden Anlageflächen 62 und 64 im Bereich
des rechten Führungswagens 18R möglich.
Fig. 6 zeigt eine weitere Lösungsform einer erfindungsgemäßen
Linearführungsanordnung 10. Die Tischbaugruppe 20 besteht
dabei aus zwei Tischelementen 30L und 30R, die durch schema
tisch angedeutete Schrauben 22 jeweils mit einem Führungs
wagen 18L und 18R verbunden sind, die in bereits beschriebener
Art und Weise auf Führungsschienen 14L und 14R laufen, die
ihrerseits auf einer Basis 12 befestigt sind. Die beiden
Tischelemente 30L und 30R sind über eine Schiebeverbindung 89
miteinander verbunden, die quer zu den Führungsschienenachsen
einen Freiheitsgrad ermöglicht. Auf diese Weise können
Abstandsabweichungen der Führungsschienenachsen der
Führungsschienen 18L und 18R ausgeglichen werden, und
umgebungstemperaturbedingte unterschiedliche Längenänderun
gen von Basis 12 und Tischbaugruppe 20 führen nicht zu
mechanischen Verspannungen quer zur Laufrichtung, d. h.
in der Führungsebene quer zu der senkrecht zur Zeichenebene
sich erstreckenden Laufrichtung.
Die Schiebeverbindung wird im folgenden näher beschrieben.
Die Schiebeverbindung wird gebildet aus einer Feder 90, die
an einer ersten Randfläche 92 des linken (ersten) Tisch
elements 30L angeordnet ist. Die Feder 90 greift ein in eine
Nut 94, die an einer der ersten Randfläche 92 des ersten
Tischelements 30L benachbarten Randfläche 96 des rechten
(zweiten) Tischelements 30R eingelassen ist. Die Feder 90
und die sie aufnehmende Nut 94 erstrecken sich senkrecht
zur Zeichenebene über die gesamte Länge der Tischbaugruppe 20.
Durch diese Dimensionierung senkrecht zur Zeichenebene in
Fig. 6 und durch eine entsprechend enge Toleranz zwischen
Dicke der Feder 90 und Breite der Nut 94 wird erreicht,
daß die Tischbaugruppe weiterhin biegesteif um eine zur
Laufrichtung parallele Biegeachse ausgebildet ist. Mit
anderen Worten führt eine Belastung der Tischbaugruppe 20
von oben in Fig. 6 nicht zu einer größeren Durchbiegung
als bei einer starren, einteiligen Tischbaugruppe 20.
Durch die Ausbildung der Schiebeverbindung wird es ermöglicht,
Abstandsabweichungen der Führungsschienenachsen der Führungs
schienen 14L und 14R aufzunehmen, indem die beiden Tisch
elemente 30L und 30R sich voneinander entfernen oder einander
annähern.
Um eine unerwünschte Beweglichkeit bzw. Verschiebbarkeit der
beiden Tischelemente relativ zueinander in Laufrichtung zu
unterbinden, sind Formschlußmittel vorgesehen, die verschieden
ausgebildet sein können, und von denen in den Fig. 7-9
drei verschiedene Varianten dargestellt sind. Bei der in
Fig. 7 dargestellten Variante, die mit der Darstellung in
Fig. 6 korrespondiert, ist ein mit der Feder 90 verbundener,
senkrecht zu der durch die beiden Führungsschienenachsen
definierten Führungsebene angeordneter Zapfen 98 vorgesehen,
der in einen im Bereich der Nut 94 des zweiten Tischele
ments 30R angeordneten Schlitz 100 eingreift. Der Schlitz 100
ist dabei in den oberhalb und unterhalb der Nut 94 angeordneten
Randbereichen 102 und 103 des rechten, zweiten Tischelements 30R
eingelassen.
