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Die Erfindung betrifft eine -Lagerbuchse für eine Welle mit axialer
Bewegung mittels auf der Welle abrollender und mit der Welle umlaufender Kugeln,
bei der konvex gekrümmte Teile vorspringende Teile mit geringer Neigung nach den
Enden einer äußeren Hülse hin an mindestens drei Stellen des Umfangs der Innenfläche
der äußeren Hülse haben und axial verlaufende Führungsrillen mit axial verlaufenden
Langlöchern für an der Welle und den konvex gekrümmten Teilen der Innenfläche der
äußeren Hülse abrollenden Kugeln an der Außenfläche einer inneren Hülse versehen
sind, die der Innenfläche der äußeren Hülse angcpaßt ist, wobei die äußere und die
innere Hülse gegen eine axiale Relativbewegung zueinander durch Begrenzungsringe
an beiden Enden der äußeren Hülse gesichert sind.
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Mit einer solchen Lagerbuchse ist es möglich, eine hohe Maschinenleistung
über eine lange Zeitdauer aufrechtzuerhalten, weil die gleitende Reibung zwischen
Lagerbuchse und Welle in eine rollende Reibung umgewandelt wird und weil wegen der
verringerten Reibung der Verschleiß geringer ist. Außerdem werden durch die Spielarmut
oder vielfach Spiellosigkeit zwischen Buchse und Welle eine hohe Präzision und Leistungsfähigkeit
sowie eine erhöhte Belastungsdauer der Maschine erreicht.
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Es ist eine mittels Kugeln auf einer Welle axial beweglich gelagerte
Buchse bekannt, in deren Außenring ein Kugelkäfig fest eingepreßt ist. An der Innenfläche
des Außenringes sind drei axial verlaufende, radial nach innen vorspringende Teile
vorgesehen, mit deren Hilfe die Kugeln wiederholt in axialer Richtung umlaufen können.
Dabei berühren sie durch Schlitze in dem Kugelkäfig hindurch einerseits die Innenfläche
des Außenringes und andererseits die Außenfläche der Welle. Der Kugelkäfig ist mit
axial verlaufenden Führungsrillen für den Umlauf der Kugeln versehen. Um den Kugelkäfig
in dem Außenring zu befestigen, wird der Kugelkäfig in den Außenring eingepreßt.
Bei einer solchen Buchse ist es schwierig, eine große Genauigkeit zu erzielen und
die Führungsrillen in dem Kugelkäfig genau auszuführen, weil eine gewisse Verformung
durch innere Restspannungen auftritt, die durch den Preßvorgang hervorgerufen worden
sind. Bei einer bekannten Kugel-Längslagerbuchse ist es nicht möglich, eine starre
Einheit aus dem Außenring und dem Kugelkäfig herzustellen, so daß es häufig vorkommt,
daß sich die Teile bei starker Belastung voneinander lösen und beschädigt werden.
Außerdem werden die Enden des zylindrischen Außenringes verformt, wenn er auf den
Kugelkäfig aufgepreßt wird. Es ist nicht selten unmöglich, eine solche Längslagerbuchse
für eine Präzisionsmaschine zu verwenden, die eine große Genauigkeit verlangt, weil
die Maßgenauigkeit des Außenringes nach dem Zusammenbau schlecht ist.
