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Die Erfindung betrifft einen Linearlagerkäfig, umfassend einen entlang einer Achse hohlzylindrisch ausgebildeten Grundkörper, wobei in den axialen Endbereichen des Grundkörpers Abschlussstücke zur Ausbildung von Wälzkörperumlaufbereichen angeordnet sind, wobei über den Umfang des Grundkörpers eine Anzahl sich in Richtung der Achse erstreckende Ausnehmungen angeordnet sind, in die Laufbahnen für Wälzkörper eingesetzt sind.
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Linearlagerkäfige der gattungsgemäßen Art sind hinlänglich bekannt. Die hohlzylindrischen Bauteile sind ausgebildet, mit um den Umfang herum verteilt angeordneten Kugelumlaufelementen versehen zu werden, um auf einem Wellenteil translatorisch verschieblich zu sein.
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Dabei sind hohlzylindrisch geschlossene Varianten von Linearlagerkäfigen bekannt, die das Wellenteil über den gesamten Umfang umgreifen. Ferner sind auch offene Varianten gebräuchlich, die an einer Umfangsstelle einen in Achsrichtung verlaufenden Schlitz aufweisen, d. h. nicht den gesamten Umfang des Wellenelements umgreifen.
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Ferner unterscheiden sich Linearlagerkäfige der gattungsgemäßen Art wesentlich dadurch, dass es sich einmal um „steife“ und einmal um „winkeleinstellbare“ Käfige handeln kann. Bei der steifen Ausführungsform werden die Laufbahnen (d. h. die Anlaufteile aus Stahl, die auf der radial nach innen gerichteten Seite mit einer Laufbahn für die Kugeln versehen sind und die sich auf der radial nach außen gerichteten Seite an einem Anbauteil, d. h. einem Gehäuse, abstützen) im radial außenliegenden Bereich flächig abgestützt. Sie bieten demgemäß eine hohe Tragfähigkeit, können allerdings nicht bei Winkelabweichungen ausweichen und sich anpassen. Dem gegenüber ist bei der winkeleinstellbaren Version vorgesehen, dass die Laufbahnen auf der radial außenliegenden Seite nach Art einer Wippe am Anbauteil anliegen, weshalb es hier möglich ist, dass Winkelabweichungen zwischen Wellenteil und Anbauteil ausgeglichen werden können (die Kippwinkel liegen dabei zumeist in der Größenordnung von 30 Winkelminuten); die Laufbahnen werden in diesem Falle durch einen sich radial nach außen erstreckenden Vorsprung also auf ihrer Rückenseite nur in der Mitte unterstützt, so dass sie im Betrieb um einen bestimmten Winkel (Einstellungswinkel) „pendeln“ können.
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Für besonders schwere Lasten sind auch zusätzlich sogenannte „Heavy-Varianten“ mit einer erhöhten Anzahl an Laufbahnen bekannt. Hiermit können höhere Tragzahlen erreicht werden.
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Für die winkeleinstellbaren Lagertypen wird ein separater, d. h. ein eigens vorgesehener Käfiggrundkörper verwendet. Die Herstellung der Winkel-Einstellbarkeit, d. h. der Fähigkeit zum „Pendeln“, kann erfolgen, indem Laufbahnen mit balliger äußerer Seite eingesetzt werden; d. h. die nach außen gerichtete Oberfläche der Laufbahnschienen ist im Radialschnitt ballig ausgebildet.
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Bekannt ist es auch, das soweit fertig montierte Linearlager mittig mit einem Metallring einzufassen und somit im Mittenbereich radial zu vergrößern. Im eingebauten Zustand kann dann das Linearlager in der erläuterten Weise „pendeln“. Allerdings ist hiermit die Laufbahndicke über die gesamte Längenerstreckung reduziert.
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Es werden, wie oben bereits erwähnt, oft auch Laufbahnen eingesetzt, die im axialen Mittenbereich an der radial äußeren Seite eine Erhebung bzw. Aufwölbung aufweisen, um so den „Pendeleffekt“ zu ermöglichen.
