DE19718731A1 - Linearführung für ein wechselnden Beanspruchungen unterworfenes Bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Linearführung für ein wechselnden Beanspruchungen unterworfenes Maschinen­ bauteil, das durch einen einseitig angreifenden Antrieb in beiden Richtungen entlang der Linearführung bewegt wird.

Im Maschinenbau, wie z. B. bei Werkzeugmaschinen, werden oftmals Maschinenbauteile oder Bauteilgruppen linear an Führungen hin- und herbewegt. Bei den Maschinenbauteilen kann es sich beispielsweise um Dreh- oder Fräswerkzeuge oder um rotierende Trennwerkzeuge wie etwa Trennscheiben handeln, die an einem feststehenden oder auch bewegten Werkstück entlang geführt werden. Je nach der erforder­ lichen Bearbeitungsgenauigkeit werden dabei unterschied­ lich hohe Anforderungen an die Führung hinsichtlich der Spielfreiheit und der Schwingungsdämpfung gestellt, wobei diese Anforderungen in Extremfällen sehr hoch sind.

Wenn wie in dem vorgenannten Beispiel ein starres oder ein rotierendes Werkzeug gegen ein Werkstück geführt wird, bewegt es sich zunächst eine bestimmte Wegstrecke bis zur ersten Berührung mit dem Werkstück frei, so daß von dem den Vorschub bewirkenden Antrieb nur der sehr geringe Reibungswiderstand zu überwinden ist. Mit dem Angriff an dem Werkstück wächst der Vorschubwiderstand deutlich an und kann je nach dem gegebenen Anwendungsfall in Abhängigkeit von der Zeit und dem Weg stark schwanken.

Die Schwankungen in dem Vorschubwiderstand müssen von der Halterung und der Führung des Werkzeugs so aufgenommen und abgeleitet werden, daß die unvermeidlichen Lageverän­ derungen und Schwingungen im Rahmen der vorgegebenen Toleranzen liegen.

Diese Forderung läßt sich zwar durch eine präzise Ferti­ gung und Führung und eine kompakte Bauweise erfüllen, jedoch treten besondere Schwierigkeiten dann auf, wenn das Maschinenbauteil bzw. das Werkzeug aus konstruktiven Gründen gegenüber den Führungsbauteilen in einem bestimm­ ten Abstand versetzt angeordnet ist, so daß Kippmomente in einem nennenswerten Ausmaß auftreten. Die das Maschinen­ bauteil tragende Halterung muß deshalb besonders stabil ausgeführt werden, wodurch sich das Gewicht erhöht und damit die abzufangenden Kräfte weiter verstärkt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Vorschubwi­ derstand durch eine Verringerung der Vorschubgeschwindig­ keit herabzusetzen, womit aber die Leistungsfähigkeit und damit die Wirtschaftlichkeit der gesamten Vorrichtung herabgesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linear­ führung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die aus dem unterschiedlichen Vorschubwiderstand her­ rührenden wechselnden Beanspruchungen sich nicht auf die Führungsgenauigkeit für das Maschinenbauteil auswirken.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des An­ spruchs 1.

Hiernach wird auf das Maschinenbauteil eine elastische oder konstante Kraft ausgeübt, die der Vorschubkraft ent­ gegenwirkt und deutlich größer ist als die aus dem Vor­ schubwiderstand kommenden wechselnden Kräfte. Der den Vorschub bewirkende Antrieb muß daher einen Widerstand überwinden, der wesentlich höher ist als der auf das Maschinenbauteil, beispielsweise ein Span- oder Trenn­ werkzeug, einwirkende Arbeitswiderstand. Letzterer wird somit von der zusätzlich aufgebrachten Kraft überlagert und wirkt sich damit anteilsmäßig in wesentlich geringe­ rem Ausmaß aus. Durch eine geeignete Bemessung der Kräfte lädt sich das Maschinenbauteil so führen, daß die aus den wechselnden Beanspruchungen kommenden Widerstände und Schwingungen sich in einem nicht mehr meßbaren bzw. vernachlässigbaren Ausmaß auf die Führungsgenauigkeit auswirken.

Die weiteren Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen zum Gegenstand.

Die dem Antrieb entgegenwirkende Kraft kann von einer Feder, beispielsweise einer Gasdruckfeder, oder von einem Hydraulikaggregat erzeugt werden und kann wahlweise an derselben Seite wie der Vorschubantrieb oder an der diesem entgegengesetzten Seite angreifen.

Der Vorschub wird vorzugsweise von einer Vorschubspindel oder von einem Hydraulikzylinder erzeugt.

Wenn das Maschinenbauteil an einem Brückenträger montiert ist, greift vorzugsweise ein Vorschubaggregat an einem mittig an dem Brückenträger angeordneten Arm an, während die dem Antrieb entgegenwirkende elastische oder konstan­ te Kraft an den beiden Längsenden des Brückenträgers in der Nähe der Führungsschienen angreift.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine mit der erfindungsgemäßen Linearführung ausgestatte Vorrichtung in der Ansicht von vorn,

Fig. 2 eine mit der erfindungsgemäßen Linearführung ausgestatte Vorrichtung in der Ansicht von der Seite,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht in der Linie B-B der Fig. 1 unter Weglassung der Abdeckung.

