DE4325347A1 - Anordnung zum Tragen und Führen eines beweglichen Organs - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anord­ nung zum Tragen und Führen eines beweglichen Organs einer Maschine, um eine Bewegung entlang einer Achse zu erlauben, insbesondere für eine Meßmaschine.

Es sind Meßmaschinen bekannt, die eine ortsfeste Ba­ sis, eine Mehrzahl von Organen, die entlang von Achsen eines auf die Basis bezogenen Koordinatensystems beweglich sind, und einen Punktsensor besitzen, der durch die beweglichen Organe entlang dieser Achsen verschoben werden kann.

In einer typischen Anordnung bestehen die beweglichen Organe aus einem Portal, das bezüglich der Basis entlang einer ersten waagrechten Achse (X) beweglich ist und einen Querbal­ ken trägt, der sich entlang einer zweiten, zur ersten Achse (X) senkrechten Achse (Y) erstreckt, aus einem vom Portal getragenen Wagen, der auf dem Querbalken entlang der Y-Achse gleiten kann, und aus einem Kopf, der auf dem Wagen montiert ist und bezüglich dieses Wagens entlang einer senkrechten Achse (Z) verschiebbar ist, wobei der Punktsensor im Betrieb am Kopf befestigt ist.

In bekannten Maschinen der oben skizzierten Art ist das Portal auf der Basis durch eine Anordnung zum Tragen und Führen befestigt, die mehrere flache Gleitflächen, die auf der Basis ausgebildet sind und parallel zur X-Achse verlaufen und entsprechende Lagerkissen enthält, beispielsweise pneumatische Lagerkissen, die am Portal befestigt sind und auf diesen Gleitflächen gleiten können. Die Anordnung der Gleitflächen und der entsprechenden Lagerkissen ist so gewählt, daß das Portal nicht in Richtung der Y- und Z-Achse bewegt werden kann. Hierzu sind im allgemeinen zwei Gleitflächen vorgesehen, die sich senkrecht zur Y-Achse erstrecken und an denen jeweils einander entgegenwirkende Lagerkissen gleiten, so daß die Lasten, die in beiden Richtungen entlang der Y-Achse wirken, aufgenommen werden können. In gleicher Weise sind zwei Gleit­ flächen senkrecht zur Z-Achse vorgesehen, auf denen jeweils einander entgegenwirkende Lagerkissen gleiten, so daß Kräfte aufgenommen werden, die in beiden Richtungen entlang der Z- Achse wirken.

Wenngleich diese Anordnung in Hinblick auf die Be­ triebseigenschaften befriedigt, ist sie doch recht teuer auf­ grund der Verwendung einer großen Anzahl von Lagerkissen und aufgrund der erforderlichen mechanischen Bearbeitung der vier Gleitflächen, derart, daß ihre Abmessungen sehr präzise sind und ihre Oberflächenqualität hervorragend ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zum Tragen und Führen eines entlang einer Achse beweglichen Organs anzugeben, die nicht mehr die oben erwähnten Nachteile aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im An­ spruch 1 definierte Anordnung gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Un­ teransprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nun anhand eines nicht beschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels mit Hilfe der beiliegen­ den Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der Portalmeßmaschine mit einer Anordnung zum Tragen und Führen des Portals gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab mit der Anordnung zum Tragen und Führen des Portals.

Fig. 3 ist eine ähnliche Schnittansicht wie Fig. 2 und zeigt eine zweite Ausführungsform der Anordnung zum Tragen und Führen des Portals gemäß der Erfindung.

Fig. 4 ist eine ähnliche Schnittansicht wie Fig. 2 und zeigt eine dritte Ausführungsform der Anordnung zum Tragen und Führen des Portals gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 sieht man eine Meßmaschine 1, die im we­ sentlichen eine flache Basis 2 parallel zu einem Paar horizon­ taler Achsen X und Y eines dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems X, Y, Z, ein bezüglich der Basis 2 entlang der X-Achse bewegliches Portal 3, das zwei senkrechte Pfosten 4 und einen parallel zur Y-Achse (senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1) verlaufenden Querbalken 6 besitzt, einen vom Querbalken 6 des Portals 3 getragenen Wagen 7, der entlang der Y-Achse beweglich ist, und einen Kopf 8 enthält, der vom Wagen 7 getragen wird und gegenüber diesem entlang der Z-Achse be­ weglich ist. Ein Punktsensor 9 ist im Betrieb am unteren Ende des Kopfs 8 angebracht.