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Bei einer anderen bekannten, auf einer Welle mittels Kugeln axial
verschiebbar gelagerten Buchse sind die vor- und rückspringenden Teile an der Innenfläche
des Außenringes für den Umlauf der Kugeln durch spanabhebende Bearbeitung der Innenfläche
des Außenringes zu einem regelmäßigen Sechseck gebildet. Durch die spanabhebende
Verformung treten keine Restspannungen auf, jedoch sind die rückspringenden Rillen
im Querschnitt winkelförmig ausgebildet. Die Maßgenauigkeit des Außendurchmessers
wird durch Schleifen nach dem Härten erreicht. Der Kugelkäfig wird in den Außenring
eingepaßt, wobei er für die Kugeln eingefräste, axial verlaufende längliche Führungsrillen
aufweist. Der Kugelkäfig und der Außenring werden nicht durch Preßvorgänge hergestellt,
sondern durch spanabhebende Bearbeitung, so daß die erforderliche Maßgenauigkeit
gewährleistet ist. Es ist jedoch unvermeidlich, daß die Herstellungskosten im Vergleich
zu anderen bekannten Längslagerbuchsen ansteigen. Besonders die länglichen Führungsrillen
an der Außenfläche des Kugelkäfigs sind in Richtung des Umfangs ungleich tief, so
daß sie nur mit einem großen Zeitaufwand und unter großen Schwierigkeiten mit großer
Genauigkeit gefräst werden können. Die Maßgenauigkeit des Außenringes und des Kugelkäfigs
kann jedoch nicht beibehalten werden, wenn der Kugelkäfig in den Außenring eingeschrumpft
wird, um die Teile zu einer starren Einheit miteinander zu verbinden. Außerdem ist
es auf diese Weise schwierig, die beiden ringförmigen Teile mit großer Genauigkeit
zu einer starren Einheit miteinander zu verbinden und eine einwandfreie Lagerbuchse
mit großer Leistungsfähigkeit und Lebensdauer bei hohen Belastungen zu schaffen.
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Es ist auch schon eine auf Kugeln gelagerte Längslagerbuchse bekannt,
deren Kugelkäfig verhältnismäßig starr ausgebildet ist. Ihr Außenring besteht jedoch
aus einer dünnwandigen Hülse, die an einem Ende rechtwinklig nach innen umgebogen
ist. Auch bei dieser Lagerbuchse wird die Außenhülse auf den Kugelkäfig aufgepreßt,
wobei es schwierig ist, eine große Genauigkeit zu erzielen. Es bleiben nämlich durch
innere Restspannungen gewisse Verformungen erhalten, die durch den Preßvorgang hervorgerufen
werden. Bei starken Belastungen kann es vorkommen, daß sich Kugelkäfig und Außenhülse
voneinander lösen und relativ zueinander verschieben, so daß sie beschädigt werden.
Eine solche Längslagerbuchse ist als Teil einer Präzisionsmaschine ebenfalls unbrauchbar,
weil sie die dafür erforderliche große Genauigkeit nicht hat.
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Weiterhin ist ein längsbewegliches Kugellager bekannt, dessen Außenring
mit Öffnungen aufweisenden Endscheiben oder Kappen versehen ist, damit der Kugelkäfig
sich nicht innerhalb des Außenringes verschieben kann. Diese Ringe sind jedoch in
sich starr und in den Außenring eingepreßt oder eingeschrumpft, so daß auch hier
in dem Außenring Spannungen auftreten, die den Außenring verformen und die Maßhaltigkeit
der Lagerbuchse verringern.
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Bekannt ist außerdem ein Kugellager für geradlinige Bewegung, dessen
Hülse mit mehreren radial nach innen vorspringenden Längsrippen versehen ist, die
als Laufbahnen für Kugeln ausgebildet sind. über die Innenfläche des Gehäuses verteilt
sind mehrere Kugelkäfige, die je ein Langloch und eine Rücklaufrille aufweisen,
die durch zwei gekrümmte Rillenteile miteinander verbunden sind. Jeder Kugelkäfig
ist mit Kugeln gefüllt. Die Langlöcher liegen den Laufbahnen der Hülse gegenüber.