Bei der dargestellten und nachfolgend beschriebenen Vor­ richtung handelt es sich um eine Trennschleifmaschine, mit der eine Vielzahl stabförmiger Werkstücke in einem Arbeitsgang in einzelne Stücke zerteilt werden kann. Die erfindungsgemäße Linearführung kann jedoch auch bei ande­ ren Werkzeug- oder sonstigen Fertigungsmaschinen zur An­ wendung kommen.

Auf einem Grundgestell ist eine Halterung 1 in Form einer Walze oder Trommel angebracht. Die Halterung 1 kann durch einen elektrischen Antrieb 4 in langsame Drehung versetzt werden.

Auf dem Mantel der walzenförmigen Halterung 1 sind achs­ parallel und mit gegenseitigem Abstand die zu zertei­ lenden Stäbe, z. B. Ferritstangen zur Herstellung von Per­ manentmagneten, befestigt. Darüber befindet sich eine Vorschubeinheit 5, die in senkrechten Linearführungen spielfrei geführt und von einer Hubspindel 6 auf- und abbewegbar ist. Die Vorschubeinheit 5 trägt unten an einem Lagerteil 7 mehrere Trennscheiben 8, die in vor­ gegebenen Abständen nebeneinander auf einer gemeinsamen Welle 7 angeordnet und mit dieser drehbar sind.

Beim Betrieb der Vorrichtung werden die walzenförmige Halterung 1 in langsame Drehung und die Trennscheiben 8 in eine gegenläufige schnelle Drehung versetzt. Dann wird die Vorschubeinheit 5 langsam nach unten bewegt, und die Trennscheiben zerteilen während einer oder mehrerer Um­ drehungen der walzenförmigen Halterung 2 sämtliche Stäbe 1. Nach Abschluß des Trennvorgangs wird die Vorschubein­ heit 5 zurück bewegt, und die getrennten Teilstücke werden von der walzenförmigen Halterung 2 abgenommen.

Bei einem Arbeitsvorgang wird von dem Moment an, an dem die Trennscheiben 8 die Werkstückoberfläche berühren, der Abwärtsbewegung der Vorschubeinheit 5 und damit einem Eintauchen der Trennscheiben in das Material ein Wider­ stand entgegengesetzt, der als Reaktionskraft über die Trennscheiben in die Vorschubeinheit eingeleitet wird und in entgegengesetzter Richtung zur Niederhaltekraft der Hubspindel 6 wirkt. Der von den rotierenden Trennscheiben 8 bewirkte Zerspanungsvorgang in dem Werkstück setzt wiederum den Materialwiderstand deutlich herab, wodurch die Reaktionskraft verringert wird. Die Reaktionskraft schwankt somit in Abhängigkeit zu den Geschwindigkeiten der Zustell- und der Vorschubbewegung.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Linearführung für die Vorschubeinheit 5. Das tragende Element der Vorschubein­ heit 5 ist ein Brückenträger 10, der sich über an seinen Enden angeordnete Trägerbänder 9 auf zwei Führungswagen 11 einer Profilschienenführung 12 in einer Säule 13 ab­ stützt. An einem nach vorne - in Fig. 3 nach rechts - gerichteten Ausleger 10a des Brückenträgers 10 ist die Trennscheibenwelle 7 angebracht. Der zugehörige, zusammen mit der Vorschubeinheit 5 bewegbare Antrieb ist der besseren Obersicht halber nicht dargestellt. In der Mitte des Brückenträgers 10 ist in der dem Ausleger 10a entge­ gengesetzten Richtung eine Hubspindelausleger 10b ange­ ordnet, an dem die Hubspindel 6 von unten angreift.

Die brückenartige Anordnung der Vorschubeinheit 5 mit den seitlichen Säulen 13 gewährleistet einen größtmöglichen Freiraum für die Werkstücke und die Werkstückhalterung unterhalb der Trennwerkzeuge.

Die weiter oben erläuterten wechselnden Reaktionskräfte bewirken infolge eines unvermeidlichen Lagerspiels in den Linearführungen 11, 12 und einer elastischen Verformung der darin befindlichen Wälzkörper eine Pendelbewegung der Vorschubeinheit 5 um die in Fig. 1 und 2 bei A-A ange­ deutete Achse. Zusätzlich können durch die auf die Trenn­ scheibenwelle 7 einwirkenden dynamischen Kräfte Schwin­ gungen im Gesamtsystem der Vorschubeinheit 5 angeregt werden, was zu einer unerwünschten negativen Beein­ flussung der Schnittergebnisse führt. Da diese Aus­ wirkungen auch von der Art der jeweils eingesetzten Trennscheiben und der bearbeiteten Werkstücke abhängig sind, sind sie durch konstruktive Maßnahmen in der Bau­ weise des Brückenträgers 10 und der Linearführungen 11, 12 nicht ohne weiteres zu beherrschen.

