DE10050615B4

DE10050615B4 - Kugellager

Info

Publication number: DE10050615B4
Application number: DE10050615A
Authority: DE
Inventors: Isao Yokohari
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: CN1153910C; DE10050615A1; JP3792084B2; CN1293319A; KR20010050938A; KR100356698B1; JP2001116043A; US6409387B1

Abstract

Kugellager mit einem zylindrischen Halter (11), in den eine Stange (31) zur Durchführung einer Linearbewegung oder einer Drehbewegung einsetzbar ist, einer Vielzahl von Kugeln (13), die jeweils rollend in einer Vielzahl von Ringnuten (12) aufgenommen sind, welche in den Halter (11) eingeschnitten sind, und die in Wälzkontakt mit der Stange (31) stehen, und einem äußeren Rohr (14), das auf eine Außenfläche des Käfigs (11) aufgesetzt ist, um die Kugeln (13) von außen zu halten, wobei das Kugellager in eine Lageröffnung (35) einer Maschine, die die Stange (31) aufweist, einpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohr (14) einstückig ausgebildet ist und konische Abschnitte (18), die so geneigt sind, dass sich die Durchmesser der konischen Abschnitte (18) an axial gegenüberliegenden Endabschnitten einer äußeren Umfangsfläche nach außen reduzieren, feste Abschnitte (19), die gleichmäßige Außendurchmesser aufweisen und gegen eine Öffnungsfläche der Lageröffnung (35) gepresst und befestigt werden, jeweils an Positionen angrenzend an die...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kugellager zum Abstützen einer Stange, die eine lineare oder eine drehende Bewegung durchführt.
STAND DER TECHNIK
Im Allgemeinen ist bei Kugellagern dieser Art ein zylindrischer Halter in ein zylindrisches äußeres Rohr eingesetzt, und eine Vielzahl von Kugeln ist jeweils zur Wälzbewegung in einer Vielzahl ringförmiger Nuten in dem Halter gehalten. Das Kugellager ist mit einer Presspassung in eine Lageröffnung einer Maschine eingesetzt, die eine Stange zur Durchführung einer Linearbewegung oder einer Drehbewegung aufweist. Die Stange ist in den Halter (Käfig) eingesetzt und wird durch die Kugeln geführt, so dass sich die Stange gleichmäßig bewegen kann. Aus der DE 28 29 499 A1 und der US 2,628,135 A sind derartige Lager bekannt, bei denen in dem zylindrischen äußeren Rohr Sicken vorgesehen sind, die sich parallel zu der Längsachse des Rohres erstrecken.
Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Kugellager kann aber der Presspassungswiderstand beim Einpressen des äußeren Rohres in das Lagerloch in der Maschine zu groß sein, um das äußere Rohr sanft in den Öffnungsabschnitt einzusetzen. Dies beeinträchtigt die Arbeitsfähigkeit oder bewirkt, dass das Kugellager in schräggestelltem Zustand eingesetzt wird. Als Folge hiervon kann eine Leistungsbeeinträchtigung bewirkt werden. Insbesondere dann, wenn die gesamte äußere Umfangsfläche des äußeren Rohres einen gleichmäßigen Durchmesser aufweist, wird durch den Gesamtoberflächenkontakt der äußeren Umfangsfläche des äußeren Rohres mit einer inneren Umfangsfläche des Lagerrohres beim Einpressen des äußeren Rohres in die Lageröffnung eine große Reibungskraft erzeugt. Dadurch ist nicht nur eine große Presskraft erforderlich, um das Kugellager einzupressen, sondern das äußere Rohr wird auch durch die große Belastung, die auf das äußere Rohr wirkt, deformiert, was ein sanftes gleichmäßiges Rollen der Kugeln verhindert.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Probleme gemacht. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kugellager zu schaffen, das die Einpresskraft und die Verformung beim Einsetzen des Kugellagers in eine Lageröffnung einer Maschine reduziert, und das einfach und zuverlässig eingesetzt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kugellager vorgesehen, das einen zylindrischen Halter (Käfig), in den eine Stange zur Durchführung einer Linearbewegung oder einer Drehbewegung eingesetzt werden kann, eine Vielzahl von Kugeln, die jeweils wälzend in einer Vielzahl von ringförmigen, in dem Käfig ausgeschnittenen Nuten aufgenommen sind und in Wälzkontakt mit der Stange stehen, und ein äußeres Rohr auf, das auf eine äußere Fläche des Käfigs zum Halten der Kugeln von außen aufgesetzt ist, wobei das Lager in einem eingepressten Zustand in einer Lageröffnung einer Maschine, die die Stange aufweist, verwendet wird.