Ein Pfosten 4 des Portals 3 wird auf der Basis 2, die beispielsweise aus Granit besteht, über eine Anordnung zum Tragen und Führen geführt, die allgemein das Bezugszeichen 10 trägt und eine Gleitbewegung entlang der X-Achse erlaubt und alle anderen Freiheitsgrade einer translatorischen oder Dreh­ bewegung um die Y-Achse und die Z-Achse verbietet. Diese An­ ordnung 10 enthält im wesentlichen drei Gleitflächen 14, 15, 16 (Fig. 2), die in der Nähe einer Seitenkante der Basis 2 ausgebildet sind und sich parallel zur Y-Achse in einer weiter unten im einzelnen erläuterten relativen Zuordnung erstrecken. Weiter enthält die Anordnung zwei pneumatische Lagereinheiten 17, die je drei pneumatische Lagerkissen 18, 19, 20 enthalten, welche mit je einer der Gleitflächen 14, 15 und 16 zusammen­ wirken. Die Lagereinheiten 17, die in Fig. 1 gezeigt sind, besitzen einen gegenseitigen Abstand in Richtung der X-Achse derart, daß die Auflage mit hoher Drehsteifigkeit um die Y- und Z-Achse gewährleistet ist. Die Anordnung 10 enthält weiter einen an sich bekannten und nicht dargestellten Pneumatikkreis zur Versorgung der Lagerkissen 18, 19 und 20.

Der andere, in den Figuren nicht sichtbare Pfosten ist mit (nicht dargestellten) vereinfachten Tragemitteln ausgerü­ stet, um den Pfosten selbst an der Basis 2 in vertikaler Rich­ tung zu fixieren und das Portal 3 daran zu hindern, zusammen mit der Anordnung 10 um die X-Achse zu drehen.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen drei verschiedene Aus­ führungsformen der Anordnung 10. In jeder dieser Figuren ist nur eine Einheit 17 gezeigt, da die anderen Einheiten 17 genau dieselben Merkmale besitzen. Diese Ausführungsformen werden nachfolgend beschrieben, wobei in jedem Fall die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung ähnlicher oder entsprechender Teile verwendet werden.

In Fig. 2 bilden die Gleitflächen 14, 15 und 16 die Seiten eines prismatischen Führungsorgans 24 mit einer Quer­ schnittsform im wesentlichen gleich einem rechtwinkligen Tra­ pez, dessen kürzere Basis Bestandteil der Basis 2 ist und das sich entlang einer Seitenkante der Basis erstreckt. Es ist günstig, wenn dieses Führungsorgan von der Arbeitsebene der Basis, die in Fig. 2 nicht gezeigt ist, durch einen Kanal 25 mit rechteckigem Querschnitt getrennt ist.

Die Gleitfläche 14 ist waagrecht und bildet die Ober­ seite des Führungsorgans 24. Sie bildet im Querschnitt die längere Basis des Trapezes. Die Gleitfläche 15 ist senkrecht und bildet eine Seitenfläche des Kanals 25. Die Gleitfläche 16, die die äußere Seitenfläche des Führungsorgans 24 bildet, befindet sich in einer geneigten Ebene, so daß sich ein spit­ zer Dieder mit einem Winkel α bzw. ein spitzer Dieder mit einem Winkel β mit den Ebenen ergibt, in denen die Gleitflä­ chen 14 und 15 liegen.

Das Lagerkissen 18 ist über ein Kugelgelenk 27 an einem Ende eines schraubbaren Justierstifts 28 befestigt, der in eine Basiswand 29 des Pfostens 4 des Portals geschraubt ist und mit der Gleitfläche 14 zusammenwirkt.

Das Lagerkissen 19, das mit der Gleitfläche 15 zusam­ menwirkt, ist in einer ganz ähnlichen Weise an einem freien Ende 30 einer Blattfeder 34 befestigt, die mit ihrem anderen Ende 35 an der Innenwand 36 des Pfostens 4 fixiert ist. Die Steifheit der Feder 14 ist günstigerweise geringer als die des Spiels unter Betriebsbedingungen, so daß alle Unregelmäßigkei­ ten in den Abmessungen der Gleitfläche durch Verformung der Feder kompensiert werden, ohne daß die Betriebsbedingungen der Lagerkissen nennenswert verändert würden.