Die Längsrippen weichen an jedem Ende der Langlöcher radial zurück. Die Kugelkäfige
sind symmetrisch über die Innenfläche der Hülse verteilt angeordnet und überlappen
sich an ihren aneinandergrenzenden Rändern. Damit sich die Kugelkäfige in Umfangsrichtung
nicht verschieben können, greifen sie mit radial abstehenden Zungen an ihren Enden
in entsprechende Ausnehmungen in der Hülse. Die Kugelkäfige werden an beiden Hülsenenden
mittels Sprengringe in der Hülse
gehalten. Bei diesem bekannten
Kugellager müssen die Kugelkäfige den nach innen vorspringenden Längsrippen angepaßt
werden. Es ist jedoch schwierig, die aus einem dünnen Blech bestehenden Kugelkäfige
bei hoher Leistung mit geringen Kosten herzustellen. Werden nämlich die Führungsrillen
für die Kugeln der Kugelkäfige durch Kaltverformen hergestellt, reicht die Dehnbarkeit
des dünnwandigen Käfigbleches meist nicht aus, um die Führungsrillen ausreichend
formgenau zu machen. Dadurch leidet der Umlauf der Kugeln beim Bewegen des Kugellagers
in Längsrichtung der Welle. Wird der dünnwandige Kugelkäfig tiefgezogen, muß er
anschließend geglüht und dann im Einsatz gehärtet und abgeschreckt werden. Das sind
zahlreiche kostensteigernde Arbeitsgänge. Besonders bei kleinen Lagerbuchsen mit
Bohrungen unter 10 mm Durchmesser ist die Anfertigung der notwendigen Werkzeuge
für die axial gerichteten Langlöcher und die Erzielung ausreichender Festigkeit
für den Käfigwerkstoff schwierig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile und Mängel
der bekannten Lagerbuchsen zu vermeiden und mit geringen Herstellungskosten eine
Buchse großer Leistungsfähigkeit zu schaffen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß die konvex gekrümmten Teile und die konkav gekrümmten Teile
der äußeren Hülse den konkav gekrümmten Teilen und den konvex gekrümmten Teilen
an der Außenfläche der inneren Hülse in axialer Richtung gesehen entsprechend ausgebildet
sind und daß die axial verlaufenden Führungsrillen für die Kugeln an der Außenfläche
der inneren Hülse angeordnet sind, wobei der Raum, in dem die Kugeln zwischen der
Welle und den konvex gekrümmten Teilen der Innenfläche der äußeren Hülse in axialer
Richtung abrollen, in den konkav gekrümmten Teilen mit den Langlöchern angeordnet
ist und wobei der Raum, in dem die Kugeln in axialer Richtung umlaufen, auf den
konvex gekrümmten Teilen angeordnet ist, wobei die Kugeln mit geringem Spiel zu
den konkav gekrümmten Teilen der Innenfläche der äußeren Hülse abrollbar sind und
wobei die äußere Hülse und die innere Hülse mit den Kugeln in den Führungsrillen
in der Form einander angepaßt sind.
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Dadurch ergibt sich ein einfacher und wirtschaftlicher Aufbau. Die
Innenhülse und die Außenhülse werden lediglich durch Ineinanderschieben unverdrehbar
zueinander festgehalten. Gegen axiales Verschieben können Schrauben in die Oberfläche
von Innen- und Außenhülse eingesetzt werden. Dazu können Federringe oder Tellerfedern
oder Ringe mit Schrauben an der Innenfläche vorgesehen werden. Da die Innenhülse
gemäß der Erfindung als dickwandiger Zylinder ausgebildet ist, braucht sie bei der
Befestigung nicht wie die bekannten, aus Blechen oder einem dünnwandigen Zylinder
gebildeten Innenhülsen durch Ringe verstärkt zu werden. Insbesondere erfordert die
Formgebung keinen Ausgleich und keine Sicherung der Rundheit der Innenhülse. Außerdem
kann ohne Aufschrumpfen von Ringen nur mit Hilfe sehr dünnwandiger Ringe eine starre
Einheit erreicht werden. Es wirken weder während noch nach dem Zusammenbau keinerlei
durch die Ringe erzeugte Radialkräfte auf die Buchse, so daß die Maßgenauigkeit
der Außenhülse wie bei der Montage der bekannten Lagerbuchsen nicht beeinträchtigt
wird. Ferner kann die Anzahl der Kugeln um 10 bis 20% erhöht werden, so daß die
Bewegung der Welle weitgehend stabilisiert und die Belastungsfähigkeit der Buchse
vergrößert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit der Erfindung tiefe
Führungsrillen für die Kugeln mit großer Genauigkeit erzielt werden. Die Kugeln
laufen deshalb ohne Abweichung von der Mittellinie der Rillen um. Dadurch wird ein
besonders gleichmäßiger Umlauf der Kugeln erreicht. Es ist möglich, die Wandstärke
der Innenhülse zu erhöhen, so daß die Lagerbuchse gemäß der Erfindung hohen Belastungen
ausgesetzt werden kann. Die konvex gekrümmten Teile des Kugelkäfigs berühren die
Innenfläche der Außenhülse 2 teilweise, so daß der Kugelkäfig durch äußere Kräfte
nicht beschädigt werden kann. Außerdem kann der Kugelumlauf durch Heraustreten des
Kugelkäfigs aus der Außenhülse nicht gestört werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die als Kugelkäfig
dienende innere Hülse aus Metallpulver geformt und gesintert. Dadurch ist es möglich,
den Kugelkäfig auf leichte Weise herzustellen, wobei nur auf die Preßform und die
Art der Erhöhung des Druckes geachtet werden muß.
