DE102017206405B4

DE102017206405B4 - Führungsbauteil zur Führung einer Bewegung eines beweglichen Teils einer Maschine

Info

Publication number: DE102017206405B4
Application number: DE102017206405.6A
Authority: DE
Inventors: Heinz Broghammer; Berthold Matzkovits; Roland Brenner
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2037-04-14
Also published as: DE102017206405A1; CN208538018U

Abstract

Führungsbauteil zur Führung einer Bewegung eines beweglichen Teils (2) einer Maschine (1), aufweisend
- einen starren Führungsbalken (8)
- zumindest eine Tragleiste (22), über welche der Führungsbalken (8) auf einer Unterseite an einem Untergrund oder Fundament (7) befestigbar ist und die über zumindest ein elastisch verbiegbares Zwischenelement (20, 21) an den starren Führungsbalken (8) angekoppelt ist,
wobei
- die Tragleiste (22) zumindest ein Befestigungselement (42) zur Befestigung eines Lager- und Verankerungselements (13, 26) an der Tragleiste (22) aufweist,
- durch das elastisch verbiegbare Zwischenelement (20, 21) eine relative Translationsbewegung zwischen dem starren Führungsbalken (8) und der Tragleiste (22) in eine Längsrichtung (X) des Führungsbalkens ermöglicht ist
- der Führungsbalken (8) eine obere Wand (15), eine untere Wand (18) und Seitenwände (14,19) aufweist, die ein im Querschnitt viereckiges Profil mit einem Innenraum (51) bilden, wobei das elastisch verbiegbare Zwischenelement (20, 21) von den Seitenwänden (14,19) verdeckt ist,
- die Tragleiste (22) auf der Seite des Innenraums (51) mit Abstand zu der unteren Wand (18) angeordnet ist und die untere Wand (18) eine Öffnung (52) für das Lager- und Verankerungselement (13, 26) aufweist, sodass das Lager- und Verankerungselement (13, 26) durch diese Öffnung (52) die untere Wand durchdringen kann, wenn es an der Tragleiste (22) befestigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Führungsbauteil zur Führung einer Bewegung eines beweglichen Teils einer Maschine sowie einen Zusammenbau aufweisend das Führungsbauteil, ein Koordinatenmessgerät aufweisend den Zusammenbau und ein Verfahren zur Befestigung des Zusammenbaus.
Bei Messmaschinen mit linearen Führungen, auch bezeichnet als X-Führungen oder Führungsbalken, die gleichzeitig als Maschinengestell dienen, werden üblicherweise Führungsbalken aus Stahl oder Grauguss mit einem Fundament aus Beton verbunden. Bei sehr langen X-Achsen müssen zwei oder mehr Balken in Längsrichtung hintereinander aufgebaut und an den Stoßstellen miteinander verbunden werden. Bedingt durch unterschiedliche Werkstoffe von Balken und Fundament und die großen Längen der Balken kommt es bei Temperaturschwankungen zu deutlich unterschiedlichen Längenänderungen. Dies ist auch bei bereits einem Führungsbalken mit entsprechender Länge der Fall. Diese unterschiedlichen Längenänderungen müssen entweder durch flexible Elemente zwischen Balken und Fundament ausgeglichen werden oder sie führen zu Verspannungen und damit zu Verformungen in der X-Führung und damit zu Genauigkeitseinbu ßen.
Die DE 10 2013 205 024 A1 offenbart zur Lösung dieses Problems ein Ausgleichselement zur Montage eines Bauteils auf einem Fundament, wobei das Ausgleichselement mindestens ein Lagerelement und mindestens ein Ankerelement umfasst, wobei das Ankerelement einer Verankerung des Ausgleichselements im Fundament dient, wobei das Lagerelement an dem mindestens einen Ankerelement befestigbar ist. Das Lagerelement lässt eine relative Translationsbewegung zwischen dem Bauteil und dem Fundament in mindestens einer Raumrichtung zu, wobei die Raumrichtung zumindest einen Anteil aufweist, der senkrecht zu einer zentralen Längsachse des Lagerelements orientiert ist, wobei das Ankerelement durch das Lagerelement hindurch an dem Lagerelement befestigbar ist. Das dort beschriebene Lagerelement ist allerdings relativ aufwändig konstruiert.
Die nachfolgenden Patentanmeldungen betreffen die Lagerung von Führungsbauteilen. FR 926492 A betrifft die Lagerung von Konstruktionsbauteilen. JP S58132601 A und JP S5896202 A betreffen beweglich gelagerte Tische.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen Aufbau bei einem Führungsbalken zum Ausgleich thermischer Spannungen bereitzustellen sowie eine einfache Montage eines solchen Führungsbalkens zu ermöglichen.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem Führungsbauteil gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Nach einer grundlegenden Idee der Erfindung ist ein elastisches Ausgleichselement in den Führungsbalken (nachfolgend auch: Balken) selbst integriert, statt wie bisher bei oben zitiertem Stand der Technik einen Ausgleich über ein gesondertes Lagerungs- und Verankerungselement zu schaffen. Erfindungsgemäß wird in den Führungsbalken eine Tragleiste integriert, die relativ zu dem übrigen starren Balkenaufbau beweglich ist.
Die Erfindung stellt ein Führungsbauteil zur Führung einer Bewegung eines beweglichen Teils einer Maschine zur Verfügung, aufweisend

- einen starren Führungsbalken
- zumindest eine Tragleiste, über welche der Führungsbalken auf einer Unterseite an einem Untergrund befestigbar ist und die über zumindest ein elastisch verbiegbares Zwischenelement an den starren Führungsbalken angekoppelt ist,

Das Führungsbauteil kann mehrere Tragleisten aufweisen, die vorzugsweise in der Längsrichtung hintereinander und mit Abstand an dem Führungsbalken angeordnet sind. Jede Tragleiste kann ein oder mehr der Befestigungselemente aufweisen, sodass ein oder mehr Lager-und Verankerungselemente an einer Tragleiste angebracht werden können.
Die genannte Maschine ist insbesondere ein Koordinatenmessgerät (KMG) oder eine Werkzeugmaschine. Ein Koordinatenmessgerät ist insbesondere ein Horizontalarm-KMG, oder ein Portal-KMG.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch eines oder mehrere der folgenden Merkmale und/oder einen oder mehreren der folgenden Vorteile aus:

