Harnisch, Gunter (Seitenpfad 4, Königsbrück, 01936, DE)
| 1. | Trägeranordnung für ein Maschinenportal, mit einem Leicht bauträger (2) sowie mit einem Sekundärteil und einer Führungs einrichtung eines Linearantriebes, wobei Sekundärteilbasisseg¬ mente (4) des Sekundärteils auf dem Leichtbauträger (2) aufsit¬ zen und wobei der Leichtbauträger (2) einerseits und die Sekun¬ därteilbasissegmente (4) andererseits ein unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhalten zeigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärteilbasissegmente (4) des Linearantriebes mit Ab¬ stand von ihren Rändern mittels wenigstens einer Befestigungs¬ schraube (15) an zumindest einem in den Leichtbauträger (2) eingreifenden Befestigungskörper (16) befestigt sind und dass die Sekundärteilbasissegmente (4) wenigstens eine Abstufung (9) aufweisen, an der sie eine Führungseinrichtung in Form zumin¬ dest einer Führungsschiene (10) an der Führungsschienenlängs¬ seite formschlüssig lagern, wobei die Führungsschiene (10) mit¬ tels wenigstens einer Dehnschraube (12) an dem Leichtbauträger (2) befestigt ist und gleichfalls ein anderes Wärmeausdehnungs verhalten zeigt als der Leichtbauträger (2) . |
| 2. | Trägeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Befestigungsschraube (15) zur Befestigung eines Sekundärteilbasissegmentes (4) mit einem Schraubenkopf (19) sowohl in das betreffende Sekundärteilbasissegment (4) als auch in einen Befestigungskörper (16) formschlüssig eingreift. |
| 3. | Trägeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Befestigungs¬ schraube (15) zur Befestigung eines Sekundärteilbasissegmentes (4) mittig bezüglich zumindest zweier einander gegenüberliegen¬ der Ränder des betreffenden Sekundärteilbasissegmentes (4) an¬ geordnet ist. |
| 4. | ' Trägeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärteilbasissegmente (4) eine Abstufung (9) an wenigstens einem in Führungsschienen¬ längsrichtung verlaufenden Rand aufweisen. |
| 5. | Trägeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Dehnschraube (12) zur Führungsschienenbefestigung ein Sekundärteilbasissegment (4) vorzugsweise mit radialem Spiel durchsetzt. |
| 6. | Trägeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Dehnschraube (12) zur Führungsschienenbefestigung ein Sekundärteilbasissegment (4) an einer Abstufung (9) durchsetzt. |
| 7. | Trägeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtbauträger (2) als Kas¬ tenträger, vorzugsweise als Kastenträger mit Wänden in Form von Sandwichstrukturen, ausgebildet ist. |
| 8. | Trägeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein in den Leichtbau¬ träger (2) eingreifender Befestigungskörper (16) als aus dem Vollen gefertigter Stahlkörper und/oder dass wenigstens ein Se¬ kundärteilbasissegment (4) als Stahlsegment und/oder dass we¬ nigstens eine Führungsschiene (10) als Stahlschiene ausgebildet ist. |
| 9. | Trägeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sekundärteilbasis¬ segment (4) auf den Leichtbauträger (2) aufgeklebt ist und dass durch wenigstens eine an dem Sekundärteilbasissegment (4) vor¬ gesehene Bohrung (8) für eine Dehnschraube (12) zur Führungs schienenbefestigung eine Schraube (21) an dem Leichtbauträger (2) einschraubbar ist zur Halterung des Sekundärteilbasisseg¬ mentes (4) bis zum Aushärten des Klebstoffs. |
