DE102004050706A1

DE102004050706A1 - Wälzlager mit Überlastschutz

Info

Publication number: DE102004050706A1
Application number: DE102004050706A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dorn
Original assignee: Bosch Rexroth Mechatronics GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (10) mit einem ersten Lagerteil (12) und einem zweiten Lagerteil (14), das mittels wenigstens einer Reihe von Wälzkörpern (16) am ersten Lagerteil (12) beweglich geführt ist, wobei die Reihe von Wälzkörpern (16) in einem Tragkanal (20) aufgenommen ist, der von einer Laufbahn (22) am ersten Lagerteil (12) und einer Laufbahn (24) am zweiten Lagerteil (14) definiert wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist in dem Tragkanal (20) wenigstens ein Gleitkörper (18) aufgenommen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem ersten Lagerteil und einem zweiten Lagerteil, das mittels wenigstens einer Reihe von Wälzkörpern am ersten Lagerteil beweglich geführt ist, wobei die Reihe von Wälzkörpern in einem Tragkanal aufgenommen ist, der von einer Laufbahn am ersten Lagerteil und einer Laufbahn am zweiten Lagerteil definiert wird.

Derartige Wälzlager sind beispielsweise aus der WO 2004/013503 A1 bekannt. Dort wird ein Rillenkugellager mit einem Innenring und einem Außenring beschrieben, in dem Kugeln mit unterschiedlichen Durchmessern aufgenommen sind. In einem ersten Belastungszustand tragen nur die Kugeln mit dem größeren Durchmesser, während in einem zweiten Belastungszustand alle Kugeln tragen. Damit soll der Reibwiderstand des Wälzlagers bei niedrigen Belastungen verringert werden. Dieses Wälzlager hat den Nachteil, dass hohe Belastungen bei Stillstand zu bleibenden Verformungen in die Laufbahnen führen können. Bei der Dimensionierung eines Wälzlagers wird diesem Umstand durch die statische Tragzahl C₀ Rechnung getragen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Wälzlager der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem die statische Tragfähigkeit höher ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Wälzlager der eingangs genannten Art gelöst, bei dem in dem Tragkanal wenigstens ein Gleitkörper aufgenommen ist. Da der Gleitkörper nicht abwälzt, kann seine Kontaktfläche mit den Laufbahnen am ersten und zweiten Lagerteil sehr groß ausgebildet werden, so dass bei gleicher äußerer Belastung des Wälzlagers die Flächenpressung sinkt, wodurch dauerhafte Verformungen der Laufbahnen vermieden werden.

Der Gleitkörper kann so bemessen sein, dass er in einem ersten Belastungszustand des Wälzlagers mit Spiel im Tragkanal aufgenommen ist. Das Wälzlager kann in diesem Belastungszustand somit immer noch relativ leichtgängig bewegt werden. Der erste Belastungszustand ist vorzugsweise ein Zustand, bei dem die Wälzkörper noch keine dauerhaften Verformungen in den Laufbahnen verursachen.

Weiterhin kann der Gleitkörper so bemessen sein, dass er sich in einem zweiten Belastungszustand des Wälzlagers an der Laufbahn des ersten Lagerteils und der Laufbahn des zweiten Lagerteils abstützt. In dem zweiten Belastungszustand kann das Wälzlager nicht oder nur sehr schwer bewegt werden. Er dient nur zur Aufnahme sehr großer Lasten bei Lagerstillstand, wie sie beispielsweise bei Linearwälzlagern in Pressen, Stanzen, Spritzgussmaschinen u. ä. oder bei Überlast durch Maschinenfehlfunktion auftreten können. Im zweiten Belastungszustand werden die Wälzkörper nur so weit verformt, wie es die Gleitkörper zulassen, da der Kraftweg über die Gleitkörper eine wesentlich höhere Steifigkeit aufweist als der parallel geschaltete Kraftweg über die Wälzkörper. Die Gleitkörper müssen daher so bemessen sein, dass die maximale Verformung der Wälzkörper keine Spannungen in den Laufbahnen verursacht, die zu bleibenden Verformungen führt.

