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Die
Erfindung betrifft ein Linearlager, eine Lagerkombination und einen
Spindelmotor.
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Kugellager
zur Lagerung von Wellen sind allgemein bekannt.
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Im
Folgenden sind unter der Bezeichnung Welle auch Achsen zu verstehen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei dem Linearlager nach den in Anspruch 1, 9 oder 15, bei der
Lagerkombination nach den in Anspruch 21 und bei dem Spindelmotor
nach den in Anspruch 26 ergebenden Merkmalen gelöst.
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Wichtige
Merkmale der Erfindung bei dem Linearlager sind, dass es Wälzkörper umfasst,
wobei
die Wälzkörper in
einem Träger
vorgesehen sind,
wobei der Träger mindestens eine sich in
axialer Richtung erstreckende erste Ausnehmung umfasst, die an der
Innenfläche
oder Außenfläche des
Trägers derart
in radialer Richtung zur Umgebung offen ist, dass Wälzkörper aus
dem Träger
zumindest teilweise heraus ragen.
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Von
Vorteil ist dabei, dass der Träger
einfach und kostengünstig
fertigbar ist und die Ausnehmungen zur Aufnahme der Wälzkörper vorsehbar
sind. Insbesondere die Öffnung
zur Umgebung hin ermöglicht,
dass ein Teil der Wälzkörper herausragt
und somit für
die Lagerung eines weiteren Teils verwendbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Wälzkörper Kugeln und die Ausnehmungen
Bohrungen. Von Vorteil ist dabei, dass das Lager einfach und kostengünstig fertigbar
ist. Insbesondere ist eine Bohrung ohne großen Zusatzaufwand angeschnitten ausführbar und
somit die Öffnung
schnell und einfach herstellbar.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mehr als eine erste Ausnehmung
am Umfang des Trägers
vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass der Träger rund herum lagerbar ist,
insbesondere ist der Träger
in einem Führungsteil
vorsehbar, das als Hohlwelle ausgeführt ist oder eine Innenzylinder-Ausnehmung
zur Aufnahme des Lagers aufweist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zur ersten Ausnehmung benachbart
eine zweite Ausnehmung vorgesehen. Insbesondere ist an den axialen Enden
der ersten und zweiten Ausnehmung eine Umlenkung für die Wälzkörper vorgesehen,
insbesondere so dass die Wälzkörper von
der ersten in die zweite Ausnehmung gelangen können und umgekehrt. Von Vorteil
ist dabei, dass umgelenkten Wälzkörpern aus
der ersten Ausnehmung ein Rücklaufen zur
Verfügung
gestellt wird.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Ausnehmung eine
angeschnittene Bohrung und die zweite Ausnehmung eine nicht angeschnittene
Bohrung. Von Vorteil ist dabei, dass ein geschützter Rücklauf ermöglicht ist.
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Alternativ
ist auch statt der nicht angeschnittenen Bohrung eine angeschnittene
Bohrung vorsehbar, deren Mittelpunkt soweit radial gegenüber dem Mittelpunkt
der ersten Ausnehmung, insbesondere in Richtung zur Mittelachse
des Trägers
hin, verschoben ist, dass keine Berührung der in der zweiten Ausnehmung
vorgesehenen Wälzkörper mit
dem gegengelagerten Teil statt findet.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen erste und zweite Ausnehmung
in Umfangsrichtung einen Winkelversatz zueinander auf. Von Vorteil
ist dabei, dass ein besonders dünnwandiger
kompakter Träger
herstellbar ist bei vergleichbarer Tragfähigkeit und Belastbarkeit.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand zwischen erster
und zweiter Ausnehmung geringer als der Durchmesser eines Wälzkörpers. Von
Vorteil ist dabei, dass ein kompaktes Lager herstellbar ist.
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Wichtige
Merkmale der Erfindung bei einem anderen erfindungsgemäßen Linearlager
sind, dass es Wälzkörper umfasst
und die Wälzkörper in
einem Träger
vorgesehen sind, wobei der Träger
mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende erste und
zweite Ausnehmung umfasst,
wobei die erste Ausnehmung an der
Innenfläche
des Trägers
derart in radialer Richtung zur Umgebung offen ist, dass Wälzkörper aus
dem Träger
zumindest teilweise heraus ragen,
wobei die zweite Ausnehmung
an der Außenfläche des
Trägers
derart in radialer Richtung zur Umgebung offen ist, dass Wälzkörper aus
dem Träger
zumindest teilweise heraus ragen.