| 10. | Verfahren zur Herstellung einer Trägeranordnung (1) für ein Maschinenportal, wobei Sekundärteilbasissegmente (4) eines Linearantriebes auf einen Leichtbauträger (2) aufgeklebt wer¬ den, dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungskörper (16) in den Leichtbauträger (2) ein¬ gebracht und mit dem Leichtbauträger (2) verbunden wer¬ den, • Befestigungskörper (16) und auf den Leichtbauträger (2) aufgeklebte Sekundärteilbasissegmente relativ zueinander derart positioniert werden, dass die Befestigungskörper (16) mit Abstand von den Rändern der Sekundärteilbasis Segmente (4) zu liegen kommen, an den aufgeklebten Sekundärteilbasissegmenten (4) Durchtrittsbohrungen (20) und an den von den aufgekleb¬ ten Sekundärteilbasissegmenten (4) überdeckten Befesti¬ gungskörpern (16) Gewindebohrungen (17) für Befesti¬ gungsschrauben (15) erstellt und durch die Durchtritts bohrungen (20) an den Sekundärteilbasissegmenten (4) Be¬ festigungsschrauben (15) in die Gewindebohrungen (17) an den Befestigungskörpern (16) zur Befestigung der Sekun¬ därteilbasissegmente (4) eingedreht werden, an den Rändern der Sekundärteilbasissegmente (4) Abstu¬ fungen (9) erstellt werden und wenigstens eine Führungsschiene (10) an Abstufungen (9) der Sekundärteilbasissegmente (4) zur Anlage gebracht und mittels Dehnschrauben (12) an dem Leichtbauträger (2") verschraubt wird. |
Die Erfindung betrifft eine Trägeranordnung für ein Maschinen¬ portal, mit einem Leichtbauträger sowie mit einem Sekundärteil und einer Führungseinrichtung eines Linearantriebes, wobei Se¬ kundärteilbasissegmente des Sekundärteils auf dem Leichtbauträ¬ ger aufsitzen und wobei der Leichtbauträger einerseits und die Sekundärteilbasissegmente und/oder die Führungseinrichtung an¬ dererseits ein unterschiedliches Wärmeausdehnungsverhalten zei¬ gen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Her¬ stellung einer derartigen Trägeranordnung, wobei Sekundärteil¬ basissegmente eines Linearantriebes auf einen Leichtbauträger aufgeklebt werden. Aus DE 297 05 152 Ul ist ein Bearbeitungszentrum mit einem auf Linearführungen laufenden Portal in Leichtbauweise bekannt. Dieses Portal besteht aus einem Leichtbau-Strebengerüst aus mit Leichtmetal-Muffen verbundenen Kohlefaserrohren bzw. aus Waben¬ material. Der Antrieb des Portals und die Lagerung der Linear¬ führungen werden nicht beschrieben.
Ein,Kunstharz-Rahmenwerk als Leichtbaukörper ist aus DE 43 21 969 Al bekannt. Dieses Kunstharz-Rahmenwerk besteht aus einem Gitterteil und einem dieses Gitterteil umgebenden Rahmenteil, das eine Sandwich-Bauweise aufweist und eine Hautschicht sowie eine Kernschicht umfasst.
Vorrichtungen zur Krafteinleitung in Faserverbundstrukturen mit einer Verbindung zwischen zwei Elementen aus inkompatiblen Werkstoffen, d.h. aus Werkstoffen mit unterschiedlicher Wärme¬ ausdehnung, sind in DE 196 45 467 Al sowie in DE 199 58 375 Al offenbart.
Eine Trägeranordnung sowie ein Herstellungsverfahren der ein¬ gangs genannten Art sind aus DE 196 43 518 Al bekannt. Im Falle dieses Standes der Technik sind auf einem Leichtbaugrundkörper als magnetisierbare bzw. magnetische Bereiche eines Linearan¬ triebes Weicheisenbleche aufgeklebt. Der Leichtbaugrundkörper ist als langgestreckter, ganz oder teilweise mit einem dämpfen¬ den Füllstoff ausgefüllter Hohlkörper ausgeführt und besteht aus kohlefaserverstärktem Kunststoff. Auswirkungen der Ver- schiedenheit der Ausdehnungskoeffizienten des Leichtbaugrund- körpers einerseits und der Weicheisenbleche andererseits sollen durch Aufbringen einer möglichst dünnen Klebstoffschicht gering gehalten werden. Die Weicheisenbleche können sich jedoch unter der Wirkung von TemperaturSchwankungen auf dem Leichtbaugrund- kδrper verschieben bzw. von dem Leichtbaύgrundkörper ablösen.
