Die Erfindung betrifft eine Linearführungseinrichtung mit einer sich in einer
Längsrichtung erstreckenden Schiene und mit einem mittels wenigstens
eines Wälzkörperumlaufs längs der Schiene verschiebbar geführten Läufer,
wobei ein lastübertragender Abschnitt wenigstens eines Wälzkörperumlaufs
eine läuferseitige Laufbahn und eine schienenseitige Laufbahn umfasst,
wobei wenigstens eine dieser Laufbahnen an einer Laufbahnleiste ausgebil
det ist, welche an dem ihr übergeordneten Element, Läufer oder Schiene,
verlagerbar vorgesehen ist, wobei die Vorspannung der beiden Laufbahnen
gegeneinander unter Vermittlung der in dem lastübertragenden Abschnitt
des Wälzkörperumlaufs angeordneten Wälzkörper durch Lageveränderung
der Laufbahnleiste mittels einer Vorspannungs-Stellvorrichtung veränderbar
ist.
Eine derartige Linearführungseinrichtung ist aus der DE 31 38 996 A1
bekannt. Bei dieser Linearführungseinrichtung wird eine in dem Läufer
verlagerbar geführte Laufbahnleiste mittels einer Mehrzahl von Stell
schrauben und jeweils eines zwischen Laufbahnleiste und Stellschraube
angeordneten Stifts relativ zu dem Läufer verlagert. Durch eine derartige
Verlagerung ist es möglich, die Vorspannung zu verändern, welche
zwischen der an der Schiene ausgebildeten Laufbahn, den kugelförmigen
Wälzkörpern und der an der Laufbahnleiste des Läufers ausgebildeten
Laufbahn wirkt. Mit anderen Worten ermöglicht die Linearführungsein
richtung nach diesem Stand der Technik über die Stellschrauben eine
Einstellung des Anpressdrucks der einzelnen Laufbahnen an die Wälzkörper
bzw. eine Einstellung des Spiels zwischen den Laufbahnen und den
Wälzkörpern. Somit ist es möglich, je nach Einsatzsituation der Linearführungseinrichtung
eine größere oder eine weniger große Vorspannung im
Bereich der lastübertragenden Abschnitte der eingesetzten Wälzkörper
umläufe zu wählen, diese allerdings für den gesamten Betrieb. So ist es
beispielsweise bei Verwendung der Linearführungseinrichtung als Kom
ponente einer Präzisionswerkzeugmaschine möglich, die Vorspannung sehr
groß einzustellen, um somit eine exakte Linearbewegung des Läufers auf der
Schiene mit minimalem Spiel zu erhalten. Es müssen dann jedoch erhöhte
Kräfte aufgebracht werden, um den Läufer auf der Schiene in deren
Längsrichtung zu bewegen. Ferner werden aufgrund der hohen Vor
spannung die Laufbahnen sowie die Wälzkörper der Wälzkörperumläufe
mechanisch stark belastet, was die Lebensdauer der Linearführungsein
richtung reduziert. Andererseits ist es möglich, die Vorspannung mittels der
Stellvorrichtung sehr gering einzustellen, was aufgrund der bei einer
Läuferbewegung geringen auftretenden Kräfte zu einer erhöhten Lebens
dauer der Linearführungseinrichtung und zu einer leichten Verschiebbarkeit
des Läufers auf der Schiene führt. Aufgrund der geringen Vorspannung ist
in diesem Fall jedoch die Präzision der Linearbewegung des Läufers auf der
Schiene reduziert. Wie bereits erwähnt, ist eine Veränderung der Vor
spannung im laufenden Betrieb der Linearführungseinrichtung nicht möglich.
Zu dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik vergleichbare
Linearführungseinrichtungen sind ferner aus der DE 31 34 313 C2 und der
US 4,390,215 bekannt. Auch bei diesen Linearführungseinrichtungen lässt
sich die Vorspannung praktisch nicht positionsabhängig einstellen.
Aus der DE 39 31 397 C2 ist ferner eine Linearführungseinrichtung
bekannt, bei welcher der Läufer mittels einer Stellschraube deformiert wird,
um somit die Vorspannung im Bereich der lastübertragenden Abschnitte der
Wälzkörperumläufe zu verändern. Der Läufer ist bei diesem Stand der
Technik mit zwei Schenkeln und einem diese Schenkel miteinander
verbindenden Steg ausgeführt, wobei im Bereich der Schenkel die Wälzkör
perumläufe angeordnet sind. Durch Stauchung des Stegs mittels der
Stellschraube läßt sich die Lage der Schenkel zu der Schiene und damit die
Lage der an den Schenkeln ausgebildeten Laufbahnen relativ zu den
zugeordneten schienenseitigen Laufbahnen verändern. Auch bei diesem
Stand der Technik ist es nicht möglich, die Vorspannung positionsabhängig
einzustellen.
Eine ähnlich wie die Linearführungseinrichtung gemäß der DE 39 31 397 C2
aufgebaute Linearführungseinrichtung ist ferner aus der FR 26 04 111
bekannt.