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Von
Vorteil ist dabei, dass der Träger
des Lagers nach innen und außen
herausragende Wälzkörper hat.
Somit ist das Lager ohne großen
Zusatzaufwand als Innen-Linearkugellager oder als Außen-Linearkugellager
herstellbar.
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Insbesondere
ist wahlweise außen
oder innen am Träger
ein Ring vorsehbar, insbesondere zur Herstellung eines Außen- oder
Innen-Linearkugellagers. Von Vorteil ist dabei, dass aus einem gleichen Träger wahlweise
ein Lager innen oder außen
festlegbar und/oder abstützbar
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Ring ebenfalls sich
axial erstreckende, zu den heraus ragenden Wälzkörpern hin offene Ausnehmungen
zur Aufnahme der heraus ragenden Wälzkörperteile. Von Vorteil ist
dabei, dass der Ring schon bei Montage an den Träger anlegbar ist und beim Herstellen
der Ausnehmungen, beispielsweise durch Bohren, die Ausnehmungen
am Ring ohne Zusatzaufwand ebenfalls herstellbar sind.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Träger ein Hohlzylinder, in welchem
die Ausnehmungen vorgesehen sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache
und kostengünstige
Fertigung erreichbar ist und eine Lager zwischen einer im Inneren
des Trägers
vorgesehenen Vollwelle und einem außerhalb des Trägers befindlichen
Führungsteils
vorsehbar ist. Das Führungsteil
kann hierzu eine zylindrische Ausnehmung aufweisen.
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Wichtige
Merkmale bei der Lagerkombination sind, dass sie aus mindestens
zwei Linearlagern zur Lagerung einer Welle in einem Führungsteil,
wie Hohlwelle oder dergleichen, besteht, wobei
ein erstes Linearlager
am Führungsteil
vorgesehen ist zur Lagerung eines relativ zum Führungsteil, in axialer Richtung
bewegbar angeordneter Kolbens,
ein zweites Linearlager an einem
mit dem Kolben verbundenen Wellenteil vorgesehen ist zur Lagerung des
Wellenteils im Führungsteil.
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Von
Vorteil ist dabei, dass eine Linearführung mit großer Querkraftstabilität herstellbar
ist. Dabei ist das erste Lager als Innenlager und das zweite Lager als
Außenlager
ausführbar.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Lager ein Innen-Linearkugellager
und das zweite ein Außen-Linearkugellager.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Wellenteil, insbesondere
Mutter, ein Innengewinde, das mit dem Außengewinde einer drehbar gelagerten
Welle im Eingriff steht. Von Vorteil ist dabei, dass ein Gewindetrieb
vorsehbar ist, insbesondere für
einen Linearantrieb.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Kolben und/oder am Wellenteil
eine Verdrehsicherung vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass die
Verdrehsicherung unabhängig
von außen
an dem Kolben anbringbar ist und somit der Gewindetrieb oder Linearantrieb
sehr kompakt aufbaubar ist.
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Wichtige
Merkmale der Erfindung bei dem Spindelmotor sind, dass er einen
Elektromotor umfasst,
wobei ein Stator und ein Rotor vorgesehen
ist,
wobei der Rotor ein Außengewinde aufweist oder mit einem
ein Außengewinde
aufweisenden Teil, insbesondere Gewindespindel verbunden ist,
wobei
das Außengewinde
mit dem Innengewinde einer Mutter im Eingriff steht, die mit einem
Kolben verbunden oder einstückig
ausgeführt
ist,
wobei an der Mutter oder am Kolben eine Verdrehsicherung
vorgesehen ist,
wobei Mutter mit Kolben über zumindest ein verbundenes
Außen-Linearkugellager
gelagert ist in einem Führungsteil.