Eine gattungsgemäße Trägeranordnung dahingehend weiterzubilden, dass eine große Formstabilität einer Führungseinrichtung in Form wenigstens einer Führungsschiene gewährleistet ist und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Trägeranordnung be¬ reitzustellen, hat sich die vorliegende Erfindung zum Ziel ge¬ setzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe vorrichtungsbezogen durch die Trägeranordnung nach Patentanspruch 1, verfahrensbezogen durch das Herstellungsverfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Die Führungsschienen erfindungsgemäßer Trägeranordnungen sind demnach form- und kraftschlüssig an dem Leichtbauträger gela¬ gert. An ihren Längsseiten werden sie an Abstufungen von Sekun¬ därteilbasissegmenten des Linearantriebes abgestützt. Ungeach¬ tet dieser Abstützung können die Führungsschienen ihre in Schienenlängsrichtung gemessene Länge unter der Wirkung von Temperaturschwankungen verändern. Eine derartige Längenänderung lassen die Dehnschrauben zu, mittels derer die Führungsschienen an dem zugehörigen Leichtbauträger befestigt sind. Die Gerad- heit der Führungsschienen bleibt somit auch bei Temperatur- schwankungen gewahrt. Die Sekundärteilbasissegmente sind über Befestigungskörper, die in den Leichtbauträger eingreifen, mit dem Leichtbauträger verbunden. Zu diesem Zweck sind Befesti¬ gungsschrauben vorgesehen, welche in einen Befestigungskörper einzudrehen sind und dabei die Sekundärteilbasissegmente mit Abstand von deren Rändern durchsetzen. Auf diese Art und Weise ergibt sich zwischen dem Leichtbauträger und den Sekundärteil- basissegmenten eine auch'bei TemperaturSchwankungen dauerhafte und darüber hinaus lastaufnahmefähige Verbindung. Insbesondere ist diese Verbindung in der Lage, die im Betrieb des Linearan¬ triebes auf die Sekundärteilbasissegmente wirkenden Kräfte ab¬ zutragen.
Das Herstellungsverfahren gemäß Patentanspruch 10 gewährleistet eine hochgenaue Montage der Führungsschienen erfindungsgemäßer Trägeranordnungen. In dieser Hinsicht von besonderem Vorteil ist der Umstand, dass die Gewinde für die Befestigungsschrauben der Sekundärteilbasissegmente erst dann in die betreffenden Be¬ festigungskörper eingeschnitten und die Durchtrittsbohrungen für die Befestigungsschrauben an den Sekundärteilbasissegmenten erst dann erstellt werden, wenn die Sekundärteilbasissegmente ihre endgültige Lage an dem Leichtbauträger einnehmen. Der hochgenauen Ausrichtung der Führungsschienen dient es außerdem, dass die Abstufungen der SekundärteilbasisSegmente zur form¬ schlüssigen Abstützung der Führungsschienen erst nach dem Auf¬ kleben der Sekundärteilbasissegmente gefertigt werden. Besondere Ausführungsarten der in Patentanspruch 1 beschriebe¬ nen Trägeranordnung ergeben sich aus den abhängigen Patentan¬ sprüchen 2 bis 9.
Eine besonders wirksame formschlüssige Verbindung zwischen den Sekundärteilbasissegmenten und dem Leichtbauträger ergibt sich, wenn die Befestigungsschrauben zur Befestigung der Sekundär- teilbasissegmeήte mit einem Schraubenkopf sowohl in die betref¬ fenden Sekundärteilbasissegmente als auch in die betreffenden Befestigungskörper formschlüssig eingreifen.