Schließlich ist das Lagerkissen 20 wieder über einen Justierstift und ein Kugelgelenk an einer Außenschulter 37 des Pfostens 4 montiert und wirkt mit der geneigten Gleitfläche 16 zusammen.

Aufgrund der geneigten Anordnung der Gleitfläche 16 gleicht die zwischen dem Lagerkissen 20 und dieser Gleitfläche wirkende Kraft die Resultierende der Kräfte aus, die zwischen den Lagerkissen 18 und 19 und den entsprechenden Gleitflächen 14 und 15 wirken.

In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Anord­ nung 10 sind die Gleitflächen 14 und 15 an einem seitlichen Kantenbereich der Oberseite der Basis 2 bzw. einer Seitenflä­ che der Basis ausgebildet. Die geneigte Gleitfläche 16 wird von einer Seite eines V-förmigen Kanals 38 in der Unterseite der Basis 2 gebildet und insbesondere von der Seite, die der Kante der Basis 2 am nächsten liegt. Die Ebene, in der die Gleitfläche 16 liegt, bildet einen spitzen Dieder der α bzw. β mit den Ebenen, in denen die Gleitflächen 14 und 15 liegen.

Die Lagerkissen 18 und 19 sind gemäß Fig. 3 an der Basiswand 29 des Pfostens 4 und an der Seitenschulter 37 die­ ses Pfostens montiert. Das Lagerkissen 20 wirkt mit der ge­ neigten Gleitfläche 16 zusammen und ist auf einer Blattfeder 34 montiert, die unter der Schulter 37 des Pfostens 4 fixiert ist.

In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform liegen die Gleitflächen 14, 15 und 16 auf einem Führungsorgan 39, das aus ferromagnetischem Material besteht und an der Seite der Basis 2 fixiert ist. Insbesondere sind die Gleitflächen 14 und 15 auf einer Oberseite und einer Seitenfläche des Führungsorgans 39 ausgebildet. Die entsprechenden Lagerkissen 18 und 19 sind in ähnlicher Weise wie oben beschrieben an Wände 29 bzw. 37 des Pfostens 4 montiert. Die geneigte Gleitfläche 16 befindet sich auf einer schrägen Fläche des Führungsorgans 39, die sich zwischen den Gleitflächen 14 und 15 erstreckt und stumpfe Dieder der Winkel α′ bzw. β′ mit diesen Gleitflächen bildet.

Das Lagerkissen 20 ist kein pneumatisches Lagerkissen, sondern ein magnetisches Lagerkissen und übt eine Anziehungs­ kraft auf die Gleitfläche 16 aus, die die resultierende Kraft der beiden Lagerkissen 14 und 15 auf die jeweiligen Gleitflä­ chen 18 und 19 ausgleicht.

Das Lagerkissen 20 enthält ein Halteglied 40, das justierbar an der Schulter 37 befestigt ist, und einen Dauer­ magneten 44, der in dem Halteglied 40 untergebracht ist und der Gleitfläche 16 gegenübersteht. Insbesondere ist das Halte­ glied 40 an der Schulter 37 über zwei Zugschrauben 45 befe­ stigt, die in entsprechende Gewindelöcher 36 im Halteglied stecken und in entsprechenden Vertiefungen 47 der Schulter 37 stecken, die einen Axialanschlag 48 für die Köpfe 49 der Schrauben bilden. Außerdem dient der Befestigung des Halte­ glieds 40 eine Druckschraube 50, die in ein durchgehendes Loch 51 in der Schulter 37 eingeschraubt ist und mit dem Halteglied 40 in einem mit den Löchern 46 nicht fluchtenden Punkt zusam­ menwirkt. Es ist so möglich, den Abstand des Magneten von der Gleitfläche 16 und die Neigung des Magneten durch Justierung der Schrauben 45 und 50 einzustellen.

Aus der Beschreibung der verschiedenen Ausführungs­ formen der vorliegenden Erfindung gehen die Vorteile der er­ findungsgemäßen Anordnung klar hervor.

Die Verwendung von nur drei Gleitflächen, von denen zwei aufeinander senkrecht stehen und die dritte so geneigt ist, daß das Lagerkissen (oder die Lagerkissen), das mit die­ ser Gleitfläche zusammenwirkt, die Resultierende der von den beiden anderen Lagerkissen ausgeübten Kräfte ausgleicht, er­ gibt eine genaue Führung des Portals 4, aber mit deutlich geringeren Kosten als dies bei bekannten Lösungen mit vier Gleitflächen der Fall wäre. Die Verringerung der Anzahl der Gleitflächen führt nämlich zu einer entsprechenden Verringe­ rung der Kosten für die Oberflächenbearbeitung der Gleitflä­ chen sowie zu einer Verringerung in der Zahl der Lagerkissen.