- ein oder mehrere Längenausgleichselemente sind in den Führungsbalken integriert, insbesondere in ein Schweißteil des Führungsbalkens, sodass keine zusätzlich hergestellten Ausgleichselemente erforderlich sind, wie beispielsweise im eingangs zitierten Stand der Technik.
- Erwähnte Tragleiste ist dazu vorgesehen, mit einem Lager- und Verankerungselement verbunden zu werden, über welches wiederum eine Verbindung des Balkens zu einem Fundament hergestellt wird. Dadurch, dass ein Längenausgleich nicht über ein Lager-und Verankerungselement erfolgen muss, wie in eingangs zitierten Stand der Technik, kann dieses sehr einfach ausgeführt sein und muss keine Bewegungsfreiheitsgrade zur Verfügung stellen.
- Eine Bearbeitung an der Unterseite des fertig gestellten Balkens, beispielsweise nach dem Schweißen, entfällt, da ein Befestigungselement für ein Lager- und Verankerungselement an der Tragleiste schon bei der Herstellung der Tragleiste hergestellt werden kann, bevor diese mit dem Führungsbalken verbunden wird.
- Einfache Montage der Balken vor Ort, da keine Ausgleichselemente unter dem Balken montiert werden müssen.
- Durch eine höhere Eigensteifigkeit des Balkens kann der Abstand von Aufstellpunkten in Längsrichtung gewählt werden und es sind deutlich weniger Lager- und Verankerungselemente erforderlich.
- Durch die Verwendung von Lager-und Verankerungselementen mit Vergussankern kann eine Verbindung zu Fundament mit Vergussmörtel hergestellt werden, wodurch sich der Montageprozess deutlich vereinfacht.