Bei dem Wälzlager kann es sich um ein Linearwälzlager handeln, bei dem das erste Lagerteil eine Führungsschiene mit einer Längsachse und das zweite Lagerteil ein Führungswagen ist, wobei der Führungswagen längsbeweglich an der Führungsschiene geführt ist. Die Wälzkörper können als Kugeln ausgeführt sein, wobei der Gleitkörper im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet ist. In diesem Fall weisen die Laufbahnen des Linearwälzlagers im achsenthaltenden Querschnitt betrachtet vorzugsweise ein kreisbogenförmiges oder ein gotisches Profil auf, weshalb zwischen Gleitkörper und Laufbahn mindestens eine Linienberührung vorliegt, während zwischen Kugel und Laufbahn eine Punktberührung vorliegt. Der Gleitkörper kann somit wesentlich größere Kräfte übertragen als eine einzelne Kugel. Die Wälzkörper können auch als Rollen ausgeführt sein, wobei der Gleitkörper im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist. Die Laufbahnen sind in diesem Fall vorzugsweise eben, weshalb zwischen Gleitkörper und Laufbahn eine Flächenberührung vorliegt, während zwischen Rolle und Laufbahn eine Linienberührung vorliegt. Der Gleitkörper kann auch in diesem Fall wesentlich größere Kräfte übertragen als eine einzelne Rolle.

Der Tragkanal des Linearwälzlagers kann mit einem Rückführkanal verbunden sein, so dass die Reihe von Wälzkörpern gemeinsam mit dem Gleitkörper endlos umlaufen kann. Somit kann das Linearwälzlager prinzipiell einen unbegrenzten Bewegungsweg ausführen. Die Stirnseiten der Gleitkörper können in diesem Fall verrundet sein, so dass sie sich zusammen mit den Wälzkörpern leichter durch den Rückführkanal bewegen.

Bei dem Wälzlager kann es sich auch um ein Radialwälzlager handeln, bei dem das erste Lagerteil ein Innenring und das zweite Lagerteil ein Außenring ist, wobei der Außenring drehbeweglich am Innenring geführt ist. Als Wälzkörper können Kugeln gewählt werden, wobei der Gleitkörper im Wesentlichen als Kreisringsegment ausgebildet ist. Es können aber auch Rollen als Wälzkörper verwendet werden, wobei der Gleitkörper im Wesentlichen als Rechteckringsegment ausgebildet ist. Dadurch ergeben sich beim Radialwälzlager analoge Berührverhältnisse wie beim Linearwälzlager.

In analoger Weise kann die Erfindung bei jedem beliebigen Wälzlager mit anderen Wälzkörperformen wie z. B. Tonnen oder Kegelrollen an gewendet werden. Weiterhin kommt als Wälzlager auch ein Kugelgewindetrieb in Betracht.

