DE102006015155A1

DE102006015155A1 - Wälzlager mit Käfigzwangsführung

Info

Publication number: DE102006015155A1
Application number: DE200610015155
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Winkler; Dirk Mohrbacher
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-04

Abstract

Wälzlager, mit einem auf einer Führungsschiene (2) längsverschieblich angeordneten Führungswagen (1) und mit einem zwischen der Führungsschiene (2) und dem Führungswagen (1) angeordneten Käfig (8), in dessen Taschen (16) Wälzkörper (4) angeordnet sind, die an Laufbahnen (5, 6) der Führungsschiene (2) und des Führungswagens (1) abwälzen, und mit einer Käfigzwangsführung (11) zur gesteuerten Verschiebung des Käfigs (8) gegenüber dem Führungswagen (1), wobei die Führungsschiene (2) und der Führungswagen (1) mit einander kreuzenden, zur Längsachse des Wälzlagers geneigt angeordneten Steuerbahnen (13, 14) versehen sind, wobei ein Koppelteil (19) an einer Koppelbahn des Käfigs (8) und an beiden Steuerbahnen (13, 14) verschieblich geführt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager, insbesondere Linearwälzlager, mit einem auf einer Führungsschiene längsverschieblich angeordneten Führungswagen. Derartige Linearwälzlager werden beispielsweise im Werkzeugmaschinenbau und in Fertigungsstraßen eingesetzt.
Aus US 6,886,983 B2 beispielsweise ist ein Linearwälzlager bekannt geworden, bei dem ein Wälzkörperflachkäfig vorgesehen ist, in dessen Taschen Rollen als Wälzkörper eingesetzt sind. Diese Rollen wälzen an Laufbahnen von zwei Lagerteilen ab, zwischen denen der Wälzkörperflachkäfig angeordnet ist. In dem Wälzkörperflachkäfig ist ferner ein Ritzel drehbar gelagert aufgenommen. Dieses Ritzel kämmt mit Zahnreihen, die an beiden Laufbahnen der beiden Lagerteile ausgebildet sind. Unter Relativverschiebung der beiden Lagerteile zueinander wälzen die Rollen an den Laufbahnen ab, wobei der Wälzkörperflachkäfig ebenfalls mitverlagert wird. Der Eingriff des Ritzels in die Zahnreihen stellt eine gesteuerte Verschiebung des Wälzkörperflachkäfigs sicher. Ein unerwünschtes Käfigwandern ist durch diese Käfigzwangsführung ausgeschlossen. Das Herstellen des Zahnrades und dessen Einsetzen und Lagerung in dem Wälzkörperflachkä fig bedingt einen erhöhten Herstellungsaufwand für Wälzkörperflachkäfige. Ferner erfordert die Bereitstellung der Zahnreihen einen erhöhten Herstellungsaufwand für die Lagerteile.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wälzlager nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem eine Käfigzwangsführung auf einfache Art und Weise sichergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Führungsschiene und der Führungswagen mit einander kreuzenden, zur Längsachse des Wälzlagers geneigt angeordneten Steuerbahnen versehen sind, wobei ein Koppelteil an einer Koppelbahn des Käfigs und an beiden Steuerbahnen verschieblich geführt ist. Ein drehbar gelagertes Zahnrad an dem Käfig entfällt gänzlich. Das Koppelteil kann beispielsweise eine Kugel sein, wie sie auch als Wälzkörper in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz kommt. Derartige Kugeln sind äußert preiswert. Durch die Führung des Koppelteils in drei Bahnen ist für jede Position des Führungswagens auf der Führungsschiene innerhalb der zulässigen Amplituden eine eindeutige Stellung des Käfigs gegenüber dem Führungswagen sichergestellt. Ein Käfigwandern ist ausgeschlossen. Während einer Verschiebung des Führungswagens entlang der Führungsschiene ist eine Führung des Koppelteils an den Steuerbahnen und an der Koppelbahn sichergestellt. Während dieser Verschiebung wandert das Koppelteil quer zur Längsachse des Wälzlagers entlang der Koppelbahn des Käfigs.