Weitere Vorteile werden anhand spezieller Ausführungsformen noch genannt.
Der Führungsbalken kann auch als Führungsschiene bezeichnet werden. Er ist in Kastenbauweise ausgeführt und weist eine obere Platte oder Wand, eine untere Platte oder Wand und Seitenwände auf. Die untere Platte kann an einer oder mehreren Stellen unterbrochen sein, an der/denen jeweils eine erwähnte Tragleiste angeordnet ist. Die Tragleiste kann über das elastische Zwischenelement an die obere Platte (genauer an die Unterseite der oberen Platte) angebunden sein. Auf der Oberseite des Führungsbalkens können weitere Führungselemente vorgesehen sein, beispielsweise einzelne Schienenelemente.
Die Tragleiste kann sich über die Breite des Führungsbalkens erstrecken. Die Tragleiste kann plattenförmig oder stegförmig ausgeführt sein, wobei die genaue Form und Oberflächengestalt nicht beschränkt ist. Die Tragleiste ist, vorzugsweise ausschließlich, über das elastisch verbiegbare Zwischenelement mit dem Führungsbalken bzw. anderen Teilen des Führungsbalkens verbunden.
Das elastisch verbiegbare Zwischenelement kann so ausgebildet sein, dass weitere Bewegungen als die genannte Translationsbewegung in Längsrichtung ermöglicht sind. Beispielsweise kann das elastisch verbiegbare Zwischenelement so ausgebildet sein, dass außerdem eine Translationsbewegung in Querrichtung ermöglicht ist. Beispielsweise kann das elastisch verbiegbare Zwischenelement so ausgebildet sein, dass außerdem eine Torsionsbewegung ermöglicht ist. Dies bedeutet, dass eine Drehbewegung und mindestens eine Raumachse ermöglicht ist, die eine relative Verdrehung zwischen dem Führungsbalken und der Tragleiste ist. Hierdurch kann eine Verdrehung des Balkens gegenüber einem Fundament ermöglicht werden, wenn der Führungsbalken über ein Lager- und Verankerungselement an dem Fundament befestigt ist, wobei besagtes Lager-und Verankerungselement wiederum an der relativ zum Führungsbalken beweglichen Tragleiste befestigt ist.
In einer Ausführungsform ist die Tragleiste über zumindest zwei elastisch verbiegbare Zwischenelemente an das starre Führungselement angekoppelt, wobei die zwei Zwischenelemente in Längsrichtung des Führungsbalkens voneinander beanstandet sind. Hierdurch wird eine bessere Tragfähigkeit bei gleichzeitiger Elastizität bereitgestellt.
In einer Ausführungsform ist/sind das Zwischenelement, oder die Zwischenelemente, als elastisch verbiegbare Platte oder als verbiegbarer Streifen ausgebildet, die quer zu der Längsrichtung des Führungsbalkens orientiert ist/sind. Wenn zumindest zwei verbiegbare Platten oder Streifen vorhanden sind, ist in dieser Ausführungsform in dem Führungsbalken ein Biegeparallelogramm gebildet, gebildet aus der Tragleiste, den Platten oder Streifen und einem Teil des Führungsbalkens, an den die Platten oder Streifen angebunden sind, insbesondere ein Abschnitt einer oberen Platte des Führungsbalkens.
In einer Ausführungsform sind die Tragleiste, der Führungsbalken und das oder die Zwischenelemente aus Metall.
In einer Ausführungsform sind der Führungsbalken und das oder die Zwischenelemente stoffschlüssig miteinander verbunden. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit der vorangehend genannten Ausführungsform, bei welcher der Führungsbalken und das oder die Zwischenelemente aus Metall sind, da hierbei eine Schweißverbindung gewählt werden kann.
In einer Ausführungsform sind die Tragleiste und das oder die Zwischenelemente stoffschlüssig miteinander verbunden. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit der vorangehend genannten Ausführungsform, bei welcher die Tragleiste und das oder die Zwischenelemente aus Metall sind, da hierbei eine Schweißverbindung gewählt werden kann.
In einer Ausführungsform ist das Befestigungselement eine Öffnung, in welche das Lager-und Verankerungselement eingebracht und befestigt werden kann, sodass das Lager-und Verankerungselement mit einem Verankerungsteil auf der Unterseite aus dem Führungsbauteil hervorsteht. Die Öffnung kann eine Bohrung sein. Die Öffnung kann ein Innengewinde aufweisen, um das Lager-und Verankerungselement einzuschrauben. Das hervorstehende Verankerungsteil kann in ein Fundament eingebracht werden, sodass infolgedessen das gesamte Führungsbauteil mit dem Fundament verbunden ist.
In einer Ausführungsform weist das Führungsbauteil ein starres Sperrteil auf, mit dem die relative Translationsbewegung zwischen dem starren Führungsbalken und der Tragleiste sperrbar ist, wobei das Sperrteil eine Verbindung zu dem starren Führungsbalken aufweist und eine Verbindung zu der Tragleiste aufweist, und wobei eine der Verbindungen, vorzugsweise die Verbindung zu der Tragleiste, lösbar ist, um die Translationsbewegung freizugeben. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass eine Translationsbewegung wahlweise sperrbar oder freigebbar ist. Durch diese Ausführungsform kann wahlweise einen Festlager oder ein Loslager dort hergestellt werden, wo die Tragleiste angeordnet ist. In dieser Ausführungsform wirkt das Sperrteil als starre Brücke zwischen Tragleiste und Führungsbalken, wenn zu beiden eine Verbindung hergestellt ist.
Diese vorangehend genannte Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn mehrere Tragleisten in Längsrichtung entlang des Führungsbalkens angeordnet sind. An dem Ort/den Orten einer oder mehrerer Tragleisten kann ein Festlager hergestellt werden, indem zwischen dem Sperrteil und der Tragleiste eine Verbindung hergestellt wird. Die Bewegung der Tragleiste wird insbesondere dort gesperrt, bzw. ein Fixpunkt dort hergestellt, wo keine Längsverschiebung erwünscht ist, insbesondere in der Nähe eines Referenzpunktes oder bei mehreren aneinanderstoßend Führungsbalken in der Balkenmitte eines jeden Führungsbalkens. Bei allen anderen Tragleisten wird vorzugsweise die Translationsbewegung freigegeben und dort ein Loslager hergestellt, um eine Bewegung des Tragbalkens relativ zu der Tragleiste und einem Untergrund zu ermöglichen.
Ferner ist es mit dieser Ausführungsform möglich, zwecks Stabilisierung während einer Produktion oder eines Transportes oder eines Einbaus alle Tragleisten zu fixieren. Nach endgültiger Montage an einem Fundament können dann Verbindungen zwischen Sperrteilen und Tragleisten, oder Verbindungen zwischen dem Führungsbalken und Sperrteilen freigegeben werden, um eine Translationsbewegung nach Einbau zu ermöglichen bzw. den Translationsfreiheitsgrad freizugeben, vorzugsweise mit Ausnahme eines erwähnten Fixpunktes. Die beschriebene Ausführungsform hat den Vorteil einer einfachen Festlegung eines Fixpunktes der X-Achsen durch die Fixierung und Herstellung von Festlagern bzw. durch das Lösen der Verbindung an Stellen wo ein Loslager erwünscht ist. Es sind keine unterschiedlichen Aufstellelemente und keine unterschiedlichen Konstruktionen für Festlager und Loslager erforderlich.
Das Sperrteil kann beispielsweise als Platte ausgeführt sein. Eine der Verbindungen, zu der Tragleiste oder zu dem Führungsbalken, kann eine Schraubverbindung oder Steckverbindung, beispielsweise mit einem Bolzen, sein. Die übrig bleibende, andere Verbindung kann permanent, beispielsweise stoffschlüssig, ausgeführt sein, da es ausreichend ist, entweder die Verbindung zu der Tragleiste oder die Verbindung zu dem Führungsbalken zu lösen.
Wie bereits zuvor erwähnt, ist der Führungsbalken kastenförmig ausgeführt. Der Führungsbalken ist in Form einer Röhre mit mehreckigem Querschnittsprofil ausgeführt. Erfindungsgemäß weist der Führungsbalken eine obere Wand, die eine Deckwand ist, eine untere Wand, die eine Bodenwand ist, und Seitenwände auf, die ein im Querschnitt viereckiges Profil mit einem Innenraum bilden, wobei das elastisch verbiegbare Zwischenelement von den Seitenwänden verdeckt ist, insbesondere innerhalb oder im Wesentlichen innerhalb des Innenraums angeordnet ist. Hierdurch ist das elastisch verbiegbare Zwischenelement gegen äußere Einflüsse geschützt. Das elastisch verbiegbare Zwischenelement kann direkt oder indirekt an die obere Wand angebunden sein.
In einer Ausführungsform ist die untere Wand an einer oder mehreren Stellen unterbrochen, wobei an einer Unterbrechungsstelle jeweils eine Tragleiste angeordnet ist. Es können somit mehrere Unterbrechungsstellen vorhanden sein, die in Längsrichtung des Führungsbalkens voneinander beanstandet sind, und an denen jeweils eine Tragleiste angeordnet ist. Jeder Tragleiste ist entsprechend mindestens ein verbiegbares Zwischenelement zugeordnet. Die Tragleiste kann an der Unterbrechungsstelle so angeordnet sein, dass sie auf ihrer Unterseite bündig mit der unteren Wand ist. Sie kann aber stattdessen auch etwas höhenversetzt sein und die untere Wand entweder nach unten übertragen, also aus der Tragleiste etwas heraus stehen, oder etwas nach innen versetzt sein.
Erfindungsgemäß ist die Tragleiste auf der Seite des Innenraums mit Abstand zu der unteren Wand angeordnet und die untere Wand weist eine Öffnung für das Lager- und Verankerungselement auf, sodass das Lager- und Verankerungselement die untere Wand durchdringen kann, wenn es an der Tragleiste befestigt ist. Sofern es vorgesehen ist, an einer Tragleiste mehrere Lager- und Verankerungselemente anzubringen, kann die untere Wand für jedes dieser Elemente jeweils eine Öffnung aufweisen oder eine einzige Öffnung, die ausreichend für mehrere dieser Elemente bemessen ist. In dieser Variante ist die Tragleiste im Wesentlichen oder vollständig im Innenraum des Führungsbalkens angeordnet. Die Tragleiste ist in Einbaulage des Führungsbalkens vollständig oberhalb der unteren Wand angeordnet. Lediglich das oder die Lager- und Verankerungselemente ragen aus dem Führungsbalken hervor, wenn es/sie an der Tragleiste angebracht ist/sind, vorzugsweise nur mit einem Verankerungsteil zur Verankerung in einem Fundament. Dies hat den Vorteil, dass die untere Wand im Vergleich zu der vorangehend genannten Variante keine Unterbrechung für die gesamte Tragleiste aufweisen muss, sondern Öffnungen nur dort vorgesehen sind, wo jeweils ein Lager- und Verankerungselement die untere Wand durchdringen muss. Ferner werden die Handhabung und der Transport des Führungsbalkens erleichtert, da an der Unterseite, also auf Seiten der unteren Wand, keine Teile überstehen (bevor Lager- und Verankerungselemente an der Tragleiste befestigt sind), die beim Transport beschädigt werden könnten. Die Tragleiste kann in dieser Variante in Öffnungen in gegenüberliegenden Seitenwänden hineinragen und auf der Außenseite des Tragbalken bündig oder im Wesentlichen bündig mit den Seitenwänden abschließen, um eine Sperrung mit einem zuvor beschriebenen Sperrteil zu ermöglichen.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Zusammenbau, aufweisend ein Führungsbauteil wie vorangehend beschrieben und zumindest ein Lager- und Verankerungselement, das an der Tragleiste befestigt ist. Lager-und Verankerungselemente sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der Patentanmeldung EP 0919763 A1 , und dort insbesondere aus der 2 und der zugehörigen Figurenbeschreibung. An einer Tragleiste können mehrere Lager-und Verankerungselemente angebracht sein. Ein Verankerungsteil, auch bezeichnet als Anker, des Lager-und Verankerungselements steht nach unten aus der Tragleiste hervor, und kann in einem Fundament verankert werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung in einem Aspekt eine Maschine, insbesondere ein Koordinatenmessgerät, aufweisend einen Zusammenbau wie vorangehend genannt, wobei das Führungsbauteil des Zusammenbaus über das Lager- und Verankerungselement, mit dem Verankerungsteil des Lager- und Verankerungselements, in einem Fundament verankert ist.
Die erwähnte Translationsbewegung zwischen dem starren Führungsbalken und der Tragleiste in eine Längsrichtung des Führungsbalkens bedeutet im verankerten Zustand des Zusammenbaus in einem Fundament insbesondere, dass die Translationsbewegung parallel zu einer Oberfläche des Fundaments ist. Die Translationsbewegung resultiert insbesondere aus einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung des Fundaments und des Führungsbalkens. Insbesondere kann diese Translationsrichtung eine horizontale Richtung sein, die sich in einer oder parallel zu einer zentralen Längsachse des gelagerten Balkens erstreckt. Im eingebauten Zustand ist der Führungsbalken insbesondere auf Abstand zu dem Fundament angeordnet. Insbesondere ist auch die Tragleiste auf Abstand zu dem Fundament angeordnet.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Befestigung eines Zusammenbaus wie vorangehend genannt in einem Fundament, aufweisend