Auch die DE 35 27 307 A1 zeigt eine Linearführungseinrichtung, bei
welcher die Vorspannung im Bereich der lastübertragenden Abschnitte der
Wälzkörperumläufe durch Deformation des Läufers verstellbar ist. Auch bei
diesem Stand der Technik ist der Läufer mit zwei Schenkeln und einem
diese verbindenen Steg ausgebildet, wobei ein Schenkel sowie ein diesem
zugeordnetes Ende des Stegs an einem Läuferträger befestigt ist, und wobei
auf den mit dem anderen Ende des Stegs verbundenen Schenkel mittels
einer Stellschraube eine Stellkraft ausgeübt werden kann, welche zu einer
Biegeverformung des Stegs und damit zu einer Lageveränderung der
Laufbahnen relativ zu der zwischen den Schenkeln aufgenommenen
Führungsschiene führt. Diese Linearführungseinrichtung hat neben dem
Nachteil eines verhältnismäßig aufwendigen Aufbaus den weiteren Nachteil
einer ungleichmäßigen Vorspannungseinstellung im Bereich der einzelnen
Laufbahnen und zwar insbesondere dann, wenn die Stellschraube nicht im
Bereich der neutralen Faser des Stegs angreift. Des Weiteren lässt sich auch
bei dieser Linearführungseinrichtung die Vorspannung nicht positions
abhängig während der Bewegung entlang der Schiene einstellen.
Das Prinzip der Deformation eines mit zwei Schenkeln und einem Steg
ausgebildeten Läufers im Bereich des Stegs ist auch aus der DE 34 19 401 C2
bekannt. Bei dieser Linearführungseinrichtung wird der Steg durch
Biegedeformation mittels einer Einstellschraube deformiert, welche von oben
auf den Steg drückt. Auch bei diesem Stand der Technik stellen sich die
vorstehend bereits angesprochenen Nachteile einer ungleichmäßigen
Deformation des Läufers sowie der nicht möglichen positionsabhängigen
Vorspannungs-Einstellung ein.
Die US 4,515,416 zeigt eine weitere konstruktive Variante zur Einstellung
der Vorspannung im Bereich der lastübertragenden Abschnitte der
Wälzkörperumläufe bei einer Linearführungseinrichtung. Bei dieser Lösung
werden mittels eines über eine Stellschraube verstellbaren Keilelements
Laufbahnschalen in ihrer Winkelposition gegenüber dem Mittelpunkt der
einzelnen kugelförmigen Wälzkörper verlagert und dadurch die Vorspannung
der Laufbahnen an dem Läufer gegenüber der schienenseitigen Laufbahnen
unter Vermittlung der in dem lastübertragenden Abschnitt der Wälzkörper
umläufe angeordneten Wälzkörper eingestellt. Auch bei diesem Stand der
Technik ist es nicht möglich, die Vorspannung positionsabhängig während
der Bewegung des Läufers auf der Schiene zu verändern.
Schließlich ist aus der US 4,376,556 eine Linearführungseinrichtung
bekannt, bei welcher ganze Wälzkörperumläufe zusammen mit allen zur
Führung der Wälzkörper erforderlichen Komponenten hydraulisch verlagerbar
sind. Diese Lösung ist konstruktiv sehr aufwendig und erfordert großen
Bauraum.
Es ist demgegenüber eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Linearführungseinrichtung der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen,
welche mit einfachen Mitteln eine positionsabhängige Einstellung der
Vorspannung der beiden Laufbahnen gegeneinander unter Vermittlung der
an dem lastübertragenden Abschnitt des Wälzkörperumlaufs angeordneten
Wälzkörper während einer Bewegung des Läufers auf der Schiene er
möglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Linearführungseinrichtung der eingangs
bezeichneten Art gelöst, bei welcher die Vorspannungs-Stellvorrichtung eine
Druckfluid-Zufuhrleitung umfasst, und bei welcher die Laufbahnleiste bei
Druckfluidzufuhr über die Druckfluid-Zufuhrleitung relativ zu dem ihr
übergeordneten Element verlagerbar ist. Mit der erfindungsgemäßen Lösung
ist es möglich, je nach Bedarf und insbesondere in Abhängigkeit von der
jeweiligen Position des Läufers auf der Schiene durch unterschiedliche
Druckfluidzufuhr über die Druckfluid-Zufuhrleitung die Lage der Laufbahn
leiste gegenüber dem ihr übergeordneten Element, Läufer oder Schiene, zu
verändern und dadurch die Vorspannung in Abhängigkeit von der Position
des Läufers auf der Schiene einzustellen. Durch alleinige Verlagerung der
Laufbahnleiste bleibt der konstruktive Aufwand gering, und die Stellvor
richtung nimmt nur geringen Bauraum ein.
Die Erfindung kann bei einer Linearführungseinrichtung Anwendung finden,
bei welcher der Läufer mit wenigstens einen Teil der Schiene zwischen sich
aufnehmenden Schenkeln und einem diese Schenkel miteinander ver
bindenden Steg ausgeführt ist. Gleichermaßen kann die Erfindung auch bei
einer Linearführungseinrichtung eingesetzt werden, bei welcher die Schiene
mit wenigstens einem Teil des Läufers zwischen sich aufnehmenden
Schenkeln und einem diese Schenkel miteinander verbindenden Steg
ausgeführt ist. Mit anderen Worten findet die Erfindung sowohl bei
Linearführungseinrichtungen mit "Innenschiene" als auch bei Linearfüh
rungseinrichtungen mit "Außenschiene" Anwendung. Ferner ist es möglich,
die Erfindung in Verbindung mit einem Kassettensystem zu verwenden, d. h.
bei einem System, bei welchem jeweils separate Schienenhälften und
zugeordnete separate Wagenhälften an den relativ zueinander geführt zu
verlagernden Teilen, beispielsweise Fuß und Tisch einer Werkzeugmaschine,
angeordnet werden.
Um eine definierte Lageveränderung der Laufbahnleiste relativ zu dem ihr
übergeordneten Element, Läufer oder Schiene, zu gewährleisten, kann
vorgesehen sein, dass an dem übergeordneten Element jeweils eine
Ausnehmung vorgesehen ist, in welcher die zugeordnete Laufbahnleiste in
Verlagerungsrichtung geführt aufgenommen ist. Die Ausnehmung kann in
Anpassung an die Laufbahnleiste als Längsnut an dem übergeordneten
Element ausgebildet sein.