Vorzugsweise sind die Steuerbahnen parallel zur einer die Längsachse der Führungsschiene enthaltenen Ebene angeordnet. Ein fertigungstechnisch besonders günstiges erfindungsgemäßes Wälzlager sieht vor, dass der Führungswagen einen Rücken und an den Rücken anschließende Schenkel aufweist, zwischen denen die Führungsschiene angeordnet ist, wobei an einander zugewandten Seiten der Schenkel und der Führungsschiene Laufbahnen für die Wälzkörper angeordnet sind. Bei einem derartigen Wälzlager lassen sich in günstiger Weise die beiden Steuerbahnen an ein ander zugewandten Seiten des Rückens des Führungswagens und der Führungsschiene – also an deren Oberseite – ausbilden. Der Rücken und die Oberseite der Führungsschiene sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Denkbar ist beispielsweise ein spangebendes Bearbeiten des Führungswagens und der Führungsschiene zur Herstellung dieser Steuerbahnen.
Die beiden Steuerbahnen sind vorzugsweise jeweils um einen vom Betrag her gleich großen aber gleichläufigen Winkel zur Längsachse der Führungsschiene geneigt. Bei einer derartigen Anordnung der Steuerbahnen kann eine Mittenstellung des Führungswagens zwischen zwei Endpositionen der Führungsschiene in einem Kreuzungspunkt der beiden Steuerbahnen sichergestellt werden, der in einer Längsmittelebene der Führungsschiene angeordnet ist. Ausgehend von diesem mittig angeordneten Kreuzungspunkt bewirkt ein Verschieben des Führungswagens in die eine oder andere Längsrichtung ein Wandern des Koppelteils gemeinsam mit dem Kreuzungspunkt entlang der Koppelbahn in die eine oder in die entgegengesetzte Richtung entlang der Koppelbahn.
Diese Koppelbahn ist vorzugsweise als quer zur Laufrichtung des Führungswagens angeordnete, an dem Käfig ausgebildete Tasche ausgebildet, in die das Koppelteil eingreift. Diese Tasche ist dabei so ausgeführt, dass das Koppelteil an den Taschenwänden längsgeführt ist. Als Koppelteil eignen sich in besonders günstiger Weise Kugeln, die bei geringer Reibung sowohl an den Steuerbahnen als auch an der Koppelbahn abwälzen können.
Die vorliegende Erfindung eignet sich in günstiger Weise auch für die Verwendung als Schrägscheibenschwenklager einer Axialkolbenmaschine, wie sie beispielsweise aus DE 25 21 312 B1 zum damaligen Stand der Technik in Spalte 1, Zeilen 46–51 und als erfindungsgemäß insbesondere in 1 und 2 der DE 25 21 312 B1 beschrieben sind. Derartige Schwenklager weisen in Taschen von Käfigsegmenten aufgenommene Wälzkörper auf, die an Laufbahnen der Schrägscheibe und des Gehäuses abwälzen. Die Schrägscheibe kann zur Verstellung des Hubes der Axialkolbenmaschine verlagert werden. Bei mehrfachen Verstellbewegungen der Schrägscheibe wird eine Führung des Käfigs über die erfindungsgemäße Käfigzwangsführung sichergestellt.
Der Führungswagen bildet bei dieser Verwendung die Schrägscheibe und die Führungsschiene das Gehäuse.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt acht Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Linearwälzlager in perspektivischer Darstellung,
2 die Führungsschiene des erfindungsgemäßen Linearwälzlagers in perspektivischer Darstellung,
3 den Führungswagen des erfindungsgemäßen Linearwälzlagers in perspektivischer Darstellung,
4 die Führungsschiene aus 2 mit montiertem Käfig,
5 ein Detail aus der 4 in Draufsicht,
6 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Linearwälzlager gemäß 1 entlang der Linie VI-VI,
7 ein Detail aus der 6 in abgewandelter Form für ein alternatives erfindungsgemäßes Linearwälzlager und
8 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Linearwälzlager aus 1 entlang der Linie VIII-VIII.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Linearwälzlager in perspektivischer Darstellung. Ein Führungswagen 1 ist auf einer Führungsschiene 2 längsverschieblich angeordnet. Von der Führungsschiene 2 ist hier lediglich ein Teilstück abgebildet. Der 1 ist ferner zu entnehmen, dass der Führungswagen 1 einen Rücken 1a und einstückig daran anschließende Schenkel 1b aufweist, zwischen denen die Führungsschiene 2 angeordnet ist.