Das äußere Rohr weist konische Abschnitte, die so geneigt sind, dass sich die Durchmesser der konischen Abschnitte jeweils nach außen hin zu den axial gegenüberliegenden Endabschnitten einer äußeren Umfangsfläche reduzieren, feste Abschnitte mit gleichmäßigen Außendurchmessern an Positionen angrenzend an die jeweiligen konischen Abschnitte an der Innenseite der konischen Abschnitte, die in einer Öffnungsfläche der Lageröffnung eingepresst sind, und einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser auf, der einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der der festen Abschnitte, an wenigstens einem Ab schnitt eines Rohrmittelabschnitts, der zwischen den beiden festen Abschnitten angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Kugellager durch Ausbilden der konischen Abschnitte an den gegenüberliegenden Endabschnitten des äußeren Rohres einfach ohne Schrägstellung mit Presssitz in die Lageröffnung der Maschine in einem Zustand eingesetzt werden, in dem die Achsen zueinander ausgerichtet sind, indem die Führungsfunktion der konischen Abschnitte genutzt wird. Durch Ausbilden der festen Abschnitte, die gegen die Öffnungsfläche der Lageröffnung an den gegenüberliegenden Endabschnitten des äußeren Rohres gepresst werden, und durch Ausbilden des Abschnittes mit kleinerem Durchmesser an dem mittleren Rohrbereich kann die Kontaktfläche zwischen äußerem Rohr und Lageröffnung reduziert werden, um den Reibungswiderstand beim Einspressen zu reduzieren, so dass das Einpressen erleichtert wird. Die Belastung, die auf das äußere Rohr wirkt, wird außerdem reduziert, um eine Deformation des äußeren Rohres zu verhindern, so dass ein gleichmäßiges Rollen der Kugeln gewährleistet wird.
Gemäß der Erfindung sind die Kugeln in einer Linie über einen Bereich angeordnet, der sich von einem der festen Abschnitte zu dem anderen erstreckt. Die Kugellinie verläuft an Positionen entsprechend den beiden festen Abschnitten schräg in einer solchen Richtung, dass sie sich allmählich von der Stange entfernt. Die jeweiligen Kugeln stehen in dem mittleren Rohrbereich in Wälzkontakt mit der Stange. Der gesamte mittlere Rohrbereich ist als Bereich mit kleinerem Durchmesser ausgebildet. Die inneren konischen Abschnitte, die jeweils in den konischen Abschnitten an den gegenüberliegenden Enden des äußeren Rohres entgegengesetzten Richtungen geneigt sind, sind zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser und den beiden festen Abschnitten ausgebildet.
Die konischen Abschnitte an den gegenüberliegenden Enden des äußeren Rohres und die inneren konischen Abschnitte haben vorzugsweise denselben Neigungswinkel.
Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, dass das Kugellager in Axialrichtung in eine Vielzahl von Flächen aufgeteilt ist, und dass die Vielzahl von ringförmigen Nuten zum jeweiligen Halten der Kugeln in jeder dieser Flächen ausgebildet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Kugellagers gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die obere Hälfte aufgeschnitten ist.
2 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des Kugellagers gemäß 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinders mit einer Führung, die das oben genannte Kugellager aufweist.
4 ist ein vergrößerter Schnitt eines wesentlichen Teiles, der den Zylinder gemäß 3 teilweise geschnitten darstellt.