- Eingießen einer Vergießmasse in eine Fundamentöffnung,
- Einbringen des Verankerungsteils in die Fundamentöffnung,
- Aushärten der Vergießmasse zur Bildung eines starren Fundaments und zur Befestigung des Zusammenbaus.

Das Verankerungsteil ist das Verankerungsteil des Lager- und Verankerungselements. Die Vergießmasse ist beispielsweise eine Kunststoff-Vergießmasse, ein Beton oder ein Zement, beispielsweise ein quellender Zement.
Als weiteren Schritt kann das Verfahren aufweisen: Justierung des Zusammenbaus. Hierbei wird der Abstand des Zusammenbaus zu dem Fundament eingestellt. Dies erfolgt mit dem Lager-und Verankerungselement, oder mehreren davon, wobei dieses Justiermittel aufweist.
In einer Weiterbildung des Verfahrens weist der Zusammenbau ein Führungsbauteil auf, welches ein vorangehend genanntes starres Sperrteil aufweist und das Verfahren weist auf:

- Lösen der Verbindung zwischen dem Sperrteil und der Tragleiste oder der Verbindung zwischen dem Sperrteil und dem Führungsbalken, um nach der Befestigung des Zusammenbaus die Translationsbewegung zwischen dem starren Führungsbalken und der Tragleiste in Längsrichtung des Führungsbalkens freizugeben.

Diese Verfahrensvariante bezieht sich insbesondere auf einen Zusammenbau, der an dem Führungsbalken mehrere Tragleisten aufweist, die in Längsrichtung mit Abstand zueinander angeordnet sind.
Diese Verfahrensweiterbildung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn beim Einbau des Zusammenbaus in ein Fundament Translationsfreiheitsgrade gesperrt werden sollen, um unerwünschte Bewegungen zu vermeiden. Nach dem Aushärten des Fundaments können erwünschte Bewegungen von Tragleisten relativ zu dem Führungsbalken und damit Bewegungen des Führungsbalkens relativ zu dem Fundament an erwünschten Stellen freigegeben werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

1 ein Koordinatenmessgerät mit einem erfindungsgemäßen Führungsbauteil;
2 ein erfindungsgemäßes Führungsbauteil in einer seitlichen Ansicht;
3 ein erfindungsgemäßes Führungsbauteil in einer Ansicht entlang der Längsachse;
4 eine erfindungsgemäßes Führungsbauteil in Auslenkung in einer seitlichen Ansicht;
5 eine Befestigung und Lagerung der Tragleiste des Führungsbauteils in einem Fundament einer Maschine;
6a, b eine Lagerung der Tragleiste als Loslager oder Festlager;
7a, b alternative Ausführungsformen eines Führungsbauteils, wobei b erfindungsgemäß ist.