Als Wälzkörper können Kugeln, Rollen, Tonnen oder Nadeln verwendet
werden.
Um eine optimale Kraftübertragung zu gewährleisten, kann in einer
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die wenigstens eine
Laufbahnleiste an dem übergeordneten Element, Läufer oder Schiene,
schaukelfähig gelagert ist.
Eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich beispiels
weise dann, wenn die Druckfluid-Zufuhrleitung zu der der Laufbahn
abgewandten Seite der Laufbahnleiste führt. Dabei kann vorgesehen sein,
dass die Laufbahnleiste dichtend in dem ihr übergeordneten Element
aufgenommen ist, so dass das an der der Laufbahn abgewandten Seite
anliegende Druckfluid nicht seitlich der Laufbahnleiste austreten kann.
Zur Vermeidung von Druckfluidverlusten kann erfindungsgemäß auch
vorgesehen sein, dass die Vorspannungs-Stellvorrichtung wenigstens einen
dichtend geführten Vorspannungs-Stellkolben aufweist, welcher mit seiner
einen Wirkfläche an der der Laufhahn abgewandten Seite der zugeordneten
Laufbahnleiste angrenzt und welcher mit seiner anderen Wirkfläche die
zugeordnete Druckfluid-Zufuhrleitung oder eine diesem Vorspannungs-
Stellkolben zugeordnete, an die Druckfluid-Zufuhrleitung angeschlossene
Druckkammer begrenzt. Durch die Zwischenschaltung eines dichtend
geführten Vorspannungs-Stellkolbens zwischen die verlagerbare Laufbahn
leiste und die Druckfluid-Zufuhrleitung müssen keine zusätzlichen Dicht
mittel an der Laufbahnleiste angebracht werden, um Druckfluidverluste zu
vermeiden. Stattdessen kann der Vorspannungs-Stellkolben konstruktiv und
funktionell an die druckfluid-betätigte Vorspannungs-Stellvorrichtung
angepasst werden. Dies erleichtert die Fertigung der erfindungsgemäßen
Linearführungseinrichtung.
Um auch bei einem Aufbau mit Vorspannungs-Stellkolben die Laufbahnleiste
weiterhin schaukelfähig zu lagern, kann vorgesehen sein, dass die eine
Wirkfläche des wenigstens einen Vorspannungs-Stellkolbens sphärisch
ausgebildet ist. Die anlagewirksame Fläche zwischen Vorspannungs-
Stellkolben und Laufbahnleiste, welche als Auflage für die Laufbahnleiste
zum Schaukeln dient, kann somit sehr klein gehalten werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann zur gleichmäßigen Verlagerung
der Laufbahnleiste relativ zu dem ihr übergeordneten Element vorgesehen
sein, dass die Vorspannungs-Stellvorrichtung eine Mehrzahl von Vor
spannungs-Stellkolben aufweist, welche entlang der wenigstens einen
zugeordneten Laufbahnleiste angeordnet sind. Dabei ist es möglich, dass die
Vorspannungs-Stellkolben mittels Druckfluid von einer gemeinsamen
Druckfluid-Quelle über die zugeordneten Druckfluid-Zufuhrleitungen
gleichzeitig verstellbar sind. In diesem Fall können die Vorspannungs-
Stellkolben synchron verlagert werden, so dass die Laufbahnleiste relativ zu
dem ihr übergeordneten Element gleichmäßig verlagert wird. Es ist jedoch
auch möglich, dass die Vorspannungs-Stellkolben mittels Druckfluid von
getrennten Druckfluidquellen her mit unterschiedlichen Drücken verstellbar
sind. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die Laufbahnleiste relativ zu
dem ihr übergeordneten Element schräg gestellt werden soll oder wenn
mittels mehrerer Vorspannungs-Stellkolben ein Schaukeln der Laufbahnleiste
"simuliert" werden soll.
Eine einfache konstruktive Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich
beispielsweise dann, wenn die wenigstens eine Vorspannungs-Stellvor
richtung ausschließlich im Läufer, vorzugsweise in nur einem Schenkel des
Läufers angeordnet ist. In diesem Fall ist es möglich, herkömmliche
Schienen zu verwenden.
Um die erfindungsgemäße Lösung auch bei in Leichtbauweise hergestellten
Linearführungseinrichtungen bereitstellen zu können, kann vorgesehen sein,
dass die Laufbahnleiste aus einem gegenüber dem ihr übergeordneten
Element härteren Werkstoff, insbesondere aus Stahl, hergestellt ist. Dadurch
ist es möglich, die übrigen Komponenten aus einem relativ weichen, aber
auch leichtgewichtigen Material herzustellen, wie beispielsweise Aluminium,
und lediglich die mechanisch belasteten Komponenten, nämlich die
Laufbahnleisten aus einem entsprechend belastungsfähigen und harten
Material herzustellen. Diese Materialkombination findet insbesondere dann
Anwendung, wenn ein Läufer mit geringer Masse erwünscht ist. Zur
Vereinfachung des Aufbaus kann insbesondere in diesem Fall auch
vorgesehen sein, dass die wenigstens eine der Schiene zugeordnete
Laufbahn einstückig an dieser ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass an der
Schiene keine fest installierten oder verstellbaren Laufbahnleisten ange
bracht sein müssen, wenn die verlagerbaren Laufbahnleisten am Läufer
vorgesehen sind.
