CH417232A - Längsführung mit Kugeln für eine hin und her bewegte Welle - Google Patents

Description

      Längsführung    mit     Kugeln    für     eine        hin    und her bewegte Welle    Die Erfindung bezieht sich auf eine Längsführung       mit        Kugeln    für eine hin und her bewegte Welle,  welche     Längsführung    infolge der Anordnung und  Ausführung     seiner        Kugelführungsbahnen    besser als  die bisherigen für die     Lagerung    von Wellen mit vor  wiegend axial pulsierenden Bewegungen, einseitigen  Druckbelastungen und zusätzlichen     Kippbeanspru-          chungen    geeignet ist,

   da sie durch Verbesserung der  Schmierungsverhältnisse und durch     Verteilung    und  dadurch Herabsetzung der örtlichen Beanspruchun  gen auf der Welle und den Tragkugeln der Führung  eine zufriedenstellende Laufzeit und Laufruhe gibt.  



  Für die Lagerung axial beweglicher Wellen wer  den zurzeit sowohl Gleitlager als auch Längsfüh  rungen mit     Kugeln,        verwendet;    je nach vorliegendem  Verwendungszweck gestellten Anforderungen und  auftretenden Beanspruchungen kann die     eine    oder  die andere Art     vorteilhafter    und besser sein.  



  Längsführungen mit     Kugeln    sind speziell für die  Lagerung von Wellen entwickelt worden, die keine  oder kleine Drehbewegungen ausführen, aber axial  leicht     beweglich    sein sollen. Es gibt Längsführungen  mit fester oder mit geteilter Lagerbüchse und Längs  führungen bei denen die     Kugelführungsbahnen    in be  sonderen, nachträglich eingesetzten     Schiffchen    lie  gen. Es gibt Ausführungen, bei denen die Lager  büchsen noch in Rollen gelagert ist, um Drehbewe  gungen und eventuell noch zusätzlich in einer     balligen     Büchse, um Kippbewegungen zu ermöglichen.

   Alle  diese Ausführungen haben achsparallele     Tragkugel-          lagerführungsbahnen,    sie besitzen keine selbsttätige  Nachstellung des Lagerspiels und keinen Ausgleich,  der beim Kippen der Welle den     Anpressdruck    gleich  mässig auf alle     Tragkugeln    verteilt.  



  Diese     Längsführungen    sichern zwar Leichtgängig  keit der gelagerten Wellen, sind aber empfindlich  gegen ungenügende Schmierung, einseitige Druckbe-         lastung    und Kippbeanspruchungen. Infolge der dann  auftretenden höheren örtlichen Spitzen- und Dauer  belastung bekommen sie bald Spiel, neigen zum  Klappern, werden defekt und fallen schliesslich aus.  



  Diese Mängel, die durch die Erfindung beseitigt  werde, treten zurzeit infolge der nachstehend beschrie  benen     Ausführung    der Längsrichtung auf:  Bei Längsführungen gleiten die gelagerten Wellen  entweder auf zwei oder zwischen mehreren Reihen  achsparallel geführter Tragkugeln hin und her und  können dabei eventuell auch noch kleinere Dreh  bewegungen ausführen. Für jede der     Tragkugelreihen     ist ein endloser Kugelumlauf vorhanden mit einer  geraden     achsparallelen        TragkugeIführungsbahn    und       einer    geraden sowie     zwei        halbkreisförmigen,    die       Geradeausführungen    verbindenden Kugelrückführun  gen.

   Diese in sich geschlossenen     Kugelumlaufbahnen     sind jeweils voll mit Kugeln gefüllt, tragend wirken  aber nur die Kugeln, die sich zurzeit gerade in der       Tragkugelführungsbahn    befinden. Die anderen laufen  unbelastet und schliessen und sichern den Umlauf.  So lange nun die Welle eine in Achsrichtung pul  sierende Bewegung und keine     zusätzliche    Drehbewe  gung ausführt, laufen die Kugeln jeder Tragkugel  reihe alle auf derselben Mantellinie der Welle hin  und her. Jede einzelne der Kugeln dreht sich dabei  um eine durch ihren Mittelpunkt gehende, die Wellen  achse senkrecht kreuzende Achse, so dass jede Kugel  immer über denselben Ablaufmeridian abrollt.