In 1 ist ein Koordinatenmessgerät 1 dargestellt. Das Koordinatenmessgerät 1 umfasst einen Messtisch 6 und eine Mechanik 12, über die ein hier nur schematisch dargestellter Sensor 4 in drei Koordinatenrichtungen X, Y, Z beweglich gelagert ist. Die Mechanik 12 umfasst hierbei einen Ständer 2, der entlang des Messtisches 6 in horizontaler Richtung verschiebbar auf einem Führungsbalken 8 gelagert ist. Der Führungsbalken 8 befindet sich unterhalb von Abdeckplatten 9, 11. Der Ständer 2 ist hierbei über einen nicht dargestellten Antrieb, der sich ebenfalls unterhalb der Abdeckplatten 9, 11 befindet, in einer ersten horizontalen Richtung (X-Richtung), die in die Zeichenebene hinein orientiert und die parallel zu einer zentralen Längsachse des Führungsbalkens 8 orientiert ist, angetrieben. Entlang dem Ständer 2 ist in vertikaler Richtung (Z-Richtung) ein Kreuzschieber 10 verschiebbar gelagert. Entlang dieses Kreuzschiebers 10 ist wiederum in einer weiteren horizontalen Richtung (Y-Richtung) ein Messarm 3 verschiebbar gelagert. Sowohl der Kreuzschieber 10 als auch der Messarm 3 sind über nicht dargestellte Antriebe angetrieben. Die Bewegungsrichtungen des Ständers 2, des Kreuzschiebers 10 und des Messarms 3 stehen jeweils auf die beiden anderen Bewegungsrichtungen senkrecht, sodass hierdurch in jeder der Koordinatenrichtungen X, Y, Z eine Bewegungsrichtung vorliegt. Hierbei ist das Koordinatenmessgerät 1 in einen Boden 5 integriert. Dargestellt ist weiter ein Fundament 7. Der Führungsbalken 8 ist hierbei über ein Lager- und Verankerungselement 13 auf dem Fundament 7 gelagert.
In 2 ist eine detailliertere Seitenansicht des Führungsbalkens 8 gezeigt. Der Führungsbalken 8 ist als steifer geschlossener Kasten ausgeführt, mit der Seitenwand 14, der oberen Wand 15, mit einer darauf befindlichen, unterbrochenen Leiste 16, sowie der unteren Wand 18. Nicht zu sehen ist eine weitere Seitenwand 19, die aber in der nachfolgenden 3 gezeigt ist.
An den erwünschten Aufstellpunkten wird die untere Wand 13 unterbrochen und es werden auf nachfolgend dargestellte Art und Weise eine Unterbrechungsstellen Tragleisten 22 integriert, die elastisch angebunden sind. Es wird somit schon in dem Schweißteil, als welches der Führungsbalken 8 mit seinen Wänden ausgeführt ist, ein Längenausgleichselement in Form eines Biegeparallelogramm integriert, das in 2 von der Seite gezeigt ist. Dieses Parallelogramm weist zwei elastische Zwischenelemente 20, 21 auf, die als elastische, biegbare Stahlbleche ausgeführt sind. Diese Stahlbleche 20, 21 sind an ihrer Oberseite mit dem Führungsbalken 8 verschweißt. In diesem Beispiel sind die Stahlbleche 20, 21 an Ansatzstege 24, 25 angeschweißt, die ihrerseits starr ausgeführt sind und mit der oberen Wand 15 verschweißt sind. Die Unterseiten der beiden Stahlbleche 20, 21 sind mit der Tragleiste 22 verschweißt, an welcher das Lager-und Verankerungselement 13 angebracht ist. Das Biegeparallelogramm wird somit aus den beiden Blechen 20, 21, der Tragleiste 22, den Ansatzstegen 24, 25 und einem Abschnitt der oberen Wand 15, zwischen den beiden Ansatzstegen 24, 25 gebildet, wobei eine Biegung lediglich in den Stallblechen 20, 21 als elastische Zwischenelemente erfolgt. Die Tragleiste 22 wird also nur durch die elastischen Zwischenelemente bzw. Stahlbleche 20, 21 angebunden. Ansonsten besteht keine weitere Verbindung von der Tragleiste 22 zu übrigen Teilen des Führungsbalkens 8. Durch die Biegbarkeit und Elastizität der Stahlbleche 20, 21 ist die Tragleiste 22 relativ zu übrigen Teilen des Führungsbalkens 8 in X-Richtung oder auch entgegen der X-Richtung, die auch als X -Richtung bezeichnet wird, beweglich.
In 3 ist ein Blick in Richtung der X-Achse gezeigt. Zu sehen ist ein weiteres Lager-und Verankerungselement 26, dass eine Tragleiste 22 befestigt ist. Ferner sind zwei weitere Leisten 27, 28 auf der oberen Wand 15 des Führungsbalkens 8 zu sehen. Die Leisten 16, 27, 28 dienen als Auflageleisten für eine begehbare Abdeckung des Führungsbalkens 8, die hier nicht gezeigt ist.
4 zeigt eine Längenausdehnung des Führungsbalkens 8 in X-Richtung. Man sieht deutlich, dass die gesamte Verformung durch die Längenausdehnung des Balkens in X-Richtung in den zuvor beschriebenen Biegeparallelogramm, nämlich durch Biegung der Stahlbleche 20, 21, stattfindet. Der Führungsbalken 8 selbst bleibt in seiner Struktur gerade. In 4 sind zwei der Biegeparallelogramm-Aufbauten zu sehen, jeweils mit Stahlblechen 20, 21 und einer Tragleiste 22. Man sieht auch deutlich, dass die untere Wand 18 des kastenförmigen Aufbaus des Tragbalkens 8 an den Stellen unterbrochen ist, wo Tragleisten 22 in über die Stahlbleche 20, 21 angebunden sind. Ferner weist die untere Wand 18 lochförmige Aussparungen 29 auf. Ebenfalls ist erkennbar, dass zuvor erwähnte Leisten 16, 27, 28 unterbrochen sind.
Nicht dargestellt sind in 4 die Lager- und Verankerungselemente 13, 26, über welche eine Anbindung des Tragbalken 8 an das Fundament 7 erfolgt
Das Lager- und Verankerungselement 13 wird näher anhand von 5 beschrieben. Wie hierin zu sehen ist, weist das Fundament 7 auf dem auch der Messtisch 6 (1) befestigt ist, eine Aussparung auf, in der der Anker 30 des Lager- und Verankerungselements mit einer Vergießmasse 31 lagestabil eingegossen ist. Die Aussparung 32 wird hierbei durch ein sogenanntes Wellhüllrohr als Begrenzung erzeugt, das bereits vor der Fertigstellung des Fundamentes 7 in das Fundament eingebracht wurde. Bei derartigen Wellhüllrohren handelt es sich üblicherweise um aus Blech hergestellte zylindrisch ausgebildete Rohre, die auf einer Seite verschlossen sind, wobei die Oberfläche des Rohres wellenförmig ausgebildet ist, damit das Wellhüllrohr als Begrenzung der Aussparung 32 gut im Fundament 7 eingegossen und befestigt werden kann. Derartige Wellhüllrohre sind in der Bauindustrie Standardelemente und können beispielsweise im Bauhandel bezogen werden. Alternativ ist es auch möglich, die Aussparungen 32 zum Vergießen der Anker nachträglich in das Fundament 7 einzuarbeiten, so dass in diesem Falle die Aussparungen gegenüber dem Fundament nicht mehr durch ein Wellhüllrohr getrennt sind.
Das Verankerungsteil 30, nachfolgend auch: Anker, ist wie dargestellt ausgebildet und hat aufgrund seiner sich über die gesamte Länge laufend verändernden Querschnittsfläche die besonders vorteilhafte Eigenschaft, gut in der Vergießmasse 31 zu verankern. Die Querschnittsfläche ist hierbei so ausgebildet, dass der Anker 30 durch den Formschluss mit der Vergießmasse 31 sowohl auf Zug wie auch auf Druck belastet werden kann. Das Ende des Ankers 30 ist hierbei als Sechskant ausgebildet, so dass sich der Anker 30 nach dem Aushärten der Vergießmasse 31 auch nicht mehr verdreht. Auf der Seite des Messtisches 6 weist der Anker 30 eine Bohrung mit einem entsprechenden Gewinde auf, in das eine Gewindestange 33 eingeschraubt ist und mit dem Anker 30 verklebt ist. Am anderen Ende der Gewindestange ist eine Mutter 34 aufgesetzt, die der Befestigung der noch zu beschreibenden Höhenverstellung 35 an der Gewindestange 33 dient. Die Höhenverstellung 35 ist damit über die Gewindestange 33 am Anker befestigt.
Die Höhenverstellung 35 weist neben der besagten Mutter 34 eine Kegelpfanne 36, eine Kugelscheibe 37, eine Justierschraube 38, eine Spannhülse 39 sowie eine Kegelpfanne 40 und eine Kugelscheibe 41 auf.