Eine Linearführungseinrichtung mit höherer Führungsgenauigkeit erhält man
beispielsweise dann, wenn die Schiene - in einem zu einer die Längsrichtung
der Schiene definierenden Schienenlängsachse normalen Schnitt betrachtet -
beidseits ihrer Schienenhochachse je eine Schienenseitenfläche umfasst,
und wenn an jeder Schienenseitenfläche jeweils eine Mehrzahl von,
vorzugsweise zwei, Wälzkörperumläufen angeordnet ist. Durch eine
derartige Anordnung können auf den Läufer in Richtung um die Schienen
längsachse herum wirkende Kippmomente besser über die Wälzkörper
umläufe übertragen werden. Bei einer derartigen konstruktiven Ausgestal
tung ist es vorteilhaft, wenn wenigstens zwei einer Schienenseitenfläche
zugeordnete Wälzkörperumläufe mit entsprechenden Vorspannungs-
Stellvorrichtungen versehen sind und parallel mit Druckfluid beschickbar
sind, so dass sich an beiden der jeweiligen Seitenfläche zugeordneten
Wälzkörperumläufen diesselbe Vorspannung einstellt. Dadurch kann ein
gleichmäßiger Verschleiß und eine präzise Führung des Läufers auf der
Schiene erreicht werden. Gleichermaßen ist es erfindungsgemäß möglich,
an der wenigstens einen Laufbahnleiste zwei Laufbahnen auszubilden und
diese Laufbahnen gemeinsam durch nur eine oder mehrere der Laufbahn
leiste zugeordnete Vorspannungs-Stellvorrichtungen zu verlagern.
Hinsichtlich der Verlagerungsrichtung der Laufbahnleiste relativ zu dem ihr
übergeordneten Element kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die
Verlagerung der wenigstens einen Laufbahnleiste im Wesentlichen
orthogonal zu der die Längsrichtung der Schiene definierenden Schienen
längsachse und der dazu orthogonalen Schienenhochachse erfolgt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Linearführungseinrichtung der vorstehend
beschriebenen Art, welche ferner eine hydraulische Bremsvorrichtung
umfasst mit wenigstens einem in dem Läufer geführten Bremskörper,
wenigstens einer an der Schiene vorgesehenen Bremskörper-Angriffsfläche
und wenigstens einer Bremskörper-Stellvorrichtung zum Bewegen des
wenigstens einen Bremskörpers relativ zu dem Läufer, wobei der wenigstens
eine Bremskörper mittels der wenigstens einen Bremskörper-Stellvorrichtung
zwischen einer Bremsstellung, in welcher der wenigstens eine Bremskörper
zum Hemmen einer Relativbewegung zwischen dem Läufer und der Schiene
gegen die wenigstens eine Bremskörper-Angriffsfläche gedrückt ist, und
einer Freigabestellung, in welcher der wenigstens eine Bremskörper ohne
Kontakt zur wenigstens einen Bremskörper-Angriffsfläche ist, verlagerbar
ist. Durch das Bereitstellen einer Bremsvorrichtung kann zusätzlich zu der
positionsabhängigen Vorspannungseinstellung erreicht werden, dass der
Läufer exakt an den anzufahrenden Bearbeitungspositionen mittels der
Bremsvorrichtung angehalten und gegen eine Bewegung in Längsrichtung
der Schiene festgehalten werden kann. Im Anschluss daran kann dann
jeweils die Vorspannung erhöht werden und unter erhöhter Vorspannung
und Arretierung mittels der Bremsvorrichtung die Bearbeitung durchgeführt
werden. Nach Bearbeitung kann dann unter Verringerung der Vorspannung
und Versetzen der Bremsvorrichtung in Freigabestellung eine weitere
Bewegung des Läufers auf der Schiene erfolgen.
Eine einfach ausgestaltete und zuverlässig ansteuerbare Bremsvorrichtung
ergibt sich beispielsweise dann, wenn die wenigstens eine Bremskörper-
Stellvorrichtung eine weitere Druckfluid-Zufuhrleitung umfasst, und wenn
der Bremskörper bei Druckfluidzufuhr über die weitere Druckfluid-Zufuhrlei
tung relativ zu dem Läufer verlagerbar ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Bremskörper-
Angriffsfläche an wenigstens einer Schienenseitenfläche benachbart der
dieser jeweils zugeordneten wenigstens einen Laufbahn ausgebildet ist.
Aufgrund der unterschiedlich hohen Fluiddrücke, die zur Vorspannungs
einstellung und zur Betätigung der Bremsvorrichtung vorgesehen sind, kann
vorgesehen sein, dass die Bremskörper-Stellvorrichtung und die Vor
spannungs-Stellvorrichtung von unterschiedlichen Druckfluidquellen getrennt
mit Druckfluid beschickbar sind. Es hat sich gezeigt, dass die zur Betätigung
der Bremsvorrichtung erforderlichen Drücke bei hydraulischen Druckfluiden
um ein Vielfaches größer sein können als die zur Betätigung der Vor
spannungs-Stelleinrichtung erforderlichen Fluiddrücke.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bewegen eines Läufers
entlang einer Schiene unter Verwendung einer Linearführungseinrichtung der
vorstehend beschriebenen Art, umfassend die Schritte:
- A) Bewegen des Läufers entlang der Schiene von einem Aus
gangspunkt zu einer vorbestimmten Bearbeitungsposition unter
Zufuhr von Druckfluid geringen Drucks zu der Vorspannungs-
Stellvorrichtung,
- B) Anhalten des Läufers an der vorbestimmten Bearbeitungs
position, gewünschtenfalls unter Zufuhr von Druckfluid hohen
Drucks zu der Bremsvorrichtung,
- C) Zuführen von Druckfluid hohen Drucks zu der Vorspannungs-
Stellvorrichtung, und gewünschtenfalls
- D) Wiederholen der Schritte A) bis C) zum Anfahren wenigstens
einer weiteren vorbestimmten Bearbeitungsposition.