   Die       Tragkugeln    walzen dabei von diesen konstant bei  behaltenen     Ablauflinien    auf Kugel- und Wellenober  flächen das vorhandene Schmiermittel mehr und mehr  weg. Nach und nach wird dadurch gerade an diesen  höchstbeanspruchten Stelle der Welle und der Kugeln  die Schmierung immer schlechter und schlechter und  schliesslich unzureichend, so dass Schäden entstehen.  Es zeigen sich dabei auf diesen Linien erst Ablauf-      spuren, und das Lagerspiel     vergrössert    sich.

   D<U>ann</U>       beginnen    sich die     Tragkuglen    infolge der     Kippbewe-          gungen,    die die Welle infolge von Druckwechsel aus  führt,     in    ihrer Ablaufbahn einzuschlagen, und das  Lager     beginnt    zu klappern. Nach einiger     Zeit    werden  die     Klappergeräusche    unerträglich, die Führung geht  rauh und fällt     schliesslich    aus.  



  Die     Erfindung    bezweckt die Schaffung einer       Längsführung,    die auch im harten Dauerbetrieb die       erwähnten    Mängel nicht aufweist.  



  Die     Erfindung    besteht darin, dass die Tragkugel  führungsbahnen die Wellenachse unter einem spitzen  Winkel kreuzen. Infolge der zur Wellenachse dem  Winkel a schrägen Lagerung der     Tragkugelfü'hrungs-          bahnen    laufen die     Tragkugeln    beim Pulsieren auf par  allel     nebeneinanderliegenden    gut     geschmierten        Ab-          lauflinien,    die zur Wellenachse den     Winkel        a/2        bilden,     unter ständiger Verdrehung um ihren Mittelpunkt  ab.

   Die sonst vorhandenen hohen örtlichen Bean  spruchungen, die sich bei den     Kugeln    auf einen Ab  laufmeridian und bei der Welle auf eine konstant  eingehaltene     Ablauflinie        zusammendrängen,    werden  hier über die gesamte Oberfläche der     Tragkugeln     und über eine grössere Fläche der Welle     verteilt,    so  dass sie wesentlich niedriger     liegen.    Durch diese       Ausführung    der Längsführung     wird    die Schmiermittel  verteilung so verbessert, dass eine einwandfreie       Schmierung    während des Dauerbetriebes     gewährleistet     ist.  



  Falls es     notwendig    wird, kann ausserdem durch  kippbare und federnd ausgedrückte     Tragkugelfüh-          rungsbahnen    das     Lagerspiel        ausgeschaltet    und die Bela  stung der     Kugeln    der     Tragkugelreihe        voll        ausgeglichen     werden.

   Liegen dabei die     Abstützpunkte,    um die die       Tragkugelführungsbahnen    den Kippbewegungen der       Welle    folgen, nicht gegenüber, sondern um einen  Abstand L gegeneinander verlagert, so ist bei     einem          Wellenkippwinkel        ss    die gegenseitige     Annäherung    A,  wobei<I>A = L -</I>     tgss    ist.  



  Derartige     Längsführungen    eignen sich besonders  für die     Lagerung    von     Federbeinvorderachsen,    bei  denen die     üblichen        Längsführungen    nicht     zufrieden-          stellend    arbeiten bzw. versagen, da sie bald zum  Klappern neigen und dann nach     verhältnismässig     kurzer Laufzeit     ausfallen.     