Schließlich können im Rahmen der Erfindung Veränderun­ gen an der Anordnung vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise braucht in der Anord­ nung gemäß Fig. 4 nur die Gleitfläche 16 auf einem ferroma­ gnetischen Führungsorgan ausgebildet zu sein, während die Gleitflächen 14 und 15 unmittelbar auf der Basis ausgebildet sind.

Claims (15)

1. Anordnung (10) zum Tragen und Führen eines beweglichen Organs (3) einer Maschine (1), um eine Bewegung relativ zu einem Tragorgan (2) der Maschine (1) entlang einer Achse (X) zu erlauben, mit einer ersten Gleitfläche (14), die sich auf dem Tragorgan (2) befindet und parallel zu dieser Achse (X) verläuft, mit mindestens einem ersten Lagerkissen, das am beweglichen Organ (3) befestigt ist und auf der ersten Gleit­ fläche (14) gleitet, mit einer zweiten Gleitfläche (15), die sich auf dem Tragorgan (2) befindet und parallel zur Achse (X) verläuft, und mit mindestens einem zweiten Lagerkissen (19), das am beweglichen Organ (3) befestigt ist und auf der zweiten Gleitfläche (15) gleitet, wobei die erste und die zweite Gleitfläche (14, 15) sich in einander schneidenden Ebenen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Gleitflä­ che (16), die sich auf dem Tragorgan befindet und parallel zur Achse (X) und in einer Ebene verläuft, die zu den Ebenen ge­ neigt ist, in denen die erste bzw. die zweite Gleitfläche (14, 15) liegt, und mindestens ein drittes Lagerkissen (20) vor­ gesehen ist, das auf dem bewegliche Organ (3) befestigt ist, auf der dritten Gleitfläche (16) gleitet und so angeordnet ist, daß es die von den ersten und zweiten Lagerkissen (18, 19) auf die erste und die zweite Gleitfläche (14, 15) ausge­ übten Kräfte ausgleicht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen, in denen die erste Gleitfläche (14) und die zweite Gleitfläche (15) liegen, zueinander senkrecht verlaufen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens die ersten und zweiten Lagerkissen (18, 19) pneumatische Lagerkissen sind.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Lagerkissen ein pneumatisches Lagerkissen ist und daß die dritte Gleitfläche (16) in einer Ebene liegt, die spitze Dieder der Winkel α, β mit den Ebenen bildet, in denen die ersten und zweiten Gleitflächen (14, 15) liegen.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Gleitflächen (16) durch eine Seite eines Kanals (25, 38) gebildet wird, der sich in der Basis befindet.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Lagerkissen (19, 20) mit dem beweglichen Organ (3) über elastische Mittel (34) verbunden ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Mittel eine Blattfeder (34) enthalten.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das dritte Lagerkissen (20) ein magnetisches Lagerkissen ist und die dritte Gleitfläche (16) in einer Ebene liegt, die mit den Ebenen, in denen die erste und zweite Gleitfläche (14, 15) liegen, einen stumpfen Dieder mit Winkel α′, β′ bildet.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Gleitfläche (16) sich zwischen der ersten und der zwei­ ten Gleitfläche (14, 15) erstreckt.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens die dritte Gleitfläche (16) auf einem Führungsorgan (39) aus ferromagnetischem Material gebildet wird.

11. Anordnung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Gruppen (17) von Lagerkissen vorgesehen sind, wobei jede dieser Gruppen (17) erste, zweite und dritte Lagerkissen (18, 19, 20) be­ sitzt.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen (17) von Lagerkissen entlang der Achse (X) einen Abstand besitzen.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragorgan (2) und das bewegliche Organ (3) zu einer Meßmaschine (1) gehören.

14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragorgan eine Basis (2) der Meßmaschine (1) und das be­ wegliche Organ ein Portal (3) der Meßmaschine (1) ist.

15. Meßmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, daß sie minde­ stens eine Anordnung (10) zum Tragen und Führen eines bewegli­ chen Organs (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ent­ hält.