Wie vorstehend bereits geschildert, kann dann nach Abschluss des Schritts
C) eine Bearbeitung eines auf dem Läufer arretierten Werkstücks erfolgen,
wobei der Läufer das Werkstück an der vorgegebenen Position aufgrund der
Vorspannung exakt hält. Es ist also mit der erfindungsgemäßen Linearfüh
rungseinrichtung möglich, den Läufer ausgehend von einer Startposition mit
geringer Vorspannung in den Wälzkörperumläufen und den diesen zugeord
neten Laufbahnen in eine bestimmte Bearbeitungsposition unter geringem
Kraftaufwand entlang der Schiene zu verschieben, und dann nach Erreichen
und Anhalten des Läufers in dieser Bearbeitungsposition die Vorspannung
zu erhöhen, um eine exakte und positionsgenaue Arretierung des Läufers an
der Bearbeitungsposition zu erhalten. Nach Abschluss der Bearbeitung,
beispielsweise einer spanabhebenden Bearbeitung eines auf dem Läufer
fixierten Werkstücks, wird dann die Vorspannung durch Verringern des
Drucks des auf die Vorspannungs-Stellvorrichtung wirkenden Druckfluids
wieder reduziert, so dass der Läufer wiederum, beispielsweise in die nächste
Bearbeitungsposition oder zurück in die Ausgangsposition, unter geringem
Kraftaufwand und bei geringer mechanischer Belastung der Wälzkörper
umläufe und Laufbahnen bewegt werden kann.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Schiene und eines längs
der Schiene verschiebbaren Läufers einer erfindungsgemäßen
Linearführungseinrichtung;
Fig. 2 eine Teilschnittansicht entsprechend der Schnittlinie II aus Fig.
1,
Fig. 3 eine Teilschnittansicht entsprechend Fig. 2, jedoch mit
Bremsvorrichtung;
Fig. 4a eine schematische Darstellung einer Laufbahnleiste mit zwei
Stellvorrichtungs-Angriffspunkten,
Fig. 4b eine schematische Darstellung entsprechend Fig. 4a mit einem
mittigen Stellvorrichtungs-Angriffspunkt,
Fig. 4c eine schematische Ansicht entsprechend Fig. 4a und Fig. 4b
mit drei Stellvorrichtungs-Angriffspunkten und
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Außenschienenführung.
In Fig. 1 ist eine Linearführungseinrichtung allgemein mit 10 bezeichnet.
Diese umfasst eine Schiene 12 mit einer Schienenlängsachse 14 und einer
zur Schienenlängsachse 14 orthogonalen Schienenhochachse 16. Auf der
Schiene 12 ist ein Läufer 18 in Richtung der Schienenlängsachse 14 geführt
aufgenommen.
Die Schiene 12 weist in Richtung der Schienenhochachse 16 verlaufende
Aufnahmebohrungen 20 auf, in welche Befestigungsschrauben (nicht
gezeigt) einsetzbar sind, mittels welchen die Schiene 12 mit einem
Untergrund verschraubt werden kann.
Die Befestigung des Läufers 18 an einem (nicht gezeigten) Anschlussteil,
beispielsweise einem Werkzeugmaschinenschlitten, erfolgt durch Bolzenver
bindungen mit Durchgangsbohrungen 22, die sich, bezogen auf die
Schienenlängsachse 14 im äußeren Bereich des Läufers 18 befinden. Je
nach Breite des Läufers 18 können derartige Bohrungen 22 auch im Bereich
der Schienenlängsachse 14 angeordnet sein. Es besteht auch die Möglich
keit, dass die Durchgangsbohrungen 22 als Gewindebohrungen ausgeführt
sind, in welche dann zur Befestigung an dem (nicht gezeigten) Anschlussteil
Befestigungsschrauben einschraubbar sind.
Wie unter Hinzuziehung von Fig. 2 erkennbar, ist der Läufer 18 mit zwei
Schenkeln 24 und 26 ausgebildet, welche über einen Steg 28 miteinander
verbunden sind. Zwischen den Schenkeln 24 und 26 ist ein Teil der Schiene
12 aufgenommen. Im Bereich der Schenkel 24 und 26 sind, wie in Fig. 2
auf der rechten Seite gezeigt, jeweils zwei Endloskugelumläufe vorgesehen,
welche allgemein mit A-D bezeichnet sind. Im folgenden wird lediglich die
im Schnitt dargestellte rechte Seite von Fig. 2 im Detail erläutert. Jeder
Kugelumlauf A, B besitzt einen lastübertragenden Abschnitt A1, B1 sowie
einen rücklaufenden Abschnitt A2, B2, welche in dem Läuferkörper geführt
sind. Die Kugeln 27, 29 der lastübertragenden Abschnitte A1, B1 der
Endloskugelumläufe A, B laufen schienenseitig in in die Schiene 12
eingearbeiteten Laufbahnen 30, 32, 34, 36. Läuferseitig bewegen sich die
Kugeln der lastübertragenden Abschnitte A1, B1 der Endloskugelumläufe A,
B in den Laufbahnen 38, 40. Die läuferseitigen Laufbahnen 38, 40 sind
jeweils an einer Laufbahnleiste 42, 44 ausgebildet, welche in einer zugeord
neten Längsnut 46, 48 in Richtung des Pfeils P verlagerbar geführt sind und
welche jeweils über eine nachfolgend noch näher erläuterte Vorspannungs-
Stellvorichtung 41, 43 lageveränderbar sind. Die rücklaufenden Kugelreihen
A2, B2 sind durch nicht weiter dargestellte Bogenkugelreihen mit den
lastübertragenden Kugelreihen A1, B1 verbunden. Durch die hierdurch
entstehenden Endloskugelumläufe A, B wird die Längsbewegung von
gegeneinander verschiebbaren Teilen ermöglicht, wie beispielsweise einem
Werkzeugmaschinenschlitten gegenüber seinem Werkzeugmaschinenbett.