In der Tragleiste ist ein Befestigungselement 42 in Form einer Bohrung mit Innengewinde vorgesehen, in welche das Lager- und Verankerungselement 13 eingeschraubt ist.
Die Höhenverstellung des Lager- und Verankerungselements 13 ist hier nicht näher beschrieben und erfolgt derart, wie in der Patentanmeldung EP 0919763 A1 anhand der dortigen 2 beschrieben, die ein identisches Lager- und Verankerungselement 13 wie in der vorliegenden 5 zeigt.
Im Folgenden soll ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Befestigung des Zusammenbaus erläutert werden. Der Zusammenbau, bereits erläutert in den 2 und 3, ist gebildet aus dem Führungsbalken 8 mit der Tragleiste 22 und den Zwischenelementen 20, 21 sowie dem Lager- und Verankerungselement 13.
Das Lager- und Verankerungselement 13 ist in dem in der Tragleiste 22 gebildeten Befestigungselement 42 montiert, die in Form einer Bohrung mit Innengewinde ausgebildet ist. Die Befestigung erfolgt durch Einschrauben, wie in 5 gezeigt. Das Gewinde in der Bohrung 42 in der Tragleiste 22 wird bereits im Materialzuschnitt für die Tragleiste 22 gefertigt, sodass an den integrierten Tragleiste 22, wie in 2 und 3 gezeigt, nach dem eine Schweißen eine die Bleche 20, 21 und an die Ansatzstege 24, 25 keine Bearbeitung mehr erforderlich ist.
Es wird die zur Verankerung des Ankers 30 notwendige Vergießmasse 31 in die Aussparung 32 eingefüllt. In einem nächsten Schritt wird der Anker 30 in die Vergießmasse 31 eingetaucht. Die Montage des Justierelementes kann auch derart erfolgen, dass der Anker 30 zunächst durch die Bohrung 42 hindurchgeführt wird und danach die Justierschraube 38 in das entsprechende Innengewinde der Bohrung 42 in der Tragleiste 22 soweit eingeschraubt wird, bis der Anker 30 weit genug in die Vergießmasse 31 eingetaucht ist. Nachdem die Vergießmasse 31 dann ausgehärtet ist, kann die Höhe der Tragleiste 22, und damit des Führungsbalkens 8, durch Verdrehen der Justierschraube 38 entsprechend eingestellt werden, wobei aufgrund der Konstruktion des Lager- und Verankerungselements 13 sowohl auf Druck wie auch auf Zug belastet werden kann, so dass die Tragleiste 22 also sowohl angehoben werden kann, wie auch in Richtung des Fundamentes gezogen werden kann.
Die Vergießmasse 31 ist hierbei besonders vorteilhaft ein zusätzlich quellender Zement, der die besondere Eigenschaft hat, dass er während des Aushärtevorgangs sein Volumen vergrößert. Hierdurch kann eine sichere Verankerung des Ankers 30 bewirkt werden.
Die 6a und 6b zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, wobei an dem Führungsbalken 8 ein starres Sperrteil 43 in Form einer Platte vorgesehen ist. In 6a ist ein Festlager gezeigt. Die Platte 43 ist mit dem Führungsbalken 8 an dessen Seitenwand 19 verschweißt, zu sehen ist die Schweißnaht 44. Mit den Schrauben 45, 46 ist die Platte 43 an der dahinterliegenden Tragleiste 22 verschraubt. In 2 sind die entsprechenden Gewindelöcher 47, 48 in der Tragleiste 22 zur Aufnahme der Schrauben 45, 46 gezeigt. Durch die Schraubverbindung zum Sperrteil 43 wird die Tragleiste 22 fixiert und kann sich nicht mehr in X-Richtung relativ zu dem Führungsbalken 8 bewegen.
In 6b sind die Schrauben 45, 46 entfernt und es sind Durchgangslöcher 49, 50 in der Platte 43 zu sehen. Hierdurch ist ein Loslager hergestellt und durch Entfernen der Schrauben 45, 46 wird die Tragleiste 22 in Längsrichtung (X-Richtung) des Führungsbalkens 8 wieder beweglich.
Die Festlager-Situation der 6a wird dort hergestellt, wo ein Fixpunkt des Tragbalkens 8 in einer Maschine, worin dieser Tragbalken 8 montiert ist, hergestellt werden soll. Dieser Fixpunkt befindet sich meist in der Nähe eines Referenzpunktes eines Maschinenkoordinatensystems. Bei mehreren aneinanderstoßenden Führungsbalken 8 wird der Fixpunkt in der Regel in der Balkenmitte gewählt. An allen anderen vorhandenen Tragleisten 22 werden Loslager gemäß der Situation der 6b hergestellt. Zu Transportzwecken und vor Einbau des Führungsbalkens 8 in eine Maschine können an allen Tragleisten 22 Festlager gemäß 6a hergestellt werden.
In einer Weiterbildung des vorangehend genannten Verfahrens werden nach dem Einbau des Führungsbalkens in das Fundament, erläutert anhand der 5, die Verbindungen mit den Schrauben 45, 46 gelöst, um nach der Befestigung des Zusammenbaus die Translationsbewegung in X-Richtung zwischen dem Führungsbalken 8 und der Tragleiste 22, und damit die Translationsbewegung des Führungsbalkens 8 relativ zu dem Fundament 7, freizugeben. Hiervon ausgenommen werden Tragleisten 22, bei denen ein oben erwähnter Fixpunkt gewählt wird, entsprechende Ausführungsform der 6a.
Die 7a und 7b zeigen alternative Ausführungsformen, wobei 7b erfindungsgemäß ist und 7a in Kombination mit 7b erfindungsgemäß ist. Beiden Ausführungsformen ist gemein, dass der Führungsbalken 8 als geschlossener Kasten aus oberer Wand 15, unterer Wand 18 und Seitenwänden 14, 19 aufgebaut ist. Diese Wände umschließen den Innenraum 51, der auch in 2 mit Bezugszeichen gezeigt ist.
Die elastischen Zwischenelemente 20, 21 in 7a sind von den Seitenwänden 14,19 verdeckt und im Wesentlichen, d.h. fast vollständig, in dem Innenraum 51 angeordnet. Lediglich dort, wo die elastischen Zwischenelemente 20,21 an der Tragleiste 22 befestigt sind, ragen sie in 7a ganz wenig aus dem Innenraum 51 nach unten heraus.
7a zeigt einen Zusammenbau, wie er schon den vorangehenden 2, 3, 4 und 6 beschrieben wurde. Die Bodenplatte 18 weist dort, wo die Tragleiste 22 angeordnet ist, eine Unterbrechung auf. Die Unterbrechung ist etwas kleiner als in der 7a gezeigt, da der dort gezeigte linken Teil der Bodenplatte 18 so weit wie der rechte Teil der Bodenplatte 18 bis an die Tragleiste 22 heranreicht. Die Unterbrechung ist nur so viel größer wie die Tragleiste 22, dass das erwünschte Ausmaß der Translationsbewegung der Tragleiste 22 in Längsrichtung ermöglicht ist. Die Tragleiste 22 ragt nach unten etwas über die Bodenplatte 18 hervor und aus dem Führungsbalken 8 heraus.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform der 7b ist die Tragleiste 22 im Wesentlichen im Innenraum 51 angeordnet, in Einbaulage des Führungsbalkens 8 oberhalb der Bodenplatte 18. Lediglich die Anker 30 reichen durch die Öffnungen 52 in der Bodenplatte 18 nach unten aus dem Führungsbalken 8 heraus. Die Tragleiste 22 ragt in eine Öffnung 53 in der Seitenwand 19 (und in eine entsprechende Öffnung in der anderen Seitenwand 14) hinein und schließt bündig mit den Seitenwänden 14,19 ab. Die Öffnung 53 ist rechteckig und etwas größer als der rechteckige Querschnitt der Tragleiste 22. In den 7a und 7b sind wie in 4 in der Bodenplatte 18 noch größere, kreisrunde Öffnungen 29 gezeigt, die der Gewichtsreduktion dienen.
Die Öffnungen 52 sind so bemessen, dass das erwünschte Ausmaß der Translationsbewegung der Tragleiste 22 in Längsrichtung ermöglicht ist. In der Variante der 7b ist der gesamte Aufbau aus elastischen Zwischenelementen 20,21 und Tragleiste 22 im Wesentlichen, mit Ausnahme der Teile der Tragleiste 22, die in die Öffnungen 53 hineinragen, innerhalb des Innenraums 51 angeordnet, also nahezu vollständig eingehaust und noch besser geschützt. Auch bei dieser Variante ist es möglich, Sperrteile 43 anzubringen, wie in 6a und 6b gezeigt. Die Tragleiste 22 in 7b weist ebenso wie die Tragleiste 22 7a dafür vorgesehene Gewindelöcher 47,48 auf.
Bezugszeichenliste