Erfindungsgemäß werden die Auswirkungen der Reaktions­ kräfte dadurch minimiert, daß die Reaktionskräfte von einer wesentlich stärkeren Kraft überlagert werden. Diese Kraft wird von zwei Gasdruckfedern 14 erzeugt, die im Bereich der Linearführungen an den Trägerbändern 9 an­ greifen und diese mit einer nach oben gerichteten Kraft beaufschlagen. Sie haben eine relativ flache Federkenn­ linie, so daß sich die Federkraft im Bereich des Vor­ schubweges nicht wesentlich ändert.

Bei der Zustellbewegung wird auf diese Weise der Brücken­ träger 10 von Anfang an mit einer hohen Vorschubkraft beaufschlagt, um die Federkraft zu überwinden. Ein Lager­ spiel und mögliche elastische Verformungen in den Bauele­ menten des Brückenträgers 10 stellen sich dabei auf die hohe Gegenkraft ein. Mit dem Beginn des Trennvorgangs kommen die oben näher erläuterten wechselnden Reaktions­ kräfte hinzu, jedoch sind diese im Vergleich zu der Kraft der Gasdruckfedern 14 so gering, daß sie die Genauigkeit in der Führung der Vorschubeinheit 5 nicht mehr beein­ flussen. Desgleichen werden auftretende Schwingungen wirksam unterdrückt.

Die von den Gasdruckfedern 14 im Vergleich zu den Reak­ tionskräften aufzubringende Kraft hängt naturgemäß stark von der Bauart der jeweiligen Maschine ab. Im allgemeinen wird man die von den beiden Gasdruckfedern insgesamt auf­ zubringende Kraft so bemessen, daß sie 20 bis 200 mal so grob wie die stärkste zu erwartende Reaktionskraft ist. Bei der vorstehend als Ausführungsbeispiel erläuterten Trennschleifmaschine liegt die Gesamtkraft der beiden Gasdruckfedern 14 bei etwa 2000 N, während die auf die Trennscheiben 8 wirkenden Reaktionskräfte zwischen 10 und 50 N schwanken.

Die Gegenkraft kann auch auf andere Weise als mittels der Gasdruckfedern erzeugt werden, so zum Beispiel durch ein Hydraulikaggregat, das eine gleichbleibende Kraft auf den Brückenträger 10 bzw. die Linearführung ausübt. Desglei­ chen kann auch anstelle der Hubspindel 6 ein Hydraulik­ zylinder oder ein ähnlicher Linearantrieb verwendet werden.

Claims (14)

1. Linearführung für ein wechselnden Beanspruchungen unterworfenes Maschinenbauteil (5), das durch einen ein­ seitig angreifenden Antrieb (6) in beiden Richtungen entlang der Linearführung bewegt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Maschinenbauteil unter der Wirkung einer dem Antrieb entgegenwirkenden elastischen oder konstanten Kraft (14) steht, die um ein Vielfaches größer ist als die auf das Maschinenbauteil einwirkenden wechselnden Beanspruchungen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegenwirkende Kraft eine Federkraft ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenbauteil (5) unter der Wirkung mindestens einer Gasdruckfeder (14) steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegenwirkende Kraft eine hydraulische Kraft ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die entgegenwirkende Kraft an derselben Seite des Maschinenbauteils (5) angreift wie der Antrieb.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die entgegenwirkende Kraft an der dem Antrieb (6) entgegengesetzten Seite des Maschi­ nenbauteils (5) angreift.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die entgegenwirkende Kraft um das 20- bis 200fache größer ist als die größte der aus den wechselnden Beanspruchungen herrührenden Kräfte.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der an dem Maschinenbauteil (5) angreifende Antrieb ein Spindelantrieb (6) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der an dem Maschinenbauteil (5) angreifende Antrieb ein hydraulischer Antrieb ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Maschinenbauteil (5) an einem Brückenträger (10) montiert ist, der zwischen zwei einander parallel gegenüberliegenden, die Linearführung bildenden Führungsschienen (12) verschiebbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß von der Längsachse des Brückenträgers (10) an einer Seite vorstehend ein Arbeitsaggregat (7, 8) und an der gegenüberliegenden Seite vorstehend mindesten ein Arm (10b) angeordnet ist, an dem der Antrieb (6) für das Maschinenbauteil (5) angreift.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Längsmitte der Brückenträgers (10) ein Arm (10b) für den Angriff des Antriebs (6) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Antrieb (6) ent­ gegenwirkende elastische oder konstante Kraft an den beiden Längsenden des Brückenträgers (10) in der Nähe der Führungsschienen angreift.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsaggregat als eine rotierende Trennvorrichtung (7, 3) für stabförmige Werkstücke ausgebildet ist.