Die Bogenkugelreihen sind in Kopfstücken 50, 52 (Fig. 1) angeordnet, die
in Schienenlängsrichtung an dem jeweiligen stirnseitigen Ende des Läufers
18 über Schrauben 54 an diesem angebracht sind.
Fig. 2 zeigt ferner einen Schmiernippel 56, über welchen einem nicht näher
gezeigten Schmiersystem Schmiermittel zugeführt werden kann. In diesem
Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass der die Laufbahnen 30-40
aufweisende Bereich der Linearführungseinrichtung 10 mit Dichtungen 58,
60 versehen ist, welche ein Austreten von Schmiermittel aus diesem
Bereich und ein Eintreten von Schmutz in diesen Bereich verhindern.
An der den Laufbahnen 38, 40 abgewandten Seiten der Laufbahnleisten 42,
44 sind für jede Vorspannungs-Stellvorrichtung 41, 43 in einer zugeord
neten Bohrung verschiebbar Vorspannungs-Stellkolben 62, 64 angeordnet.
Die Vorspannungs-Stellkolben 62, 64 sind an ihrer Außenumfangsfläche mit
Dichtungen 66, 68 versehen, welche für eine dichtende Führung in den
jeweils den Vorspannungs-Stellkolben 62, 64 zugeordneten Bohrungen des
Läufers 18 sorgen. Auf der der jeweiligen Laufbahnleiste 42, 44 abgewand
ten Seite der Vorspannungs-Stellkolben 62, 64 sind Druckkammern 70, 72
ausgebildet. Diese werden über eine gemeinsame Druckfluid-Zufuhrleitung
74 (in Fig. 2 strichliert dargestellt) und jeweilige Zugangsöffnungen 75, 77
mit einem Druckfluid, wie beispielsweise einem Hydrauliköl oder mit
Druckgas beschickt. Die Druckkammern 70, 72 sind an ihrem schienenfer
nen Ende mit Gewindebolzen 76, 78 dichtend verschlossen.
Die Zufuhrleitung 74 ist, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, über einen
an dem Läufer 18 angeschlossenen Druckfluid-Zufuhrschlauch 80 (siehe Fig.
1) mit Druckfluid F beschickbar.
Je nach Höhe des Druckes des über den Druckfluid-Zufuhrschlauch 80 und
die Druckfluid-Zufuhrleitung 74 den Druckkammern 70, 72 zugeführten
Druckfluids werden die Vorspannungs-Stellkolben 62, 64 in den diese
führenden Bohrungen im Läufer 18 verschoben und über diese die
Laufbahnleisten 42, 44 in Richtung des Pfeils P verlagert. Dadurch kann der
Anpressdruck der läuferseitigen Laufbahnen 38, 40 gegen die lastüber
tragenden Abschnitte A1, B1 der Endloskugelumläufe A, B bei hohem
Fluiddruck erhöht und bei geringem Fluiddruck verringert werden, so dass
die Vorspannung der Laufbahnen 30, 42 unter Vermittlung der Kugeln 27
des lastübertragenden Abschnitts A1 und die Vorspannung der Laufbahnen
32, 40 unter Vermittlung der Kugeln 29 des lastübertragenden Abschnitts
B1 beliebig eingestellt werden kann.
Die Laufbahnleisten-Einstellung kann positionsabhängig vorgenommen
werden. Dies bedeutet bei Betrachtung von Fig. 1, dass der Läufer 18
ausgehend von einem Startpunkt S0 unter geringer Vorspannung, d. h. bei
geringem Fluiddruck innerhalb der Druckkammern 70, 72, entlang der
Schienenlängsachse 14 in eine erste Bearbeitungsposition S1 bewegt wird
und dort angehalten wird. Nach Erreichen der ersten Bearbeitungsposition
S. wird dann der Fluiddruck innerhalb der Druckkammern 70, 72 stark
erhöht, so dass unter Vermittlung der Vorspannungs-Stellkolben 62, 64 die
Laufbahnleisten 42 und 44 in Richtung des Pfeils P (siehe Fig. 2) verlagert
werden, und somit die Laufbahnen 38, 40 stärker gegen die Kugeln der
lastübertragenden Abschnitte A1 und B1 gedrückt werden, und diese
wiederum stärker gegen die schienenseitigen Laufbahnen 30, 32 gedrückt
werden. Insgesamt erhöht sich also die Vorspannung zwischen den
Laufbahnen 30-36 der Schiene und den zugeordneten Laufbahnen am
Läufer 18, so dass dadurch die Steifigkeit der Führung des Läufers 18 auf
der Schiene 12 erhöht wird und der Läufer 18 auch bei starken, von außen
einwirkenden Kräften positionsgenau und steif auf der Schiene 12 gehalten
wird. Nach Beendigung des Bearbeitungsvorgangs in der Position S1 wird
dann die Vorspannung durch Verringerung des in den Druckkammern 70,
72 anliegenden Hydraulikdrucks reduziert, so dass der Läufer 18 wieder mit
geringem Kraftaufwand, d. h. unter geringer Vorspannung, in die nächste
Bearbeitungsposition S2 gefahren werden kann. Dort kann erneut, wie
vorstehend geschildert, die Führungssteifigkeit durch Vorspannungs
erhöhung vergrößert werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Zufuhrschlauch 80 bzw. der Ausgang
der Zufuhrleitung 74 an dem Läufer 18 auch seitlich im Bereich eines
Schenkels 24 oder 26 vorgesehen sein kann, falls die Oberseite des Läufers
18 zur Anbringung einer Maschinenkomponente vollständig benötigt wird.