Die Schlitz-Zapfenpaarung 98/100 gewährleistet die Unbeweglich
keit der beiden Tischelemente 30L und 30R relativ zueinander
in Laufrichtung, d. h. senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 6,
ohne den gewünschten Freiheitsgrad der beiden Tischelemente 30L
und 30R zueinander in der Führungsebene quer zur Laufrichtung
zu behindern.
Fig. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform der erwähnten
Formschlußmittel. In der an der Randfläche 92 des ersten,
linken Tischelements 30L angeordneten Feder 90 ist quer zur
Laufrichtung eine Hilfsnut 104 angeordnet. Ebenso ist eine
Hilfsnut 106 in der der Hilfsnut 104 in der Feder 90 gegen
überliegenden Nutseitenfläche 108 der Nut 94 des zweiten
Tischelements 30R angeordnet. Beide Nuten und damit das
linke Tischelement 30L und das rechte Tischelement 30R sind
durch eine Paßfeder 110 miteinander verbunden.
Fig. 9 zeigt eine dritte Variante der die Unbeweglichkeit der
beiden Tischelemente relativ zueinander in Laufrichtung ge
währleistenden Formschlußmittel. Bei dieser Variante umfassen
die Formschlußmittel Anschlagelemente 112, die mittels
Schrauben 113 an in Laufrichtung einander gegenüberliegenden
Seitenflächen 114 der Tischelemente angeordnet sind. Dabei
sind die Schrauben 113 die Anschlagelemente durchsetzend
angeordnet und nur mit einem Tischelement, im Ausführungs
beispiel gemäß Fig. 9 mit dem linken Tischelement, verbunden,
so daß sich das andere Tischelement, in diesem Beispiel 30R,
quer zur Laufrichtung frei bewegen kann, jedoch an einer
relativen Beweglichkeit in Laufrichtung relativ zu dem
einen Tischelement gehindert wird.
Fig. 10 zeigt eine Kombination der in Fig. 6 dargestellten
Lösungsform mit der in Fig. 3 gezeigten Verbindung zwischen
Tischbaugruppe 20 und einem Führungswagen 18L.
Dabei weist die Tischbaugruppe 20 im mittleren, zwischen den
beiden Führungsschienen 14L und 14R liegenden Bereich eine
Aussparung 118 auf, so daß ein auf der Tischbaugruppe 20
aufgespanntes Werkstück 24 mittels Spannpratzen 26L und 26R
nur im äußeren, über den jeweiligen Führungswagen 18L und 18R
liegenden Bereich auf die Tischbaugruppe gepreßt und so aufge
spannt wird. Die so ausgestaltete Linearführungsanordnung 10
bietet den Vorteil, daß Abstandsänderungen zwischen den
Führungsschienenachsen der Führungsschienen 14L und 14R
durch Relativbewegung zwischen dem linken Führungswagen 18L
und dem linken Tischelement 30L längs der Anlageflächen 62
und 64 aufgefangen werden können, während eine übermäßige
Ausdehnung des Werkstücks 24, beispielsweise wegen einge
brachter Zerspanungswärme, kompensiert werden kann, indem
die beiden Tischelemente 30L und 30R längs der Schiebeverbin
dung 89 auseinanderwandern, wobei sich das linke Tischele
ment 30L ebenfalls längs der Anlageflächen 62/64 gegen
über dem Führungswagen 18L bewegt.
Bei dem in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
weiterhin die Läuferschiene 38 eines Linearmotors mittels
einer wärmeisolierenden Schicht 120 mit der Tischbaugruppe 20
verbunden. Auf diese Weise wird durch in der Läuferschiene
induzierte Wirbelströme erzeugte Wärme von der Tischbau
gruppe 20 ferngehalten und führt nicht zu einer mechanische
Verspannungen erzeugenden Längenausdehnung. Durch die erfin
dungsgemäße Linearführungsanordnung wird eine Linearführungs
anordnung geschaffen, die unter verschiedenen Einsatz- und
Belastungsfällen genauer zu positionieren und höher zu be
lasten ist als herkömmliche Linearführungsanordnungen, wobei
der Fertigungs- und Konstruktionsaufwand bei kleinem Bau
volumen gering gehalten wird.