Angesichts der auftretenden Wärmedehnung empfiehlt es sich, die Befestigungsschrauben an den Sekundärteilbasissegmenten, mittig anzuordnen. Die Befestigungsschrauben können in diesem Fall Festpunkte bei den an den Sekundärteilbasissegmenten tempera¬ turbedingt auftretenden Maßänderungen bilden.
Zweckmäßigerweise sind die zur Lagerung der Führungsschiene(n) dienenden Abstufungen an den Sekundärteilbasissegmenten rand¬ seitig vorgesehen. Werden die Führungsschienen durch die Sekun¬ därteilbasissegmente hindurch mit dem Leichtbauträger verbun¬ den, so können die Dehnschrauben zur Führungsschienenbefesti- gung gleichzeitig zur Fixierung der Sekundärteilbasissegmente genutzt werden. Ein radiales Spiel zwischen dem Schaft der Dehnschrauben zur Führungsschienenbefestigung und der betref¬ fenden Durchtrittsöffnung an den Sekundärteilbasissegmenten er¬ laubt Bewegungen der Dehnschrauben relativ zu den Sekundärteil- basisSegmenten insbesondere in Führungsschienenlängsrichtung. Derartige Bewegungen der Dehnschrauben treten bei temperaturbe¬ dingten Längenänderungen der Führungsschienen auf.
Als Leichtbauträger werden erfindungsgemäß insbesondere Kasten- träger, vorzugsweise Kastenträger mit Wänden in Form von Sand¬ wichstrukturen, verwendet. Derartige Leichtbauträger zeichnen sich durch eine hohe Stabilität bei gleichzeitig ausgesprochen geringem Eigengewicht aus. Als Werkstoff für die in den Leicht¬ bauträger eingreifenden Befestigungskörper und/oder für die Se¬ kundärteilbasissegmente und/oder für die Führungsschienen wird Stahl bevorzugt. Die in den Leichtbauträger eingreifenden Befe¬ stigungskörper können abgestuft sein.
Im Falle einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Sekundärteilbasissegmente sowohl über Befestigungsschrauben als auch mittels einer Klebeverbindung an dem Leichtbauträger angebracht. Bei der Montage werden die Sekundärteilbasissegmen¬ te während des Aushärtens des zur Herstellung der Klebeverbin¬ dung verwendeten Klebstoffs mittels Schrauben vorläufig an dem Leichtbauträger fixiert. Die Schrauben zur vorläufigen Fixie¬ rung der Sekundärteilbasissegmente durchsetzen dabei Durch¬ trittsbohrungen, .durch die später Dehnschrauben zur Führungs- Schienenbefestigung an dem Leichtbauträger eingedreht werden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand einer schematischen Dar¬ stellung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dargestellt ist eine Trägeranordnung 1 kurz vor Beendigung ih¬ rer Montage. Die Trägeranordnung 1 ist als Teil eines Portals einer Laserflachbettmaschine vorgesehen. Sie umfasst einen Leichtbauträger 2, der als Kastenträger mit Wänden in Form von Sandwichstrukturen ausgebildet ist. Die Sandwichstrukturen um¬ fassen außen liegende Carbon-Faser-Kunststpff-Deckschichten (CFK-Deckschichten) 3 sowie nicht im Einzelnen gezeigtes Alumi¬ nium-Wabenmaterial.
Auf der außen liegenden CFK-Deckschicht 3 sind senkrecht zu der Zeichenebene hintereinander liegende Stahlsegmente 4 aufge¬ klebt. Diese bilden Sekundärteilbasissegmente eines nicht im Detail dargestellten Linearantriebes'. An ihrer zu dem Leicht- bauträger 2 hin liegenden Unterseite sind die Stahlsegmente 4 mit Nuten 5 versehen, die ihrerseits Kühlrohre 6 aufnehmen. Al¬ ternativ können die Kühlrohre 6 auf der Oberseite der Stahlseg¬ mente 4 angeordnet und dann beispielsweise mittels Rohrschellen befestigt sein. Bohrungen 7 des Leichtbauträgers 2 fluchten mit Bohrungen 8 an mit Abstufungen 9 versehenen Längsrändern der Stahlsegmente 4.