Im Querschnitt entlang der Linie VI-VI kann der 6 entnommen werden, dass zwischen dem Führungswagen 1 und der Führungsschiene 2 als Rollen 3 ausgebildete Wälzkörper 4 angeordnet sind, die an Laufbahnen 5, 6 des Führungswagens 1 und der Führungsschiene 2 abwälzen. Die Rollen 3 sind in einer Reihe hintereinander entlang der Laufrichtung des Führungswagens 1 mit kreuzweise angeordneten Drehachsen angeordnet, so dass eine Rolle 3 aneinander gegenüberliegend angeordneten Laufbahnen 5, 6 abwälzen, wobei eine folgende Rolle 3 an einander zugewandten Laufbahnen 5, 6 abwälzen, wobei jedoch die beiden Drehachsen der beiden Rollen 3 um 90° versetzt angeordnet sind.
4 zeigt in perspektivischer Darstellung die Führungsschiene 2 mit den in Reihe hintereinander angeordneten Rollen 3. Dieser Abbildung ist zu entnehmen dass die Rollen 3 in Taschen 7 eines Käfigs 8 angeordnet sind. Der Käfig 8 ist etwa u-förmig gebogen und weist einen Käfigrücken 9 und an Längsseiten des Käfigrückens 9 einstückig anschließende Käfigbänder 10 auf, die etwa im rechten Winkel zum Käfigrücken 9 abgewinkelt sind.
Das Linearwälzlager ist mit einer Käfigzwangsführung 11 versehen, die ein Verschieben des Käfigs 8 gegenüber dem Führungswagen 1 während einer Verschiebung des Führungswagens 1 entlang der Führungsschiene 2 zwangssteuert. Diese Käfigzwangssteuerung 11 wird nachstehend näher erläutert:
2 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Teilstück der Führungsschiene 2, an deren Oberseite eine als v-förmige Rille 12 ausgebildete Steuerbahn 13 vorgesehen ist. Diese Steuerbahn 13 oder Rille 12 ist parallel zur Oberseite der Führungsschiene 2 und unter einem Winkel α geneigt zur Längsachse der Führungsschiene 2 angeordnet.
3 zeigt den Führungswagen 1 in perspektivischer Darstellung, in einer Ansicht von unten. Der Rücken 1a ist an seiner der Führungsschiene 2 zugewandten Seite mit einer weiteren Steuerbahn 14 versehen, die ebenfalls parallel zur Oberseite der Führungsschiene 2 und unter einem Winkel α geneigt zur Längsachse der Führungsschiene 2 angeordnet ist. Wenn der Führungswagen 1 auf Führungsschiene 2 montiert ist, kreuzen die beiden Steuerbahnen 13, 14 einander unter einem Winkel 2 × α, wobei beide Steuerbahnen 13, 14 unter einem vom Betrag her gleichen Winkel α zur Längsachse der Führungsschiene 2 geneigt sind. Es mag für besondere Anwendungen zweckmäßig sein unterschiedliche Neigungswinkel zur Längsachse für die beiden Steuerbahnen vorzusehen. Die Steuerbahn 14 ist ebenfalls als v-förmige Rille 15 ausgebildet. Diese Rille 15 reicht von dem einen axialen Ende bis zu dem anderen axialen Ende des Führungswagens 1.