Die mit 18L und 18R bezeichneten Laufwagen können bei
spielsweise so ausgebildet sein wie in der DE-OS 35 27 886
und in der US-PS 4 743 124 beschrieben. Die dort be
schriebenen Laufwagen haben durch die Anordnung der tragen
den Kugelreihen zu beiden Seiten der Führungsschiene eine
große Kippstabilität. Es versteht sich, daß in allen vor
beschriebenen Anordnungen auf jeder der Führungsschienen
auch mehrere solche Laufwagen hintereinander angeordnet sein
können.
Claims (24)
1. Linearführungsanordnung, mit
mindestens zwei auf einer Basis (12) angeordneten Füh rungsschienen (14L, 14R) mit jeweils einer Führungs schienenachse, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und eine Führungsebene definieren, ferner mit
mindestens einem Führungswagen (18L, 18R) auf jeder der Führungsschienen (14L, 14R), der längs der jeweiligen Führungsschienenachse in einer Laufrichtung, insbeson dere durch endlose Rollkörperschleifen, verschiebbar ist, und ferner mit einer Tischbaugruppe (20), welche mit jeweils mindestens einem Führungswagen (18L, 18R) auf jeder der beiden Führungsschienen (14L, 14R) ver bunden ist, wobei die Linearführungsanordnung quer zur Laufrichtung und parallel zur Führungsebene elastisch nachgiebige Verbindungsmittel (34L, 34R) als Ausgleichs mittel für quer zu den Führungsschienenachsen auftre tende mechanische Spannungen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei auf verschiedenen Führungsschienen (14L, 14R) geführte Tischelemente (30L, 30R) der Tisch baugruppe (20) durch die Verbindungsmittel (34L, 34R) miteinander verbunden sind.
mindestens zwei auf einer Basis (12) angeordneten Füh rungsschienen (14L, 14R) mit jeweils einer Führungs schienenachse, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und eine Führungsebene definieren, ferner mit
mindestens einem Führungswagen (18L, 18R) auf jeder der Führungsschienen (14L, 14R), der längs der jeweiligen Führungsschienenachse in einer Laufrichtung, insbeson dere durch endlose Rollkörperschleifen, verschiebbar ist, und ferner mit einer Tischbaugruppe (20), welche mit jeweils mindestens einem Führungswagen (18L, 18R) auf jeder der beiden Führungsschienen (14L, 14R) ver bunden ist, wobei die Linearführungsanordnung quer zur Laufrichtung und parallel zur Führungsebene elastisch nachgiebige Verbindungsmittel (34L, 34R) als Ausgleichs mittel für quer zu den Führungsschienenachsen auftre tende mechanische Spannungen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei auf verschiedenen Führungsschienen (14L, 14R) geführte Tischelemente (30L, 30R) der Tisch baugruppe (20) durch die Verbindungsmittel (34L, 34R) miteinander verbunden sind.
2. Linearführungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elastischen Verbindungsmittel mindestens einen
in Laufrichtung verlaufenden Biegesteg (34L, 34R) um
fassen, dessen längere Querschnittsachse gegen die Füh
rungsebene, vorzugsweise unter einem Winkel von annä
hernd 90°, geneigt ist.
3. Linearführungsanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Biegesteg (34L, 34R) einen im wesentlichen
rechteckigen Querschnitt aufweist.
4. Linearführungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine Biegesteg (34L, 34R) einstückig
mit mindestens einem der Tischelemente (30L, 30R) ausge
bildet ist.
5. Linearführungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine Biegesteg (34L, 34R) an minde
stens einem der Tischelemente (30L, 30R) befestigt ist.
6. Linearführungsanordnung nach einem der Ansprüche 2-5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Tischelemente (30L, 30R) durch ein Ver
bindungsstück (32) miteinander verbunden sind, welches
über je einen elastischen Biegesteg (34L, 34R) mit jedem
der Tischelemente (30L, 30R) verbunden ist.