1: Maschine, Koordinatenmessgerät
2: bewegliches Teil
3: Messarm
4: Sensor
5: Boden
6: Messtisch
7: Fundament
8: Führungsbalken
9: Abdeckplatte
10: Kreuzschieber
11: Abdeckplatte
12: Mechanik
13: Lager-und Verankerungselement
14: Seitenwand
15: obere Wand
16: Leiste
18: untere Wand
19: Seitenwand
20: elastisches Zwischenelement, Stahlblech
21: elastisches Zwischenelement, Stahlblech
22: Tragleiste
24: Ansatzsteg
25: Ansatzsteg
26: Lager- und Verankerungselement
27: Leiste
28: Leiste
29: Aussparung
30: Anker
31: Vergießmasse
32: Aussparung
33: Gewindestange
34: Mutter
35: Höhenverstellung
36: Kegelpfanne
37: Kugelscheibe
38: Justierschraube
39: Spannhülse
40: Kegelpfanne
41: Kugelscheibe
42: Befestigungselement, Bohrung mit Innengewinde
43: Sperrteil, Platte
44: Verbindung, Schweißnaht
45: Schraube
46: Schraube
47: Gewindeloch
48: Gewindeloch
49: Durchgangsloch
50: Durchgangsloch
51: Innenraum
52: Öffnung
53: Öffnung