An den in der Abbildung obenliegenden Abstufungen 9 der Stahl- Segmente 4 ist eine gleichfalls aus Stahl gefertigte Führungs¬ schiene 10 des Linearantriebes abgestützt. Die Führungsschiene 10 lagert einen Führungswagen 11, der einen Bearbeitungskopf, im gezeigten Beispielsfall einen Laserbearbeitungskopf tragen, kann. Zur Befestigung der Führungsschiene 10 dienen Dehnschrau- ben 12, welche Durchtrittsbαhrungen an der Führungsschiene 10 sowie die Bohrungen 8 der Stahlsegmente 4 und die Bohrungen 7 an dem Leichtbauträger 2 durchsetzen. Die Bohrungen 7 an dem Leichtbauträger 2 sind mit CFK-Hülsen 13 verkleidet. In den CFK-Hülsen 13 verläuft der Schaft der Dehnschrauben 12 mit ra¬ dialem Spiel. Ein radiales Spiel besteht außerdem zwischen dem Schaft der Dehnschrauben 12 und der Wand der Bohrungen 8 an den Längsrändern der Stahlsegmente 4. An dem von der Führungsschie¬ ne 10 abliegenden Ende der CFK-Hülsen 13 sind die Dehnschrauben 12 über eine Mutter 14 abgestützt. Infolge des zwischen dem Schaft der Dehnschrauben 12 und den CFK-Hülsen 13 sowie der Wandung der Bohrungen 8 an den Stahlsegmenten 4 bestehenden ra¬ dialen Spiels können die Dehnschrauben 12 beispielsweise unter der Wirkung von Temperaturschwankungen relativ zu dem Leicht¬ bauträger 2 ausgelenkt werden. Die Mutter 14 bildet dabei ein Widerlager für die Schwenkbewegung der Dehnschrauben 12.
Mittig zwischen ihren Längsrändern sind die Stahlsegmente 4 über zwei stählerne Befestigungsschrauben 15 mit dem Leichtbau¬ träger 2 verbunden. Von den Befestigungsschrauben 15 des darge¬ stellten Stahlsegmentes 4 ist in der Abbildung lediglich eine zu ) erkennen.
Die Befestigungsschrauben 15 greifen in abgestufte Befesti¬ gungskörper ein, die ihrerseits als Stahlkerne 16 ausgeführt sind. Die Stahlkerne 16 werden von abgestuften Bohrungen des Leichtbauträgers 2 aufgenommen und durchsetzen dabei nach Art - B -
einer Verstiftung sowohl die CFK-Deckschichten 3 als auch die Aluminium-Wabenstruktur des Leichtbauträgers 2. Zur spielfreien Fixierung der Stahlkerne 16 an dem Leichtbauträger. 2 dienen CFK-Hülsenverbindungen, wie sie beispielsweise in DE 196 45 467 Al beschrieben sind. Der Schaft der Befestigungsschrauben 15 wird in eine Gewindebohrung 17 des zugehörigen Stahlkerns 16 eingedreht. Die Gewindebohrungen 17 sind als Sackbohrungen aus¬ geführt und gehen an ihrer zu den Stahlsegmenten 4 hin weisen¬ den Seite in eine konische Senkung 18 über. An der konischen Senkung 18 stützen sich die als Senkkopfschrauben ausgebildeten Befestigungsschrauben 15 mit einem gleichfalls konischen Schraubenkopf 19 formschlüssig ab. Eine formschlüssige Verbin¬ dung besteht weiterhin zwischen dem Schraubenkopf 19 der Befe¬ stigungsschrauben 15 und der Wand von Durchtrittsbohrungen 20 .an den StahlSegmenten 4.