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Es ist in jedem der genannten Fälle die Aufgabe des Käfigs, die Laufbahnen (d. h. die Laufbahnschienen) zu halten und den Kugelumlauf über den Vor- und Rücklauf zu gewährleisten. Dies gilt für alle genannten Lagertypen, d. h. für die „steife“ und für die „winkeleinstellbare“ Variante, ebenso für die offene oder offene (geschlitzte) Bauweise.
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Durch die äußere Form des Käfigs wird das genannte „Pendeln“, d. h. die Winkeleinstellbarkeit, ermöglicht. Wie erläutert, kommen hierfür speziell gefertigte Käfiggrundkörper zum Einsatz, genauso wie für die „steife“ Ausgestaltung. In dem letztgenannten Falle entspricht der Außendurchmesser des Käfigs der Bohrung des Gehäuses. Im Falle der winkeleinstellbaren Käfige ist der Außendurchmesser indes etwas kleiner, um die Winkeleinstellung zu ermöglichen.
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Ein montagetechnischer Effekt, der zu beachten ist, ist folgender: Das Linearlager (insbesondere im Falle von an der Außenseite geraden Laufbahnen) wird in der Regel im Anbauteil, d. h. zumeist im Gehäuse, durch Schrauben oder Schmiernippel gesichert. Im Falle dessen, dass das Gehäuse im Außendurchmesser durchgehend kleiner ist, gibt es keinen Selbsthalteeffekt des Linearlagerkäfigs im Gehäuse; eine Selbsthaltekraft im Gehäuse wird erst bei eingesteckter Welle erreicht. Hat die Laufbahn die genannte Erhebung im radial äußeren Bereich, die das „Pendeln“ ermöglichen soll, ist der Selbsthalteeffekt indes gegeben, d. h. der Linearlagerkäfig hält nach der Montage auch ohne weitere Maßnahmen seine axiale Position im Gehäuse.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Linearlagerkäfig der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass ein universaler Käfig vorliegt, der wahlweise einmal zur steifen Lagerung eines Bauteils und einmal zur winkeleinstellbaren Lagerung des Bauteils geeignet ist. Ferner soll der genannte Selbsthalteeffekt gegeben sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper eine zylindrische Außenfläche mit einem Grundradius aufweist, die in einem axialen Mittenbereich einen Abschnitt mit vergrößertem Radius aufweist.
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Der Abschnitt mit vergrößertem Radius weist dabei bevorzugt eine zylindrische Außenfläche auf. Er ist bevorzugt zentrisch zwischen den axialen Enden des Grundkörpers angeordnet.
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Die axiale Erstreckung des Abschnitts mit vergrößertem Radius beträgt bevorzugt zwischen 8 % und 20 % der axialen Erstreckung des Grundkörpers.
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Der vergrößerte Radius beträgt bevorzugt zwischen 100,5 % und 105 % des Grundradius.
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Die Laufbahnen können eine Außenfläche aufweisen, die konstant auf einem Radius liegt, insbesondere auf dem größeren Radius. Diese Ausführungsform ist dann für eine „steife“ Lagerung vorgesehen. Allerdings ist es auch möglich, dass die Laufbahnen eine Außenfläche aufweisen, die der Form des Grundkörpers entspricht, also mit der zylindrischen Außenfläche mit dem Grundradius und dem vergrößerten Radius im Mittenbereich; diese Ausführungsform ist dann für eine winkeleinstellbare Lösung vorgesehen.
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Der Grundkörper ist bevorzugt als einteiliges Kunststoff-Spritzgießteil ausgeführt. Dabei ist insbesondere der Abschnitt mit vergrößertem Radius einstückig mit dem weiteren Grundkörper ausgeformt.
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Die Wälzkörper sind zumeist Kugeln.
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Der Linearlagerkäfig kann auch an einer Umfangsstelle einen sich in Richtung der Achse erstreckenden Schlitz aufweisen.