  Bei den     in    der Zeichnung dargestellten     Ausfüh-          rungsbeispielen    der     Erfindung    stellen dar:       Fig.    1 den Schnitt durch Längsführung und Welle  längs Linie     S-S    zu     Fig.    2, senkrecht zur Welle,       Fig.    2 den achsparallelen     Schnitt    durch die     Längs-          führung,          Fig.    3 das Bild der beanspruchten Wellenober  fläche     mit        Kugelablauflinien,

            Fig.    4 bis 6     Skizzen    der Bewegungsvorgänge in  der     Führung,    und zwar       Fig.    4 den Schnitt in     Achsrichtung    der Welle,       Fig.    5 den Schnitt     parallel    zur Achsrichtung der  Welle,       Fig.    6 den Schnitt senkrecht zur Achsrichtung der  Welle,         Fig.    7 eine     Längsführung        mit        kippbaren    und  federnd angedrückten     Lagerführungsbahnen    bei Nor  malstellung der     Welle,

      wobei der Einfachheit halber  die Führungsbahnen parallel zur Wellenachse, satt  diese Achse in einem spitzen Winkel kreuzend dar  gestellt sind, und       Fig.    8 dasselbe Lager bei Kippstellung der Welle.  Gemäss den     Fig.    1 bis 6 kreuzt die     Tragkugelfüh-          rungsbahn    4 der     Längsführung    2 unter dem Winkel  13 (a) die Achse der gelagerten Welle 1.

   Dadurch  werden die     Tragkugeln    8 der endlosen, umlaufenden       Tragkugelkette    der Längsführung 2 beim Hin- und       Hergang    der Welle 1 durch die     Führungskanten    6  und 7 des Kugelumlaufs 3 so seitlich abgelenkt, dass  sie auf der Welle 1 innerhalb der Fläche 12 Ablauf  linien 9 einhalten, die die Wellenachse unter dem  Winkel<I>14</I>     (a/2)    kreuzen und bei einem     Kugel-0   <I>d</I>  voneinander den Abstand 15 (d -     sin        11/2    a) haben.

    Infolge der     seitlichen    Ablenkung durch die Führungs  kanten 6 des Kugelumlaufs beim Bewegen der Welle  in der einen Richtung     ->    und durch die gegenüber  liegenden Führungskanten 7 bei     Bewegung    in ent  gegengesetzter     Richtung        -@>    führen die     Tragkugeln.    8,  die     infolge    der pulsierenden Bewegungen der Welle 1  Drehbewegungen 21 um ihre Achsen 17 und infolge  der Ablenkung durch 6 oder 7 Drehbewegungen 22  um ihre Achsen 16 ausführen möchten, als Kombina  tion dieser Bewegungen     Verdrehbewegungen    23 um       ihre    Kugelmittelpunkte 18 aus.  



  Durch die     Verdrehbewegungen    23 der Tragkugeln  8 und das Hin- und     Herwandern    der     Ablauflinien    9  auf der     Parallelogrammfläche    12 mit den Seiten 10       (maximal        axiale    Wellenbewegung) und 11     (Länge    der       Tragkugelführungsbahn),        innerhalb    der bei rein  pulsierenden Wellenbewegungen die     Berührungs-          punkte    zwischen den     Tragkugeln    8 und der Welle 1       liegen,    kommen     immer    neue,

   gut mit     Schmierfilm     versehene Punkte der Tragkugeln und der Welle     mit-          einander        in        Berührung    und wandern die     auftreten-          den        Beanspruchungen    an     Kugeln    und Welle     über    die  gesamte Oberfläche der     Tragkugeln.    8 und über die       Fläche    12 der Welle 1.

   Dabei     walzt    jede der Trag       kugeln    8 von dem auf der Welle vorhandenen       Schmierfilm    19 einen     Schmiermittelwulst    20 von ihrer       Ablauflinie    9 auf die     Ablauflinie    9 der danebenliegen  den     Tragkugeln    8 und sichert dadurch hier gute       Schmierung    und eine laufende     Schmiermittelterteilung     auf der Fläche 12.

   Letztere wird noch dadurch weiter  verbessert, dass die unbelastet     rücklaufenden    Trag  kugeln, die Schmiermittel mit sich     führen,    auf der  Fläche 12 die Ablauflinien 9 der belasteten     Trag-          kugeln    kreuzen.  