5 ist ein Schnitt eines wesentlichen Teiles, der eine zweite Ausführungsform des Kugellagers gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Zustand darstellt, in dem das Kugellager an dem Zylinder mit der Führung angebracht ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen eines Kugellagers gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Bei der Beschreibung der Ausführungsformen werden Abschnitte mit ähnlicher Funktion durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
Ein Kugellager 10A einer ersten Ausführungsform, die in den 1 und 2 gezeigt ist, besteht aus einem zylindrischen Halter (Käfig) 11, einer Vielzahl von Kugeln 13, die jeweils rollend in einer Vielzahl ringförmiger Nuten 12 aufgenommen sind, die in dem Käfig 11 eingeschnitten sind, einem zylindrischen äußeren Rohr 14, das auf eine äußere Fläche des Käfigs 11 aufgesetzt ist, um die Kugeln 13 von außen zu halten, und Sprengringen 15, die an gegenüberliegenden Enden des Käfigs 11 verriegelt sind, um den Käfig 11 fest in dem äußeren Rohr 14 zu halten.
Der Käfig 11 besteht aus einem Material, wie Metall oder Kunstharz. Die drei bis acht ringförmigen Nuten 12 sind in gleichmäßigen Winkelabständen in Umfangsrichtung an einer Rohrwand des Käfigs 11 ausgebildet. Die Kugeln 13, die aus hartem Metall, bspw. rostfreiem Edelstahl, bestehen, sind in den jeweiligen Ringnuten 12 aufgenommen, so dass die Kugeln 13 in einer Linie angeordnet sind und während des Rollens in der jeweiligen Ringnut 12 zirkulieren. Die Ringnut 12 besteht aus zwei geradlinien Abschnitten 12a, 12a, die sich in Axialrichtung des Käfigs 11 und parallel zueinander erstrecken, und gekrümmten Abschnitten 12b, 12b, die gegenüberliegende Endabschnitte der beiden geradlinigen Abschnitte 12a, 12a verbinden. Ein Abschnitt einer kugeligen Oberfläche jeder der Kugeln 13 steht aus der Ringnut 12 in einen hohlen Abschnitt des Käfigs 11 vor und steht in Wälzkontakt mit einer Außenfläche einer Stange 31, die in den hohlen Abschnitt eingesetzt ist.
Andererseits besteht das äußere Rohr 14 aus einem metallischen Material mit exzellenten mechanischen Eigenschaften, wie Verschleißwiderstand, Wärmewiderstand und Verformbarkeit, und weist konische Abschnitte 18, 18, die so geneigt sind, dass sich ihre Durchmesser an axial gegenüberliegenden Endabschnitten eines äußeren Umfangs des äußeren Rohres 14 nach außen reduzieren, feste Abschnitte 14, 14 in Form von Umfangsflächen mit gleichmäßigem Außendurchmesser an Positionen, die an die jeweiligen konischen Abschnitte 18, 18 angrenzen, und einen Abschnitt 21 mit kleinerem Durchmesser, der durch einen mittleren Rohrabschnitt 20 ausgebildet ist, welcher zwischen den beiden festen Abschnitten 19, 19 angeordnet ist und einen äußeren Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der der festen Abschnitte 19, 19. Innere konische Abschnitte 23, 23, die in der Neigung der konischen Abschnitte 18, 18 an den gegenüberliegenden Enden des äußeren Rohres 14 gegenüberliegenden Richtungen geneigt sind, sind zwischen dem Abschnitt 21 mit kleinem Durchmesser und den jeweiligen festen Abschnitten 19, 19 an gegenüberliegenden Seiten des Abschnittes 21 mit kleinem Durchmesser ausgebildet. Die inneren konischen Abschnitte 23, 23 und die konischen Abschnitte 18, 18 an den gegenüberliegenden Enden des äußeren Rohres haben denselben Neigungswinkel. Ein bevorzugter Neigungswinkel beträgt etwa 20°.
Jede der Ringnuten 12 ist so ausgebildet, dass sie eine Länge aufweist, die der Gesamtfläche entspricht, die sich von einem festen Abschnitt 19 des äußeren Rohres 14 zu dem anderen festen Abschnitt 19 erstreckt. Gegenüberliegende Endabschnitte der Nuten 12 sind allmählich zu einem äußeren Umfang des Käfigs 11 an Positionen geneigt, die den beiden festen Abschnitten 19, 19 entsprechen. Mit anderen Worten sind die gegenüberliegenden Endabschnitte in solchen Richtungen geneigt, dass die in die Nut 12 eingesetzten Kugeln 13 sich allmählich von der Stange 31 trennen. Die jeweiligen Kugeln 13 in der dem mitt leren Rohrabschnitt 20 entsprechenden Position stehen in Wälzkontakt mit der Stange 31.