Unterhalb des Stahlkerns 16 sind in der Abbildung eine Bohrung 7 an dem Leichtbauträger 2 und eine Bohrung 8 an dem Stahlseg¬ ment 4 gezeigt, die von einer Senkkopfschraube 21 durchsetzt werden. Senkkopfschrauben 21 dienen zur vorläufigen Fixierung der Stahlsegmente 4 für die Dauer des Aushärtens eines Kleb¬ stoffs zwischen dem Leichtbauträger 2 und den StahlSegmenten 4. Die in der gezeigten Montagephase Senkkopfschrauben 21 aufneh¬ menden Bohrungen 7, 8 dienen letztlich zur Aufnahme von Dehn¬ schrauben 12 zur Befestigung einer weiteren Führungsschiene 10. Der ein Widerlager für die Senkkopfschrauben 21 bildende Längs- rand der Stahlsegmente 4 ist mit einer Abstufung 9 zur form¬ schlüssigen Lagerung der weiteren Führungsschiene 10 versehen.
Zur Montage der Trägeranordnung 1 werden zunächst Rohlinge der Stahlsegmente 4 nach dem Auftragen von Klebstoff auf die CFK- Deckschicht 3 des Leichtbauträgers 2 aufgelegt. Die Rohlinge der Stahlsegmente 4 sind mit Durchtrittsbohrungen versehen, de¬ ren Durchmesser sich nahe dem Leichtbauträger 2 unter Ausbil¬ dung einer Senkung verringert. Durch diese Durchtrittsbohrungen hindurch werden Senkkopfschrauben 21 an dem Leichtbauträger 2 fixiert und dadurch die Rohlinge der Stahlsegmente 4 an dem Leichtbauträger 2 bis zum Aushärten des Klebstoffs befestigt. Der konische Schraubenkopf der in den Leichtbauträger 2 einge¬ drehten Senkkopfschrauben 21 liegt dicht an der gleichfalls ko¬ nischen Wand der Bohrung 8 an den Stahlsegmenten 4 an. Neben einer wirksamen formschlüssigen Verbindung ergibt sich dadurch ein dichter Abschluss zu dem Innern des Leichtbauträgers 2 hin. Das Eindringen etwa von Kühlflüssigkeit, Schmiermittel oder Me¬ tallspänen in das Innere des Leichtbauträgers 2 wird auf diese Art und Weise verhindert.
Noch während des Aushärtens' des Klebstoffs werden an den Stahl- Segmenten 4 die mittigen, mit einer Senkung versehenen Durch¬ trittsbohrungen 20 und an dem Stahlkern 16 die Gewindebohrungen 17 mit den Senkungen 18 erstellt. Die sacklochartige Gestaltung der Gewindebohrungen 17 verhindert dabei ein Eindringen bei- spielsweise von Kühlflüssigkeit und/oder Metallspänen in das Innere des Leichtbauträgers 2.
Nach dem Eindrehen der Befestigungsschrauben 15 und dem Aushär¬ ten des Klebstoffs werden bei nach wie vor eingedrehten Senk¬ kopfschrauben 21 die Abstufungen 9 in die Längsränder der Stahlsegmente 4 eingeschnitten. Der zwischen den Abstufungen 9 gelegene Bereich wird durch einen geringfügigen Materialabtrag geebnet. Anschließend werden die in der Abbildung der Einfach¬ heit halber nicht gezeigten Permanentmagnete des Sekundärteils des Linearantriebs auf die Stahlsegmente aufgeklebt.
Abschließend werden die Senkkopfschrauben 21 entfernt und die Führungsschienen 10 an den Abstufungen 9 der Stahlsegmente 4 angesetzt und mittels Dehnschrauben 12 an dem Leichtbauträger 2 befestigt. Die Abbildung zeigt den Montagezustand der Trägeran¬ ordnung 1 vor Anbringen der zweiten Führungsschiene 10.