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Von
Vorteil ist dabei, dass ein sehr kompakter Linearantrieb vorsehbar
ist, der eine hohe Querkraftstabilität aufwiest. Außerdem tritt
nur der Kolben nach außen
heraus. Der Gewindebereich und die Mutter sind im Inneren des Motors
anordenbar. Somit ist der Kolben ohne großen aufwand mit einer Dichtung
gegen das Führungsteil
abdichtbar. Denn der Kolben ist mit einer glatten Außenfläche ausstattbar. Der
Hub des Kolbens ist groß gegen
den Durchmesser der Spindel ausführbar.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Statorgehäuse mit
dem Führungsteil
verbunden oder ist einstückig
mit diesem ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Schutzart
und Dichtigkeit ohne großen
Aufwand erreichbar ist. Insbesondere ist ein Einsatz im Nahrungsmittelindustriebereich
oder in der pharmazeutischen Industrie ermöglicht.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verdrehsicherung mit dem
Führungsteil
oder dem Statorgehäuse
zumindest indirekt über
weitere Teile verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die Verdrehsicherung
außerhalb
oder innerhalb des Motors vorsehbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Mutter mit Kolben über ein
weiteres, im Führungsteil vorgesehenes
Innen-Linearkugellager gelagert, das am Führungsteil festgelegt ist.
Von Vorteil ist dabei, dass zwei Lager in axialem Abstand verwendet
sind und somit eine große
Querkraftstabilität
erreichbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kolben zumindest in einem
axialen Bereich an seinem äußeren Umfang
glatt, rund und/oder zylindrisch ausgeführt. Von Vorteil ist dabei,
dass er ohne großen
Aufwand gegen das Führungsteil
abdichtbar ist mit einer Dichtung.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der axiale Bereich des Kolbens
aus dem Innen-Linearkugellager
axial in die Umgebung des Motors herausfahrbar angeordnet. Von Vorteil
ist dabei, dass keine Verschmutzung sich in Vertiefungen absetzen
kann, der Verschleiß gering
ist, die Dichtung ohne großen Aufwand
erreichbar ist und der Gewindebereich im Inneren des Motors geschützt anordenbar
ist.
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Alternativ
ist das Linearlager, umfassend Wälzkörper, derart
vorsehbar, dass die Wälzkörper in einem
Träger
vorgesehen sind,
wobei der Träger mindestens eine sich in
axialer Richtung erstreckende erste und zweite Ausnehmung umfasst,
wobei
die erste Ausnehmung an der Innenfläche des Trägers derart in radialer Richtung
zur Umgebung offen ist, dass Wälzkörper aus
dem Träger
zumindest teilweise heraus ragen,
wobei die zweite Ausnehmung
an der Außenfläche des
Trägers
derart in radialer Richtung zur Umgebung offen ist, dass Wälzkörper aus
dem Träger
zumindest teilweise heraus ragen
wobei der ersten und zweiten
Ausnehmung eine jeweilige benachbarte Ausnehmung beigeordnet ist.
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Von
Vorteil ist dabei, dass das aus dem Träger bildbare Lager sowohl ein
Linearinnenlager als auch ein Linearaußenlager darstellt und somit
nur sehr wenige Teile notwendig sind.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste und zweite Ausnehmung
eine angeschnittene Bohrung und die benachbarten Ausnehmungen nicht
angeschnittene Bohrungen. Von Vorteil ist dabei, dass Umlenkungen
am axialen Endbereich vorsehbar sind und die Wälzkörper somit von der Bohrung
in die benachbarte Ausnehmung gelangen können und umgekehrt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste und zweite Ausnehmung
eine angeschnittene Bohrung jeweils, wobei der Mittelpunkt der jeweiligen benachbarten
Bohrung soweit radial gegenüber
dem Mittelpunkt der ersten verschoben ist, dass keine Berührung zwischen
den in der benachbarten Ausnehmung vorgesehenen Wälzkörpern und
dem jeweiligen Teil, das mit den Wälzkörpern der ersten und zweiten
Ausnehmung jeweils in Berührung
steht, stattfindet. Von Vorteil ist dabei, dass die Reibung vermindert
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an den axialen Enden der ersten
und zweiten Ausnehmung eine Umlenkung für die Wälzkörper vorgesehen, insbesondere
so dass die Wälzkörper von
der ersten oder zweiten in die jeweils benachbarte Ausnehmung gelangen
können
und umgekehrt. Von Vorteil ist dabei, dass ein Umlauf der Kugeln
ausführbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen erste und zweite sowie
die benachbarten Ausnehmungen in Umfangsrichtung einen Winkelversatz
jeweils zueinander auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Träger dünnwandig
gestaltbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand zwischen erster
und der zugeordneten benachbarten Ausnehmung geringer als der Durchmesser
eines Wälzkörpers und
der Abstand zwischen zweiter und der zugeordneten benachbarten Ausnehmung
ist geringer als der Durchmesser eines Wälzkörpers.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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- 1
- Welle
- 2
- Kugel
- 3
- Träger
- 5
- Umlenkung
- 20
- Träger
- 21
- Hohlwelle
- 30
- Träger
- 31
- Bohrung,
außen,
angeschnitten
- 32
- Bohrung,
nicht angeschnitten
- 41
- Kolben
- 42
- Innen-Linearkugellager
mit nach innen herausstehenden Kugeln
- 43
- Hohlwelle
als Führungsteil
- 44
- Außen-Linearkugellager
- 45
- Spindelteil
des Rotors
- 46
- Spindelmutter
mit Innengewinde
- 47
- Rotor
- 48
- Gewindebereich
der Spindel
- 51
- Ring
- 52
- Träger
- 61
- Ring
- 62
- Hohlwelle
- 63
- Träger
- 71
- Bohrung,
nicht angeschnitten
- 72
- Bohrung,
innen angeschnitten
- 73
- Träger
- 74
- Kugel
als Wälzkörper
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Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert: In der 1 ist
ein erfindungsgemäßes Innen-Linearkugellager
mit nach innen herausstehenden Kugeln 2 gezeigt. Dabei
weist der Träger 3 am
Umfang vier Paare von jeweils zwei eng benachbarten Bohrungen auf.
In diese Bohrungen sind die Kugeln 2 eingefüllt. Am
Ende der Bohrungen sind Umlenkungen 5 vorgesehen. Die radial weiter
innen gelegene der Bohrungen ist angeschnitten ausgeführt. Somit
stehen die Kugeln 2 dort nach innen heraus zur Lagerung
der Welle 1.
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Die
Welle 1 ist also im Träger 3 bei
axialen Relativbewegungen gelagert, insbesondere mit Wälzkörpern. Auch
relative Drehbewegungen sind ausführbar, wobei dann allerdings
ein höherer
Verschleiß der
Wälzkörper auftreten
könnte.
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In
der 2 ist ein erfindungsgemäßes Außen-Linearkugellager mit nach außen herausstehenden Kugeln 2 gezeigt.
Dabei weist der Träger 20 am Umfang
vier Paare von jeweils zwei eng benachbarten Bohrungen auf. In diese
Bohrungen sind die Kugeln 2 eingefüllt. Am Ende der Bohrungen
sind Umlenkungen 5 vorgesehen. Die radial weiter außen gelegene
der Bohrungen ist angeschnitten ausgeführt. Somit stehen die Kugeln 2 dort
nach außen
heraus zur Lagerung der Hohlwelle 21.
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In
der 3 ist der Träger 30 eines
weiteren erfindungsgemäßen Außen-Linearkugellagers
gezeigt, das analog zur 2 aufgebaut ist. Allerdings ist
die radial weiter außen
liegende Bohrung 31 angeschnitten ausgeführt und
in ihrer Winkelstellung am Umfang versetzt vorgesehen zur nichtangeschnittenen
Bohrung 32. Somit ist der Träger dünnwandig ausführbar.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist zwischen den Kugeln jeweils nicht Luft sondern ein Pufferelement
vorgesehen, wie beispielsweise ein Keramikteil, ein Kunststoffteil,
ein Aluminium-, Aluminiumslegierungs- oder ein Kupferlegierungsteil.
Das Material kann auch ein anderes Metall oder Nichtmetall sein,
wobei allerdings die Reibung zum Wälzkörper hin und der Verschleiß vorzugsweise
gering bleiben muss.
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Statt
vier Paaren am Umfang sind auch drei, fünf oder mehr Paare vorsehbar.
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In
der 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt, die
einen Gewindetrieb umfasst. Dabei ist als Vorrichtung beispielhaft
ein Elektromotor verbunden, der einen Rotor 47 und einen
diesen umgebenden Stator aufweist, der in 4 allerdings nicht
gezeigt ist. Der Rotor ist einstückig
oder mehrstückig
ausgeführt
und weist einen Spindelteil 45 auf, die einen Außen-Gewindebereich 48 umfasst,
der mit dem Innengewinde einer Mutter 46, insbesondere Spindelmutter,
im Eingriff steht. Diese Mutter 46 ist mittels des Außen-Linearkugellagers 44 in
einer Hohlwelle gelagert, wobei die herausstehenden Kugeln 2 des
Lagers die Innenwand des Führungsteils, also
hier der Hohlwelle berühren.