7. Linearführungsanordnung, mit
mindestens zwei auf einer Basis (12) angeordneten Füh rungsschienen (14L, 14R) mit jeweils einer Führungs schienenachse, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und eine Führungsebene definieren, ferner mit
mindestens einem Führungswagen (18L, 18R) auf jeder der Führungsschienen (14L, 14R), der längs der jeweiligen Führungsschienenachse in einer Laufrichtung, insbeson dere durch endlose Rollkörperschleifen, verschiebbar ist, und ferner mit einer Tischbaugruppe (20), welche mit jeweils mindestens einem Führungswagen (18L, 18R) auf jeder der beiden Führungsschienen (14L, 14R) ver bunden ist, wobei die Linearführungsanordnung Aus gleichsmittel für quer zu den Führungsschienenachsen auftretende mechanische Spannungen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei quer zur Laufrichtung nebeneinander angeordnete und auf verschiedenen Führungsschienen (14L, 14R) geführte Tischelemente (30L, 30R) der Tischbau gruppe (20) durch eine Schiebeverbindung (89) mit quer zur Laufrichtung und parallel zur Führungsebene liegen der Verschiebemöglichkeit derart miteinander verbunden sind, daß sie in Laufrichtung relativ zueinander im wesentlichen unbeweglich sind.
mindestens zwei auf einer Basis (12) angeordneten Füh rungsschienen (14L, 14R) mit jeweils einer Führungs schienenachse, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und eine Führungsebene definieren, ferner mit
mindestens einem Führungswagen (18L, 18R) auf jeder der Führungsschienen (14L, 14R), der längs der jeweiligen Führungsschienenachse in einer Laufrichtung, insbeson dere durch endlose Rollkörperschleifen, verschiebbar ist, und ferner mit einer Tischbaugruppe (20), welche mit jeweils mindestens einem Führungswagen (18L, 18R) auf jeder der beiden Führungsschienen (14L, 14R) ver bunden ist, wobei die Linearführungsanordnung Aus gleichsmittel für quer zu den Führungsschienenachsen auftretende mechanische Spannungen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei quer zur Laufrichtung nebeneinander angeordnete und auf verschiedenen Führungsschienen (14L, 14R) geführte Tischelemente (30L, 30R) der Tischbau gruppe (20) durch eine Schiebeverbindung (89) mit quer zur Laufrichtung und parallel zur Führungsebene liegen der Verschiebemöglichkeit derart miteinander verbunden sind, daß sie in Laufrichtung relativ zueinander im wesentlichen unbeweglich sind.
8. Linearführungsanordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schiebeverbindung (89) um eine zur Laufrichtung
parallele Biegeachse biegesteif ausgebildet ist.
9. Linearführungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 und
8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schiebeverbindung (89) durch eine in Laufrich
tung verlaufende Feder (90) an einer Randfläche (92)
eines ersten Tischelements (30L) und eine die Feder (90)
aufnehmende Nut (94) an einer benachbarten Randfläche
(96) eines zweiten Tischelements (30R) gebildet ist.
10. Linearführungsanordnung nach einem der Ansprüche 7-9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Unbeweglichkeit der beiden Tischelemente (30L,
30R) relativ zueinander in Laufrichtung durch Form
schlußmittel gewährleistet ist.
11. Linearführungsanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Formschlußmittel mindestens eine Schlitz-Zapfen-
Paarung (98, 100) umfassen.
12. Linearführungsanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Formschlußmittel eine Nut-Feder-Paarung (104,
108, 110) umfassen.
13. Linearführungsanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Formschlußmittel Anschlagelemente (112) umfas
sen, die an in Laufrichtung einander gegenüberliegenden
Seitenflächen (114) der Tischelemente (30L, 30R) an
geordnet sind.
14. Linearführungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-13,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedem der Tischelemente (30L, 30R) Spannmittel (26L,
26R) zum Aufspannen eines die Tischelemente (30L, 30R)
brückenartig belegenden Gegenstands (24) zugeordnet
sind.
15. Linearführungsanordnung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eines der Tischelemente (30L, 30R) an
einem Führungswagen (18L, 18R) quer zur Laufrichtung und
parallel zur Führungsebene beweglich gelagert ist.
16. Linearführungsanordnung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die bewegliche Lagerung des mindestens einen Tisch
elements (30L, 30R) an dem Führungswagen (18L, 18R) in
der Weise hergestellt ist, daß
- a) ein Befestigungsteil (60) des mindestens einen Tisch elements (30R) und ein Befestigungsteil des Führungs wagens (18R) mit je einer zur Führungsebene parallelen Anlagefläche (62, 64) aneinander anliegen;
- b) mindestens ein Gewindebolzen (66) mit einem Bolzen kopf (68) und einem Schaft (70) die beiden Anlageflächen (62, 64) durchdringt;
- c) der Schaft (70) des Gewindebolzens (66) mit einem Gewindeteil (72) in einen ersten der beiden Befestigungsteile eingeschraubt ist;
- d) der Schaft (70) des Bolzens (66) durch eine Bohrung (74) im zweiten Befestigungsteil (60) verläuft;
- e) in einem Ringraum (76) zwischen dem Bolzenschaft (70) und der Innenumfangsfläche der Bohrung (74) eine Di stanzhülse (78) angeordnet ist;
- f) die Distanzhülse (78) zwischen einer Widerlagerfläche (80) des ersten Befestigungsteils und einer Ringfläche (82) des Bolzenkopfes (68) verspannt ist;
- g) die Außenumfangsfläche der Distanzhülse (78) und die Innenumfangsfläche der Bohrung (74) eine Spielpassung bilden und
- h) die Länge der Distanzhülse (78) so bemessen ist, daß nach dem Anziehen des Gewindebolzens (66) die Ringfläche (82) des Bolzenkopfs (68) an einer Stützfläche (84) des zweiten Befestigungsteils (60) diese berührend oder mit geringfügigem Spiel anliegt.
17. Linearführungsanordnung, mit
mindestens zwei auf einer Basis (12) angeordneten Füh rungsschienen (14L, 14R) mit jeweils einer Führungs schienenachse, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und eine Führungsebene definieren, ferner mit
mindestens einem Führungswagen (18L, 18R) auf jeder der Führungsschienen (14L, 14R), der längs der jeweiligen Führungsschienenachse in einer Laufrichtung, insbeson dere durch endlose Rollkörperschleifen, verschiebbar ist, und ferner mit einer Tischbaugruppe (20), welche mit jeweils mindestens einem Führungswagen (18L, 18R) auf jeder der beiden Führungsschienen (14L, 14R) ver bunden ist, wobei die Linearführungsanordnung Aus gleichsmittel für quer zu den Führungsschienenachsen auftretende mechanische Spannungen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Tischbaugruppe (20) mit dem bzw. den Führungs wagen (18L, 18R) mindestens einer Führungsschiene (14L, 14R) quer zur Laufrichtung und parallel zur Führungs ebene verschiebbar in folgender Weise verbunden ist:
mindestens zwei auf einer Basis (12) angeordneten Füh rungsschienen (14L, 14R) mit jeweils einer Führungs schienenachse, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und eine Führungsebene definieren, ferner mit
mindestens einem Führungswagen (18L, 18R) auf jeder der Führungsschienen (14L, 14R), der längs der jeweiligen Führungsschienenachse in einer Laufrichtung, insbeson dere durch endlose Rollkörperschleifen, verschiebbar ist, und ferner mit einer Tischbaugruppe (20), welche mit jeweils mindestens einem Führungswagen (18L, 18R) auf jeder der beiden Führungsschienen (14L, 14R) ver bunden ist, wobei die Linearführungsanordnung Aus gleichsmittel für quer zu den Führungsschienenachsen auftretende mechanische Spannungen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Tischbaugruppe (20) mit dem bzw. den Führungs wagen (18L, 18R) mindestens einer Führungsschiene (14L, 14R) quer zur Laufrichtung und parallel zur Führungs ebene verschiebbar in folgender Weise verbunden ist:
- a) ein Befestigungsteil (60) der Tischbaugruppe (20) und ein Befestigungsteil des Führungswagens (18R) liegen mit je einer zur Führungsebene parallelen Anlagefläche (62, 64) aneinander an;
- b) mindestens ein Gewindebolzen (66) mit einem Bolzen kopf (68) und einem Schaft (70) durchdringt die beiden Anlageflächen (62, 64);
- c) der Schaft (70) des Gewindebolzens (66) ist mit einem Gewindeteil (72) in einen ersten der beiden Befesti gungsteile eingeschraubt;
- d) der Schaft (70) des Bolzens (66) verläuft durch eine Bohrung (74) im zweiten Befestigungsteil (60);
- e) in einem Ringraum (76) zwischen dem Bolzenschaft (70) und der Innenumfangsfläche der Bohrung (74) ist eine Distanzhülse (78) angeordnet;
- f) die Distanzhülse (78) ist zwischen einer Widerlager fläche (80) des ersten Befestigungsteils und einer Ringfläche (82) des Bolzenkopfes (68) verspannt;
- g) die Außenumfangsfläche der Distanzhülse (78) und die Innenumfangsfläche der Bohrung (74) bilden eine Spiel passung und
- h) die Länge der Distanzhülse (78) ist so bemessen, daß nach dem Anziehen des Gewindebolzens (66) die Ringfläche (82) des Bolzenkopfs (68) an einer Stützfläche (84) des zweiten Befestigungsteils (60) diese berührend oder mit geringfügigem Spiel anliegt.
18. Linearführungsanordnung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrung (74) abgestuft ist mit einem den An
lageflächen (62, 64) näheren Abschnitt (88) kleineren
Querschnitts und einem den Anlageflächen (62, 64) ferne
ren Abschnitt (86) größeren Querschnitts, wobei die
Stützfläche (84) am Übergang zwischen diesen beiden
Abschnitten (86, 88) angeordnet ist und wobei der Bol
zenkopf (68) radiales Spiel gegenüber dem Abschnitt (86)
größeren Querschnitts besitzt.
19. Linearführungsanordnung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bolzenkopf (68) in dem Abschnitt (86) größeren
Querschnitts vollständig versenkt ist.
20. Linearführungsanordnung nach einem der Ansprüche 17-19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerlagerfläche (80) in der Anlagefläche (64)
des ersten Befestigungsteils liegt.
21. Linearführungsanordnung nach einem der Ansprüche 17-20,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Anlageflächen (62, 64) durch den Gewinde
bolzen (66) in reibenden Eingriff gegeneinander ange
drückt sind.
22. Linearführungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-21,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Tischbaugruppe (20) ein Linearantriebselement
(38; 50) , insbesondere ein wärmeabgebendes Linearan
triebselement, angebracht ist.
23. Linearführungsanordnung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein das Linearantriebselement (38, 50) aufnehmender
Trägerbereich (21) der Tischbaugruppe (20) mit angren
zenden Bereichen (30L, 30R) der Tischbaugruppe (20) über
Verbindungsstege (34L, 34R) reduzierten Querschnitts
verbunden ist, welche als Biegestege und gleichzeitig
als Wärmeflußwiderstände wirksam sind.
24. Linearführungsanordnung nach einem der Ansprüche 22 und 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein das Linearantriebselement (38; 50) aufnehmender
Trägerbereich (21) der Tischbaugruppe (20) mit einem
Kunststoffteil ausgeführt ist, welches mit angrenzenden
Bereichen (30L, 30R) der Tischbaugruppe (20) verbunden
ist.
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