Das Verhältnis der Anzahl der Wälzkörper zur Anzahl der Gleitkörper kann zwischen 1 und 10 betragen. Aufgrund von Überlegungen zur Tragfähigkeit des Wälzlagers im ersten und im zweiten Belastungszustand hat sich ein Verhältnis mit dem Betrag drei als besonders günstig herausgestellt. Die Kugeln und die Gleitkörper bestehen vorzugsweise aus gehärtetem Stahl oder Keramik.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers,
2 eine grobschematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers im ersten Belastungszustand und
3 eine grobschematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers im zweiten Belastungszustand.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Wälzlager, das grundsätzlich wie das aus der US 6203199 B1 bekannte Linearwälzlager ausgeführt ist, ganz allgemein mit 10 gekennzeichnet. Die US 6203199 B1 wird hiermit vollinhaltlich in Bezug genommen und zum Teil der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Das Linearwälzlager 10 umfasst ein erstes Lagerteil 12, das als Führungsschiene 26, und ein zweites Lagerteil 14, das als Führungswagen 28 ausgebildet ist. Die nicht dargestellte Längsachse der Führungsschiene verläuft senkrecht zur Zeichnungsebene. An der Führungsschiene 26 sind Laufbahnen 22 vorgesehen, die zusammen mit den Laufbahnen 24 am Führungswagen 28 vier Tragkanäle 20 definieren. In dem Tragkanal 20 sind eine Reihe von Wälzkörpern 16 und Gleitkörper 18 aufgenommen. Die Wälzkörper 16 sind als Kugeln und die Gleitkörper 18 als Kreiszylinder ausgeführt. Weiterhin ist ein Rückführkanal 30 vorgesehen, der mit dem Tragkanal 20 verbunden ist, so dass die Wälzkörper 16 gemeinsam mit den Gleitkörpern 18 endlos umlaufen können.
In 2 ist der erste Belastungszustand des Linearwälzlagers 10 grobschematisch dargestellt, wobei gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen tragen wie in 1. Im ersten Belastungszustand sind die Gleitkörper 18 mit Spiel im Tragkanal 20 aufgenommen. Der dadurch entstehende Spalt 32 zwischen dem Gleitkörper 18 und der Laufbahn 22 an der Führungsschiene 26 ist stark übertrieben dargestellt. Die Gleitkörper können im Tragkanal leicht verschoben werden, weil nur geringe Gleitreibungskräfte wirken. Darüber hinaus sind die Gleitkörper gleichmäßig zwischen den Wälzkörpern 16 verteilt, so dass in jedem Bewegungszustand etwa die gleiche Anzahl von Wälzkörpern oder Gleitkörpern trägt.
In 3 ist der zweite Belastungszustand des Linearwälzlagers 10 grobschematisch dargestellt, wobei gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen tragen wie in 1. Im zweiten Belastungszustand stützen sich die Gleitkörper 18 an den Berührflächen 34 an der Laufbahn 22 der Führungsschiene 26 und der Laufbahn 24 des Führungswagens 28 ab. Die Wälzkörper 16 sind im zweiten Belastungszustand minimal zusammengedrückt, was in 2 nicht dargestellt ist.

10: Wälzlager
12: erstes Lagerteil
14: zweites Lagerteil
16: Wälzkörper
18: Gleitkörper
20: Tragkanal
22: Laufbahn am ersten Lagerteil
24: Laufbahn am zweiten Lagerteil
26: Führungsschiene
28: Führungswagen
30: Rückführkanal
32: Spalt
34: Berührflächen

Claims

Wälzlager (10) mit einem ersten Lagerteil (12) und einem zweiten Lagerteil (14), das mittels wenigstens einer Reihe von Wälzkörpern (16) am ersten Lagerteil (12) beweglich geführt ist, wobei die Reihe von Wälzkörpern (16) in einem Tragkanal (20) aufgenommen ist, der von einer Laufbahn (22) am ersten Lagerteil (12) und einer Laufbahn (24) am zweiten Lagerteil (14) definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Tragkanal (20) wenigstens ein Gleitkörper (18) aufgenommen ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitkörper (18) so bemessen ist, dass er in einem ersten Belastungszustand des Wälzlagers (10) mit Spiel im Tragkanal (20) aufgenommen ist.
Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitkörper (18) so bemessen ist, dass er in einem zweiten Belastungszustand des Wälzlagers (10) an der Laufbahn (22) des ersten Lagerteils (12) und der Laufbahn (24) des zweiten Lagerteils (14) abgestützt ist.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerteil (12) eine Führungsschiene (26) mit einer Längsachse und das zweite Lagerteil (14) ein Führungswagen (28) ist, wobei der Führungswagen (26) längsbeweglich an der Führungsschiene (28) geführt ist.
Wälzlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (16) Kugeln sind, wobei der Gleitkörper (18) im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet ist.
Wälzlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (16) Rollen sind, wobei der Gleitkörper (18) im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkanal (20) mit einem Rückführkanal (30) verbunden ist, so dass die Reihe von Wälzkörpern (16) gemeinsam mit dem Gleitkörper (18) endlos umlaufen kann.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerteil (12) ein Innenring und das zweite Lagerteil (14) ein Außenring ist, wobei der Außenring drehbeweglich am Innenring geführt ist.
Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (16) Kugeln sind, wobei der Gleitkörper (18) im Wesentlichen als Kreisringsegment ausgebildet ist.
Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (16) Rollen sind, wobei der Gleitkörper (18) im Wesentlichen als Rechteckringsegment ausgebildet ist.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Anzahl der Wälzkörper (16) zur Anzahl der Gleitkörper (18) zwischen 1 und 10 beträgt und vorzugsweise 3 ist.