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Somit wird es möglich, ein und denselben Linearlagerkäfig durch entsprechende Wahl der Laufbahnschienen und durch Einbau der besagten Laufbahnschienen in den Käfig sowohl „steife“, d. h. nicht winkelanpassbare, als auch „winkeleinstellbare“ Käfige zu realisieren. Bei vorbekannten Lösungen wurde stets auf individuelle Käfiggrundkörper zurückgegriffen, je nachdem, ob die „steife“ oder „winkeleinstellbare“ Variante benötigt wurde.
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Während bislang also für jede Baugröße zwei unterschiedliche Käfiggrundkörper benötigt wurden und vorgehalten werden mussten, wird es durch die erfindungsgemäße Lösung möglich, ausgehend von einem einzigen Käfiggrundkörper pro Baugröße die beider verschiedenen Lösungen zu realisieren.
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Erfindungsgemäß wurde also die äußere Form des Käfig-Grundkörpers wie genannt angepasst, und zwar an die Geometrie der Laufbahnen.
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Da erfindungsgemäß die Außenform des Käfigs und namentlich des Käfiggrundkörpers der Rückenform der winkeleinstellbarer Laufbahnplatte angepasst ist, kann in vorteilhafter Weise der gleiche Käfig-Grundkörper sowohl für steife als auch für winkeleinstellbare Varianten verwendet werden.
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Die Aufwölbung des Käfig-Grundkörpers in der axialen Mitte stellt eine Selbsthaltekraft des Linearlagerkäfigs im Gehäuse in einfacher Weise sicher. Durch nur geringe Werkzeugkorrekturen des Spritzgießwerkzeugs, mit dem der Käfig hergestellt wird, kann bei Bedarf eine Anpassung des genannten Effekts erreicht werden.
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Die Haltekraft, die den Linearlagerkäfig im Gehäuse sichert, ist also unabhängig davon gegeben, ob eine steife oder winkeleinstellbare Variante vorliegt.
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Eine Verformung des Käfigs im Mittenbereich durch ein geringfügiges Durchmesser-Übermaß für die Erzeugung der Selbsthaltekraft im Gehäuse hat keinen negativen Einfluss auf die Kugelkanäle, vor allem auf die Umlenkzonen, die fertigungstechnisch relativ anspruchsvoll sind.
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Demgemäß lassen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung wie folgt zusammenfassen:
Es ist nur ein einziger Käfig-Grundkörper (pro Größe) nötig, um einerseits steife und andererseits winkeleinstellbare Linearlagervarianten zu realisieren.
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Es ist somit eine Kostenersparnis gegeben, da nur ein Kunststoff-Spritzgießwerkzeug für den Käfiggrundkörper einer Größe benötigt wird. Es sind auch weniger weitere Komponenten (z. B. Schlussringe) nötig, was den logistischen Aufwand reduziert und die Lagerungskosten vermindert.
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Es ist auch ein Konstruktionsvorteil gegeben, da nur ein (Kunststoff)Käfig pro Größe vorgesehen werden muss (gleiche Schlussringe für beide Varianten, somit weniger Aufwand bei der Anpassung der Einzelkomponenten).
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Die Selbsthaltekraft im Gehäuse kann leicht erzeugt werden und diese bleibt für beide Varianten gleich. Es sind auch keine negativen Auswirkungen auf die Lagerfunktion zu befürchten.
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Es kann die gleiche Außenform des Käfigs für die offene und geschlossene Käfigvariante verwendet werden, ebenso auch im Falle der „heavy“-Linearlager.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch in der Seitenansicht einen Linearlagerkäfig, wobei in der oberen Bildhälfte eine Ausführung als steifes Lager und in der unteren Bildhälfte eine Ausführung als winkeleinstellbares Lager dargestellt ist,
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2 in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Linearlager, wobei eine Ausführung als steifes Lager vorgesehen ist und
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3 in perspektivischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Linearlager, wobei eine Ausführung als winkeleinstellbares Lager vorgesehen ist.