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Die
Mutter 46 ist mit dem Kolben 41 verbunden oder
einstückig
ausgeführt.
Zwischen Kolben und Führungsteil,
also Hohlwelle 43, ist ein Innen-Linearkugellager angeordnet,
bei dem die Kugeln 2 an der Innenseite herausstehen und
auf dem Kolben in Berührung
stehen und herausrollen. Dabei ist das Lager 42 unbeweglich,
insbesondere axial unbeweglich, in der Hohlwelle 43 angeordnet.
Hierzu sind vorteiligerweise Sicherungsringe in der Hohlwelle 43 vorgesehen.
Statt der Sicherungsringe sind auch andere Feststellelemente oder
eine reibschlüssig
feste Verbindung vorsehbar.
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Das
Außen-Linearkugellager 44 ist
unbewegbar an der Mutter 46 mit dem Kolben 41 verbunden.
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Durch
den großen
axialen Abstand zwischen den Lagern 42 und 44 ist
eine große
Stabilität
gegen Querkräfte
bewirkt, die auf den Kolben 41 wirken, insbesondere auf
dessen axialen Endes.
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Vorteiligerweise
tritt nur ein Kolben 41 aus dem Inneren der Vorrichtung
heraus, der am äußeren Umfang
glatt ausführbar
ist und kein Gewinde umfasst.
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Am
Kolben 41 ist eine Verdrehsicherung vorzusehen. Diese ist
in der 4 nicht gezeigt.
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Das
Lager 42 ist beispielhaft analog nach 1 ausführbar oder
erfindungsgemäß nach 5.
Das Lager 44 ist beispielhaft analog nach 2 oder
entsprechend modifiziert nach 3 ausführbar.
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In 5 ist
ein Innen-Linearkugellager gezeigt, wobei der Ring 51 am äußeren Umfang
vorgesehen ist. Der Träger 52 weist
zwei Bohrungen auf, wobei sowohl die radial weiter außen als
auch die radial weiter innen liegende Bohrung angeschnitten ausgeführt ist.
Mittels des Rings 51 ist das Lager als Innen-Linearkungellager
verwendbar, wobei die am Inneren herausstehenden Kugeln 2 des
Lagers zur Lagerung der Welle 1 vorgesehen sind.
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In 6 ist
ein Außen-Linearkugellager
gezeigt, das sich vom Lager der 5 darin
unterschiedet, dass der Ring 51 weggelassen wird und ein
Ring 61 an der Innenseite des Lagers vorgesehen wird.
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Die
Lager nach 5 und 6 unterscheiden
sich also durch Anbringen des äußeren Rings 51 und
Weglassens des inneren Rings 61 oder umgekehrt durch Anbringen
des inneren Rings 61 und Weglassens des äußeren Rings 51.
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In 6 ist
noch die Welle 1 gezeigt, auf der der innere ring 61 verbunden
ist und die Hohlwelle 62, in welcher das Lager geführt ist.
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5 und 6 zeigen
in Zusammenschau, dass das Lager derart zusammensetzbar ist, dass sowohl
ein Innen- als auch ein Außen-Linearkugellager
vorsehbar ist, wobei nur der entsprechende Ring vorzusehen ist.
Somit können
zwei verschiedene Lager unter Verwendung von nur geringer Teilezahl
hergestellt werden.
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Bei
der Vorrichtung nach 4 ist somit als Lager 41 ein
Lager nach 5 einsetzbar und als Lager 44 ein
Lager nach 6 einsetzbar.
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In 7 ist
eine erfindungsgemäße Alternative
angedeutet, wobei der Träger 73 eine
innen angeschnittene Bohrung 72 und eine benachbarte, nichtangeschnittene
Bohrung 71 aufweist. Außerdem weist der Träger 73 auch
eine außen
angeschnittene Bohrung 31 und eine benachbarte, nichtangeschnittene
Bohrung 32 auf. Somit sind Kugeln 74 als Wälzkörper derart
vorsehbar, dass aus dem Träger 73 ein Lager
bildbar ist, an dem eine Welle im Inneren und eine Hohlwelle am äußeren lagerbar
ist. Welle und Hohlwelle sind beide jeweils relativ und unabhängig voneinander
beweglich zum Träger,
insbesondere linear. Am Umfang des Trägers sind mehrere solcher Bohrungen
vorgesehen.