Es ist weiter anzumerken, dass bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungs
beispiel lediglich die Endloskugelumläufe A und B mit Laufbahnleisten 42,
44 ausgestattet sind, welche in Richtung des Pfeils P verlagerbar sind.
Hingegen sind die Endloskugelumläufe C und D läuferseitig (in nicht
dargestellter Weise) zwar auch mit Laufbahnleisten versehen, diese sind
jedoch fest in dem Läufer 18 aufgenommen und nicht verlagerbar. Zur
Erhöhung der Vorspannung reicht es aus, wenn lediglich in einem Schenkel
des Läufers 18 verlagerbare Laufbahnleisten angeordnet sind. Es ist jedoch
grundsätzlich auch möglich, in beiden Schenkeln 24 und 26 des Läufers 18
verlagerbare Laufbahnleisten anzuordnen.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten und vorstehend
beschriebenen Linearführungseinrichtung. Zur Beschreibung von Fig. 3
werden - soweit möglich - aufgrund des ähnlichen Aufbaus dieselben
Bezugszeichen verwendet, wie bereits in Fig. 1 und 2, jedoch erhöht um die
Zahl 100.
In Fig. 3 ist im rechten Bereich lediglich ein Endloskugelumlauf A vor
gesehen, welcher entsprechend Fig. 2 mit einem lastübertragenden
Abschnitt A1 und einem rückführenden Abschnitt A2 versehen ist. Der
lastübertragende Abschnitt A1 des Endloskugelumlaufs A ist zwischen einer
schienenseitigen Laufbahn 130 und einer läuferseitigen Laufbahn 138
geführt. Die läuferseitige Laufbahn 138 ist an der in Richtung des Pfeils P
durch eine Vorspannungs-Stellvorrichtung 141 verlagerbaren Laufbahnleiste
142 ausgebildet, welche ihrerseits wiederum über den Vorspannungs-
Stellkolben 162 relativ zu dem Läufer 118 verlagerbar ist. Die Verlagerung
des Vorspannungs-Stellkolbens 162 erfolgt durch Veränderung des Drucks
des in der Druckkammer 170 befindlichen Druckfluids, welches über die
Druckfluidleitung 174 in gleicher Weise wie mit Bezug auf Fig. 1 und 2
beschrieben von einer Druckfluidquelle zugeführt wird. Die Druckkammer
170 ist wiederum durch einen Gewindebolzen 176 verschlossen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der den lastübertragenden Abschnitt A1
des Kugelumlaufs A umgebende Bereich wiederum mittels Dichtungen 158
und 160 gegen ein Austreten von Schmiermittel einerseits und gegen ein
Eintreten von Schmutz in den Laufbahnbereich andererseits abgeschirmt ist.
Fig. 3 zeigt ferner eine Bremsvorrichtung 184. Diese umfasst einen
Bremskörper 186, welcher in einer Ausnehmung 188 in dem Schenkel 126
in Richtung des Pfeils P verschiebbar geführt ist. Dem Bremskörper 186
gegenüberliegend ist an der Schiene 112 eine Bremskörper-Angriffsfläche
190 ausgebildet. Auf der der Schiene 112 abgewandten Seite des
Bremskörpers 186 greift ein in einer zugeordneten Bohrung verschiebbar
geführter Bremskörper-Stellkolben 192 an, welcher über eine Dichtung 194
dichtend in dieser Ausnehmung geführt ist. Auf der dem Bremskörper 186
abgewandten Seite des Bremskörper-Stellkolbens 192 ist eine Druckkammer
196 ausgebildet, welche über eine Zufuhröffnung 197 mit einer Brems-
Druckfluid-Zufuhrleitung 198 verbunden ist. Die Druckkammer 196 ist über
die Brems-Druckfluid-Zufuhrleitung 198 von einer nicht näher gezeigten
Brems-Durckfluidquelle her mit einem Brems-Druckfluid beschickbar. An
ihrem schienenfernen Ende ist die Druckkammer 196 mit einem Gewindebol
zen 199 dichtend verschlossen.
Zusätzlich zu den mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 geschilderten Funktionen
zur Vorspannungsverstellung ist es bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3
möglich, mit Hilfe der Bremsvorrichtung 184 eine Bewegung des Läufers
118 auf der Schiene 112 in Richtung deren Längsachse 14 zu bremsen.
Dies geschieht dadurch, dass über die Brems-Druckfluid-Zufuhrleitung 198
Brems-Druckfluid zugeführt und der Fluiddruck in der Kammer 196 erhöht
wird. Dadurch wird der Bremskörper-Stellkolben 192 in der diesem
zugeordneten Bohrung in Richtung des Pfeils P verschoben und der
Bremskörper 186 wird gegen die Bremskörper-Angriffsfläche 190 an der
Schiene 112 gedrückt. Die dabei entstehenden Reibungskräfte bremsen den
Läufer 118 gegenüber der Schiene 112 ab. Gleichermaßen kann mit Hilfe
der Bremsvorrichtung 184 erreicht werden, dass der Läufer 118 nach
Erreichen einer Bearbeitungsposition auf der Schiene 112 (beispielsweise S.
oder S2, wie in Fig. 1 gezeigt) durch Andrücken des Bremskörpers 186
gegen die Führungsschiene 112 zusätzlich zu der Vorspannungserhöhung
durch Verlagerung der Laufbahnleiste 142 exakter hält und nicht verkippt.