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In 1 ist in der Seitenansicht ein Linearlagerkä1 skizziert, in dessen Inneren eine Anzahl Kugeln 7 (s. 2 und 3) im Umlauf geführt werden, um ein radial außen angeordnetes (nicht dargestelltes) Gehäuse gegen eine radial innen liegende (nicht dargestellte) Welle linearverschieblich zu lagern. Derartige Linearlager sind im Stand der Technik bekannt. Der Linearlagerkäfig 1 umfasst einen Grundkörper 2, der sich in Richtung einer Achse a hohlzylindrisch erstreckt, der aus einem Kunststoff-Spritzgießteil besteht; ferner sind axial endseitig angeordnete Abschlussstücke 3 und 4 vorhanden, die Teile einer Kugelumlaufführung bilden.
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Um den Umfang des Grundkörpers 2 herum sind eine Anzahl Ausnehmungen 5 (s. 2 und 3) in den Grundkörper 2 eingeformt, wobei in jeder vorliegend rechteckförmigen Ausnehmung 5 eine Laufbahn 6 (Laufbahnplatte) eingesetzt ist. Auch insoweit stellt die Bauform eine bekannte Linearlagerkäfig-Konstruktion dar.
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Wesentlich ist nunmehr indes, dass der Grundkörper 2 eine zylindrische Außenfläche 8 mit einem Grundradius r aufweist, die in einem axialen Mittenbereich M einen Abschnitt 9 mit vergrößertem Radius R aufweist. Es sei angemerkt, dass in 1 die radiale Überhöhung des mit vergrößertem Radius versehenen Mittenbereichs M stark übertrieben dargestellt ist.
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Der Abschnitt 9 mit vergrößertem Radius verläuft über eine axiale Erstreckung b, die etwa 10 bis 15 % der axialen Erstreckung c des Grundkörpers 2 ausmacht.
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In 1 ist zu sehen, dass in der oberen Bildhälfte eine Laufbahn 6 (dargestellt mit gestrichelten Linien) in die Ausnehmungen 5 eingesetzt wurde, die an der radial außenliegenden Seite eben bzw. zylindrisch ausgebildet ist (d. h. die Oberfläche liegt auf einem Radius) und somit nach dem Einbau in ein Gehäuse eine steife Anordnung des Linearlagerkäfigs 1 bilden. Diese Lösung ist in 2 skizziert.
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In 1 ist aber auch zu sehen, dass in der unteren Bildhälfte eine Laufbahn 6 (dargestellt mit gestrichelten Linien) in die Ausnehmungen 5 eingesetzt wurde, die an der radial außenliegenden Seite nicht durchgängig eben bzw. zylindrisch ausgebildet ist, sondern dem Verlauf der Außenfläche des Grundkörpers 2 folgt. Somit ist die Außenfläche 10 der Laufbahn 6 zwar in ihren seitlichen Bereichen zylindrisch, im Mittenbereich M folgt die Außenfläche 10 indes der radialen Vergrößerung des Grundkörpers. Somit ist der Linearlagerkäfig 1 mit den in der unteren Bildhälfte zu sehenden Laufbahnen 6 für eine winkelanpassbare Gestaltung des Käfigs 1 ausgebildet (also zum „Pendeln“). Eine solche Lösung ist in 3 skizziert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Linearlagerkäfig
- 2
- Grundkörper
- 3
- Abschlussstück
- 4
- Abschlussstück
- 5
- Ausnehmung
- 6
- Laufbahn
- 7
- Wälzkörper (Kugel)
- 8
- zylindrische Außenfläche
- 9
- Abschnitt mit vergrößertem Radius
- 10
- Außenfläche der Laufbahn
- r
- Grundradius
- R
- vergrößerter Radius
- M
- Mittenbereich
- a
- Achse
- b
- axiale Erstreckung des Abschnitts mit vergrößertem Radius
- c
- axiale Erstreckung des Grundkörpers