4 zeigt die Führungsschiene 2 ebenfalls in perspektivischer Darstellung mit dem darauf angeordneten Käfig 8. Der Abbildung ist zu entnehmen, dass der Käfigrücken 9 mit einer quer zur Längsachse der Führungsschiene 2 angeordneten Tasche 16 versehen ist, in die eine Kugel 17 eingesetzt ist. Die Tasche 16 ist in Richtung quer zur Längsachse der Führungsschiene 2 durch Taschenwände 18 begrenzt, an denen die als Koppelteil 19 eingesetzte Kugel 17 geführt ist, wobei die Taschenwände 18 eine Koppelbahn 20 bilden.
6 zeigt einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Linearwälzlager, mittig durch den Führungswagen 1, in dessen Mittenstellung auf der Führungsschiene 2. Die Führungsschiene 2 ist endlich ausgeführt wobei je doch die Enden vorliegend nicht abgebildet sind. Zwischen diesen beiden Enden der Führungsschiene 2 ist eine Mittenstellung des Führungswagens 1 vorgesehen, aus der heraus der Führungswagen 1 in die eine oder in die entgegengesetzte Richtung entlang der Führungsschiene 2 verschoben werden kann. In dieser Mittelstellung ist die Kugel 17 mittig in der Tasche 16 des Käfigs 8 angeordnet. In dieser Position des Führungswagens ist ein Kreuzungspunkt 20a der beiden Steuerbahnen 13, 14 mittig zwischen den beiden Längsseiten der Führungsschiene 2 in einer Längsmittelebene L angeordnet. Die Kugel 17 ist immer in Eingriff mit beiden Steuerbahnen 13, 14 in deren Kreuzungspunkt.
8 zeigt einen weiteren Querschnitt durch das erfindungsgemäße Linearwälzlager, ebenfalls in einer Mittenposition des Führungswagens 1 auf der Führungsschiene 2, jedoch ist diese Schnittführung an einer anderen Stelle des Führungswagens 1 gelegt. Dieser Abbildung ist zu entnehmen, dass in dieser Schnittebene die beiden Steuerbahnen 13, 14 zu beiden Seiten einer Längsmittelebene L gelegen sind.
Während bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Steuerbahnen 13, 14 als v-förmige Rille ausgebildet ist, können alternativ auch Kugelrillen 21, 22 vorgesehen werden, wie es in der 7 angedeutet ist.
Wenn der Führungswagen 1 aus seiner Mittenstellung heraus in die eine oder in die andere Längsrichtung der Führungsschiene 2 verschoben wird, bleibt die Kugel 17 in permanentem Eingriff mit den Steuerbahnen 13, 14 wobei jedoch der Kreuzungspunkt 20a der beiden Steuerbahnen 13, 14 nicht länger in der Längsmittelebene L bleibt, sondern dieser Kreuzungspunkt 20a wandert in Richtung quer zur Führungsschiene 2. Die Kugel 17 verlagert sich demzufolge in der Tasche 16 des Käfigs 8 entlang der Taschenwände 18. In einer Endposition des Führungswagens 1 kann die Kugel 17 an ein Ende der Tasche 17 des Käfigs 8 anschlagen. Eine zusätzliche Ausbildung von Endanschlägen an der Führungsschiene 2 kann demzufolge entfallen.
Im Kreuzungspunkt 20a schließen die beiden Steuerbahnen 13, 14 einen Kreuzungswinkel ein, wobei je nach Ausprägung oder Toleranz dieses Kreuzungswinkel die Bewegungsgeschwindigkeit der Kugel 17 relativ zum Käfig 8 um einen bestimmten Betrag differieren kann; dies wird gegebenenfalls mit dem Abstandsmaß a berücksichtigt (5). Dieses Abstandsmaß a ist gebildet aus der Differenz des Breitenabstandes der beiden gegenüberliegenden Taschenwände 18 und des Kugeldurchmessers 17, wobei die Hälfte dieses Differenzbetrages gerade diesem Abstandsmaß a entspricht.