Das Kugellager 10A mit dem oben beschriebenen Aufbau wird zum Halten und Führen der Führungsstange 31 in einem Fluiddruckzylinder 30 mit einer Führung verwendet, wie es in 3 gezeigt ist. Der Fluiddruckzylinder 30 weist eine Zylinderbohrung 33, die in einer Axialrichtung in der Mitte eines Gehäuses 32 ausgebildet ist, das die Form eines rechteckigen Parallelepipeds aufweist, einen Kolben, der unter der Wirkung eines Fluiddruckes gleitend in der Zylinderbohrung 33 aufgenommen ist, eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange 34, deren vorderes Ende aus dem Gehäuse 32 vorsteht, zwei Lageröffnungen 35, 35, die parallel zueinander an an die Zylinderbohrung 33 in dem Gehäuse 32 angrenzenden Positionen ausgebildet sind, die beiden Führungsstangen 31, 31, die gleitend in die Lageröffnungen 35, 35 eingesetzt sind, und eine Platte 36 zur Verbindung der Führungsstangen 31, 31 und der Kolbenstange 34 auf. Die oben beschriebenen Kugellager 10a sind jeweils in die entsprechenden Lageröffnungen 35, 35 eingepresst. Wie in 4 gezeigt ist, wird dadurch, dass die Kugeln 13 in Wälzkontakt mit den durch die Käfige 11 hindurchtretenden Führungsstangen 31 stehen, die Linearbewegung der Führungsstange 31 gleichmäßig abgestützt.
Durch Ausbilden der konischen Abschnitte 18, 18 an den gegenüberliegenden Endabschnitten des äußeren Rohres 14 kann das Kugellager mit dem oben beschriebenen Aufbau einfach ohne Schrägstellung in die Lageröffnung 35 in einem Zustand eingepresst werden, in dem die Achsen zueinander ausgerichtet sind, indem die Führungsfunktion der konischen Abschnitte 18 genutzt wird. Da die festen Abschnitte 19, 19, die gegen die Öffnungsfläche der Lageröffnung 35 gepresst werden, im Wesentlichen an den gegenüberliegenden Abschnitten des äußeren Rohres 14 ausgebildet sind, und da der Abschnitt 21 mit kleinerem Durchmesser in dem mittleren Rohrabschnitt 20 ausgebildet ist, wird eine Kon taktfläche zwischen dem äußeren Rohr 14 und der Lageröffnung 35 reduziert, um den Reibungswiderstand beim Einpressen zu verringern. Außerdem wird die auf das äußere Rohr 14 wirkende Belastung verringert, um eine Deformation des äußeren Rohres 14 zu vermeiden. Hierdurch wird ein gleichmäßiges Rollen der Kugeln 13 gewährleistet. Auch dann, wenn in dem äußeren Rohr an den Positionen der festen Abschnitte 19, 19 durch die Belastung eine geringfügige Deformation nach innen generiert wird, behindert diese Deformation die Wälzeigenschaften der Kugeln nicht, da die festen Abschnitte 19, 19 an Positionen vorgesehen sind, an denen sich die Kugelführungen nach außen erstrecken.
Das Kugellager wird zuverlässig in der Lageröffnung 35 gehalten, da die an den gegenüberliegenden Endabschnitten des äußeren Rohres 14 ausgebildeten festen Abschnitte 19, 19 über die Reibungskraft in engem Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Lageröffnung 35 treten. Die Befestigungskraft kann hierbei durch die Größe der Breite der Umfangsfläche, die die festen Abschnitte 19, 19 bildet, in geeigneter Weise eingestellt werden. Die Befestigungskraft auch dann ausreichend ist, wenn der Abschnitt 21 mit kleinem Durchmesser über den gesamten mittleren Rohrabschnitt 20 vorgesehen ist.