  Bei pulsierenden Bewegungen der Welle 1 be  halten die Tragkugeln 8 eine richtungskonstante Dreh  bewegung 22 bei, da sie je nach     Bewegungsrichtung     der Welle 1     einmal    an der     Führungskante    6, das  andere Mal an der Führungskante 7     entlangrollen.     Dieses Beibehalten der Drehrichtung     sichert        ein    bes  seres Arbeiten des Schubkugellagers und verhindert  ein Abreissen des Schmierfilmes.      Bei der Ausführung der     Fig.    7 und 8 wird die       Tragkugelführungsbahn    der unbelasteten Seite durch  Federungselemente 27 so angedrückt, dass ein even  tuell vorhandenes Lagerspiel verschwindet.

   Die hier  zur vereinfachten Darstellung parallel zur Wellenachse  verlaufend dargestellten Führungsbahnen verlaufen  in Wirklichkeit so, dass sie, wie bei der Ausführungs  form nach     Fig.    1 bis 6 die Wellenachse unter     einem     spitzen Winkel kreuzen. Bei     Kippbewegungen    der  Welle 1 um einen Winkel 30     (ss)    folgen beide     Trag-          kugelführungsbahnen    dem Kippen der Welle 1 und  werden infolge der um den Abstand 29 gegeneinander  verschobenen Dreh- bzw.     Abstützpunkte    24 und 26  beim Kippen fest gegen die Welle 1 gedrückt.

   Dabei  kippt hier die     Führungsbahn    der belasteten Seite um  die Drehachse 24, die der unbelasteten Seite stützt  sich über eine     Berührungslinie    26 ihrer     Kurvenfläche     gegen das äussere Tragrohr 32 ab. Mit zunehmendem       Kippwinkel    wandert die Berührungslinie 26 immer  weiter nach aussen, so dass auch der Abstand 29 von  Drehpunkt 24 zu     Abstützpunkt    26 immer grösser  wird.  



  Bei einer derartigen Kippbewegung der Welle 1  wächst somit mit zunehmendem     Kippwinkel    30 der       Anpressdruck    der beiden     Tragkugelführungsbahnen,     das heisst die Kippbewegung der Welle     wird    selbst  tätig bei gleichmässig über alle     Tragkugeln    8 verteiltem  Druck abgefangen.  



  Die in     Fig.    1 bis 8 gebrachten Ausführungen von  Längsführungen dienen nur zur Erklärung des Er  findungsgedankens, ohne die gegebenen     Möglichkeiten     zu erschöpfen. Es ist ohne weiteres     möglich,    durch die  Wahl der     Ausführung,    Anordnung und Lage von  festen     oder!        kippbaren        Tragkugelnfü'hrungsbahnen    (par  allele oder gegeneinander geneigte     Führungsbahnen       um     Drehpunkte,    Drehachsen,     Abwälzkurven    oder  eine     Kombination    von     ihnen,

      kippbare     Führungen,          Anpressfedern    oder elastisches Material) den verschie  densten gestellten Anforderungen Rechnung zu     tragen.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Längsführung mit Kugeln für eine hin und her bewegte Welle, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahnen die Wellenachse unter einem spitzen Winkel kreuzen. UNTERANSPRÜCHE 1. Längsführung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahnen (4) unter einander parallel sind. 2. Längsführung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahnen gegenein ander geneigt sind. 3.

   Längsführung nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsbahn oder mehrere Führungsbahnen unter der Einwirkung von vorhandenem Lagerspiel ausgleichenden Federkräften stehen (Fig. 7). 4. Längsführung nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahnen mit der Welle entgegen der Wirkung der Federn kippbar sind. 5.

   Längsführung nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahnen so abgestützt sind, dass bei einer Kippbewegung diese unter gleichmässiger Verteilung der Belastung auf die Kugeln abgefangen wird.