1: Führungswagen
1a: Rücken
1b: Schenkel
2: Führungsschiene
3: Rolle
4: Wälzkörper
5: Laufbahn
6: Laufbahn
7: Tasche
8: Käfig
9: Käfigrücken
10: Käfigband
11: Käfigzwangsführung
12: Rille
13: Steuerbahn
14: Steuerbahn
15: Rille
16: Tasche
17: Kugel
18: Taschenwand
19: Koppelteil
20: Koppelbahn
20a: Kreuzungspunkt
21: Kugelrille
22: Kugelrille

Claims

Wälzlager, mit einem auf einer Führungsschiene (2) längsverschieblich angeordneten Führungswagen (1), und mit einem zwischen der Führungsschiene (2) und dem Führungswagen (1) angeordneten Käfig (8), in dessen Taschen (16) Wälzkörper (4) angeordnet sind, die an Laufbahnen (5, 6) der Führungsschiene (2) und des Führungswagens (2) abwälzen, und mit einer Käfigzwangsführung (11) zur gesteuerten Verschiebung des Käfigs (8) gegenüber dem Führungswagen (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (2) und der Führungswagen (1) mit einander kreuzenden, zur Längsachse des Wälzlagers geneigt angeordneten Steuerbahnen (13, 14) versehen sind, wobei ein Koppelteil (19) an einer Koppelbahn des Käfigs (8) und an beiden Steuerbahnen (13, 14) verschieblich geführt ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, bei dem die Steuerbahnen (13, 14) parallel zu einer die Längsachse der Führungsschiene (2) enthaltenden Ebene angeordnet sind.
Wälzlager nach Anspruch 1, bei dem die beiden Steuerbahnen (13, 14) jeweils um einen vom Betrag her gleichgroßen Winkel zur Längsachse der Führungsschiene (2) geneigt sind.
Wälzlager nach Anspruch 1, bei dem die die Steuerbahnen (13, 14) als Rillen (12) ausgebildet sind, in die das als Wälzkörper, insbesondere Kugel (17), ausgebildete Koppelteil (19) eingreift.
Wälzlager nach Anspruch 1, bei dem die Koppelbahn als quer zur Laufrichtung des Führungswagens (1) angeordnete, an dem Käfig (8) ausgebildete Tasche (16) ausgebildet ist, in die das Koppelteil (19) eingreift.
Wälzlager nach Anspruch 5, bei der das Koppelteil (19) an Taschenwänden (18) der Tasche (16) geführt ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, bei dem der Führungswagen (1) einen Rücken (1a) und an den Rücken (1a) anschließende Schenkel (1b) aufweist, zwischen denen die Führungsschiene (2) angeordnet ist, wobei an einander zugewandeten Seiten der Schenkel (1b) und der Führungsschiene (2) Laufbahnen (5, 6) für Wälzkörper (4) angeordnet sind.
Wälzlager nach Anspruch 1, bei dem der Führungswagen (1) einen Rücken (1a) und an den Rücken anschließende Schenkel (1b) aufweist, zwischen denen die Führungsschiene (2) angeordnet ist, wobei an dem Rücken (1a) des Führungswagens (1) und an der Führungsschiene (2) an deren einander zugewandten Seiten die Steuerbahnen (13, 14) für das Koppelteil (19) ausgebildet sind.
Wälzlager nach Anspruch 1, bei dem der Führungswagen (1) in einer Mittenstellung zwischen zwei Endpositionen der Führungsschiene (2) angeordnet ist, in der die Steuerbahnen (13, 14) in einem Kreuzungspunkt (20a) einander kreuzen, der in einer Längsmittelebene (L) der Führungsschiene (2) angeordnet ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, bei dem die Steuerbahnen (13, 14) der Führungsschiene (2) von einem axialen Ende zum anderen axialen Ende der Führungsschiene reichen oder sich nur über einen Teilbereich der Führungsschiene erstrecken.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager als Schrägscheiben-Schwenklager für eine Axialkolbenmaschine verwendet wird.