Obwohl das Kugellager gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail auf der Basis der obigen Ausführungsform erläutert wurde, ist das Kugellager nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Abänderungen können vorgenommen werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bspw. ist ein Kugellager 10B einer zweiten Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, in eine Vielzahl von Flächen in Axialrichtung aufgeteilt und eine Vielzahl von Ringnuten 12 zum Halten der Kugeln 13 ist in jeder dieser Flächen ausgebildet. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel sind zwei Käfige 11, 11, in denen jeweils die Kugeln 13 in drei bis acht Ringnuten 12 gehalten werden, welche in Umfangsrichtung vorgesehen sind, in eine rechte Hälfte und eine linke Hälfte eines äußeren Rohres 14 eingesetzt. An Stelle der Aufnahme einer Vielzahl von Käfigen in einem äußeren Rohr 14, wie bei dem obigen Beispiel, ist es auch möglich, einen Käfig einzusetzen, der durch Verbinden einer Vielzahl der oben beschriebenen Käfige zu einem Element in dem äußeren Rohr 14 gebildet wird.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, kann mit denn Kugellager gemäß der vorliegenden Erfindung die Einpresskraft und die Deformation beim Einsetzen des Kugellagers in die Lageröffnung der Maschine oder dgl. reduziert werden, so dass das Kugellager einfach und zuverlässig einsetzbar ist.

Claims

Kugellager mit einem zylindrischen Halter (11), in den eine Stange (31) zur Durchführung einer Linearbewegung oder einer Drehbewegung einsetzbar ist, einer Vielzahl von Kugeln (13), die jeweils rollend in einer Vielzahl von Ringnuten (12) aufgenommen sind, welche in den Halter (11) eingeschnitten sind, und die in Wälzkontakt mit der Stange (31) stehen, und einem äußeren Rohr (14), das auf eine Außenfläche des Käfigs (11) aufgesetzt ist, um die Kugeln (13) von außen zu halten, wobei das Kugellager in eine Lageröffnung (35) einer Maschine, die die Stange (31) aufweist, einpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohr (14) einstückig ausgebildet ist und konische Abschnitte (18), die so geneigt sind, dass sich die Durchmesser der konischen Abschnitte (18) an axial gegenüberliegenden Endabschnitten einer äußeren Umfangsfläche nach außen reduzieren, feste Abschnitte (19), die gleichmäßige Außendurchmesser aufweisen und gegen eine Öffnungsfläche der Lageröffnung (35) gepresst und befestigt werden, jeweils an Positionen angrenzend an die konischen Abschnitte (18), und einen Abschnitt (21) mit kleinerem Durchmesser aufweist, der an wenigstens einem Teil eines mittleren Rohrabschnittes (20) einen Außendurchmesser hat, der kleiner ist als der der festen Abschnitte (19), und der zwischen den beiden festen Abschnitten (19) derart angeordnet ist, dass der gesamte mittlere Rohrabschnitt (20) als der Abschnitt (21) mit kleinerem Durchmesser ausgebildet ist, und dass innere konische Abschnitte (23), die jeweils in der Neigung der konischen Abschnitte (18) an den gegenüberliegenden Enden des äußeren Rohres (14) entgegengesetzten Richtungen geneigt sind, zwischen dem Abschnitt (21) mit kleinerem Durchmesser und den beiden festen Abschnitten (19) vorgesehen sind, und die Kugeln in einer Linie über eine Fläche angeordnet sind, die sich von einem der festen Abschnitte (19) zu dem anderen erstreckt, dass die Kugellinie oder -führung in einer solchen Richtung geneigt ist, dass sie sich von der Stange (31) allmählich an Positionen entfernt, die den beiden festen Abschnitten (19) entsprechen, dass die jeweiligen Kugeln (13) in dem mittleren Rohrabschnitt (20) in Wälzkontakt mit der Stange (31) stehen.
Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konischen Abschnitte (18) an den gegenüberliegenden Enden des äußeren Rohres (14) und die inneren konischen Abschnitte (23) die gleichen Neigungswinkel aufweisen.
Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugellager in Axialrichtung in eine Mehrzahl von Flächen aufgeteilt ist, und dass die Mehrzahl von Ringnuten (12) zum jeweiligen Halten der Kugeln (13) in gleichmäßigen Winkelabständen in Umfangsrichtung in jeder der Flächen ausgebildet sind.