Claims

Führungsbauteil zur Führung einer Bewegung eines beweglichen Teils (2) einer Maschine (1), aufweisend - einen starren Führungsbalken (8) - zumindest eine Tragleiste (22), über welche der Führungsbalken (8) auf einer Unterseite an einem Untergrund oder Fundament (7) befestigbar ist und die über zumindest ein elastisch verbiegbares Zwischenelement (20, 21) an den starren Führungsbalken (8) angekoppelt ist, wobei - die Tragleiste (22) zumindest ein Befestigungselement (42) zur Befestigung eines Lager- und Verankerungselements (13, 26) an der Tragleiste (22) aufweist, - durch das elastisch verbiegbare Zwischenelement (20, 21) eine relative Translationsbewegung zwischen dem starren Führungsbalken (8) und der Tragleiste (22) in eine Längsrichtung (X) des Führungsbalkens ermöglicht ist - der Führungsbalken (8) eine obere Wand (15), eine untere Wand (18) und Seitenwände (14,19) aufweist, die ein im Querschnitt viereckiges Profil mit einem Innenraum (51) bilden, wobei das elastisch verbiegbare Zwischenelement (20, 21) von den Seitenwänden (14,19) verdeckt ist, - die Tragleiste (22) auf der Seite des Innenraums (51) mit Abstand zu der unteren Wand (18) angeordnet ist und die untere Wand (18) eine Öffnung (52) für das Lager- und Verankerungselement (13, 26) aufweist, sodass das Lager- und Verankerungselement (13, 26) durch diese Öffnung (52) die untere Wand durchdringen kann, wenn es an der Tragleiste (22) befestigt ist.
Führungsbauteil nach Anspruch 1, wobei die Tragleiste (22) über zumindest zwei elastisch verbiegbare Zwischenelemente (20, 21) an den starren Führungsbalken (8) angekoppelt ist, wobei die zwei Zwischenelemente (20, 21) in Längsrichtung (X) des Führungsbalkens voneinander beanstandet sind.
Führungsbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tragleiste (22), der Führungsbalken (8) und das Zwischenelement oder die Zwischenelemente (20, 21) aus Metall sind.
Führungsbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Führungsbalken (8) und das Zwischenelement oder die Zwischenelemente (20, 21) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Führungsbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Tragleiste (22) und das Zwischenelement oder die Zwischenelemente (20, 21) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Führungsbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zwischenelement (20), oder die Zwischenelemente (20, 21), als elastisch verbiegbare Platte oder als verbiegbarer Streifen ausgebildet ist/sind, die quer zu der Längsrichtung (X) des Führungsbalkens (8) orientiert ist/sind.
Führungsbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Befestigungselement (42) eine Öffnung ist, in welche das Lager- und Verankerungselement (13) eingebracht und befestigt werden kann, sodass das Lager- und Verankerungselement (13) mit einem Verankerungsteil (30) auf der Unterseite aus dem Führungsbauteil hervorsteht.
Führungsbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend ein starres Sperrteil (43), mit dem die relative Translationsbewegung zwischen dem starren Führungsbalken (8) und der Tragleiste (22) sperrbar ist, wobei das Sperrteil eine Verbindung (44) zu dem starren Führungsbalken (8) aufweist und eine Verbindung (45, 46) zu der Tragleiste aufweist, und wobei eine der Verbindungen (44 oder 45, 46) lösbar ist, um die Translationsbewegung freizugeben.
Führungsbauteil nach Anspruch 1, wobei die untere Wand (18) an einer oder mehreren Stellen unterbrochen ist, wobei an einer Unterbrechungsstelle jeweils eine Tragleiste (22) angeordnet ist.
Zusammenbau, aufweisend ein Führungsbauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9 und zumindest ein Lager- und Verankerungselement (13, 26), das an der Tragleiste (22) des Führungsbauteils befestigt ist.
Maschine (1), insbesondere Koordinatenmessgerät, aufweisend einen Zusammenbau nach Anspruch 10, wobei das Führungsbauteil über das Lager- und Verankerungselement (13, 26) in einem Fundament (7) verankert ist.
Verfahren zur Befestigung eines Zusammenbaus nach Anspruch 10 in einem Fundament (7), aufweisend - Eingießen einer Vergießmasse (31) in eine Fundamentöffnung (32) - Einbringen eines Verankerungsteils (30) des Lager- und Verankerungselements (13, 26) in die Fundamentöffnung - Aushärten der Vergießmasse (31) zur Befestigung des Zusammenbaus.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Zusammenbau ein Führungsbauteil nach Anspruch 8 aufweist, und das Verfahren aufweist: - Lösen der Verbindung (45, 46) zwischen dem Sperrteil (43) und der Tragleiste (22) oder der Verbindung (44) zwischen dem Sperrteil und dem Führungsbalken, um nach der Befestigung des Zusammenbaus die Translationsbewegung zwischen dem starren Führungsbalken (8) und der Tragleiste (22) in Längsrichtung (X) des Führungsbalkens (8) freizugeben.