Zum Lösen der Bremsvorrichtung 184 wird der in der Druckkammer 196
herrschende Fluiddruck reduziert, so dass die Bremskörper-Angriffsfläche
190 durch den Bremskörper 186 wieder freigegeben wird. Dieses Lösen des
Bremskörpers 186 von der Bremskörper-Angriffsfläche 190 kann noch durch
eine federnde Anlenkung des Bremskörpers 186 an dem Läufer 118
unterstützt werden (nicht näher dargestellt). Denkbar ist auch, dass zum
Lösen der Bremsvorrichtung 184 ein Fluid verwendet wird.
In den Fig. 4a-4c ist schematisch angedeutet, dass es verschiedene
Möglichkeiten gibt, eine Laufbahn, hier die läuferseitige Laufbahn 38,
welche mit dem lastübertragenden Abschnitt A1 des Endloskugelumlaufs A
in Eingriff steht, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung relativ zu
dem Läufer 118 zu verlagern.
Fig. 4a zeigt, dass in den Endbereichen der Laufbahnleiste 42a jeweils ein
Vorspannungs-Stellkolben 62 1 bzw. 62 2 angreift. Diese Vorspannungs-
Stellkolben 62 1 bzw. 62 2 können jeweils mit demselben Fluiddruck
beaufschlagt werden, so dass die Laufbahnleiste 42a gleichmäßig relativ
zum Läufer verlagert wird. Sie können aber auch mit verschiedenen
Fluiddrücken beaufschlagt werden, so dass sich die Laufbahnleiste 42a
schräg stellt.
Fig. 4b zeigt hingegen die Möglichkeit, dass die Laufbahnleiste 42b lediglich
mittels eines einzigen Vorspannungs-Stellkolbens 62 3 gegenüber dem Läufer
verlagert wird. Eine derartige Vorspannungs-Stellvorrichtung ermöglicht ein
Schaukeln der Laufbahnleiste 42b um den Berührungspunkt T des
Vorspannungs-Stellkolbens 62 3 und der von der Laufbahn 30b abgewandten
Seite der Laufbahnleiste 42b, wie in Fig. 4b durch die seitlichen Pfeile
angedeutet.
Fig. 4c zeigt eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung der Vorspannungs-
Stellvorrichtung. Bei dieser Ausführungsform sind an der Laufbahnleiste 42c
an ihrer der Laufbahn 30c abgewandten Seite drei Vorspannungs-Stell
kolben 62 4, 62 5 und 62 6 angeordnet, welche entweder allesamt, wie bereits
mit Bezug auf Fig. 4a geschildert, mit demselben Fluiddruck beaufschlagt
werden, so dass die Laufbahnleiste 42c gleichmäßig auf die Wälzkörper des
lastübertragenden Abschnitts A1 gedrückt werden. Es besteht aber auch die
Möglichkeit, wie bereits auch schon bei Fig. 4a angedeutet, die einzelnen
Vorspannungs-Stellkolben 62 4, 62 5 und 62 6 mit unterschiedlichen Fluid
drücken zu beaufschlagen, beispielsweise derart, dass der Vorspannungs-
Stellkolben 62 5 mit einem höheren Hydraulikdruck als die Vorspannungs-
Stellkolben 62 4 und 62 6 beaufschlagt wird, so dass die Laufbahnleiste 42c,
wie in Fig. 4b, schaukelfähig gelagert ist oder derart, dass der Fluiddruck
ausgehend von dem Vorspannungs-Stellkolben 62 4 über den Vorspannungs-
Stellkolben 62 5 hin zu dem Vorspannungs-Stellkolben 62 6 kontinuierlich
zunimmt bzw. abnimmt, so dass sich die Laufbahnleiste 42c schräg stellt.
Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung eine Abwandlung der erfindungs
gemäßen Linearführungseinrichtung. Es werden zur Erläuterung dieselben
Bezugszeichen wie bei Fig. 1 und 2, jedoch lediglich erhöht um die Zahl 200
verwendet.
Die Linearführungseinrichtung 210 gemäß Fig. 5 umfasst eine Schiene 212
mit zwei Schenkeln 224, 226 sowie einen diese verbindenden Steg 228.
Zwischen den Schenkeln ist der Läufer 218 aufgenommen, welcher
wiederum, wie bereits mehrfach erläutert, über Wälzkörperumläufe A und
B an der Schiene 212 linear beweglich geführt ist. Der Läufer 218 umfasst
eine Laufbahnleiste 242, welche mittels einer Vorspannungs-Stellvor
richtung 241 zur Veränderung der Vorspannung in den Wälzkörperumläufen
A und B verstellbar ist.
Die mit Außenschiene 212 ausgeführte Linearführungseinrichtung 210 ist
an einem Untergrund 200 angeordnet.
Die Funktionsweise der Linearführungseinrichtung 210 gemäß Fig. 5,
insbesondere der Vorspannungs-Stellvorrichtung 241 zur Einstellung der
Vorspannung im Bereich der Wälzkörperumläufe A und B entspricht der
vorstehend mit Bezug auf Fig. 1-3 und Fig. 4a-4c geschilderten
Funktionsweise der Linearführungseinrichtung der übrigen Ausführungsbei
spiele.