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Vorteilhaft sind zur Lagebestimmung der in die äußere Hülse eingesetzten
inneren Hülse als Tellerfedern ausgebildete Begrenzungsringe in beiden Enden der
äußeren Hülse eingesetzt. Dadurch ist die innere Hülse nach dem Zusammenbau der
Lagerbuchse durch die Begrenzungsringe nicht nur in einer genauen Lage zur äußeren
Hülse gehalten, sondern wird außerdem durch die axial gerichtete elastische Kraft,
die durch die Begrenzungsringe erzeugt wird, spielfrei mit der äußeren Hülse zu
einer starren Einheit verbunden. Wird die innere Hülse durch die Kugeln einer axialen
Belastung ausgesetzt, werden die Begrenzungsringe nicht verformt, es sei denn, daß
eine starke axial gerichtete Kraft auf sie einwirkt, weil die Endfläche des dickwandigen
zylindrischen Kugelkäfigs leicht kegelig ausgebildet und damit der Form der Begrenzungsringe
angepaßt ist, so daß axial gerichtete Kräfte an den Umfangsteilen der leicht kegeligen
Seitenfläche konzentriert werden. Insbesondere wird die innere Hülse durch eine
übermäßige axiale Belastung durch das Umlaufen der Kugeln nicht beeinträchtigt,
so daß die innere und die äußere Hülse mittels der dünnwandigen Begrenzungsringe
zu einer vollkommenen Einheit verbunden werden können. Da die Innenhülse mittels
dünnwandiger Ringe, wie Federringe oder Tellerfedern, in der Außenhülse gehalten
wird, können die Führungsrillen 12 verlängert werden. Bei den Unteransprüchen handelt
es sich um echte Unteransprüche.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
Es zeigt F i g. 1 die Lagerbuchse in Seitenansicht, teilweise geschnitten, F i g.
2 die Lagerbuchse in Stirnansicht, teilweise geschnitten, und F i g. 3 die einzelnen
Teile der Lagerbuchse in schaubildlicher Ansicht.
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Zwischen einer äußeren Hülse 2 und einer inneren Hülse 3, die als
Kugelkäfig dient, laufen Kugeln 1. Die äußere Hülse 2 und die innere Hülse 3 werden
durch Begrenzungsringe 4 zu einer starren Einheit miteinander verbunden. Die äußere
Hülse 2 hat außen eine zylindrische Oberfläche, in der an beiden Enden der Buchse
Nuten 5 für Federringe zur Befestigung
der Buchse vorgesehen sind.
An mindestens drei Stellen des Umfangs der Innenfläche der äußeren Hülse sind axial
verlaufende konvex gekrümmte Teile 6 und konkav gekrümmte Teile 7 vorgesehen. Die
konvex gekrümmten Teile 6 haben vorspringende Teile mit geringer Neigung 8 nach
den Enden der äußeren Hülse 2 hin. Die Neigung 8 ist für das Umlaufen der Kugeln
1 notwendig. An beiden Enden der äußeren Hülse 2 sind ferner Umfangsnuten 9 für
Befestigungsringe 4 angeordnet. Die Außenfläche der inneren Hülse 3 ist mit mindestens
drei axial verlaufenden konkav gekrümmten Teilen 10, konvex gekrümmten Teilen 11
und axial verlaufenden Führungsrillen 12 für die Kugeln 1 versehen. Im Grund der
konkav gekrümmten Teile 10 sind axial verlaufende Langlöcher 14 für die Kugeln 1
vorgesehen,# die auf den konvex gekrümmten Teilen 6 der äußeren Hülse 2 und der
Welle 13 abrollen. Die Innenfläche der inneren Hülse 3 ist, abgesehen von den axial
verlaufenden Langlöchern 14, eine glatte zylindrische Fläche. Die Begrenzungsringe
4 sind als Tellerfedern aus dünnem gehärtetem Blech ausgebildet.
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In zusammengebautem Zustand liegen die axial verlaufenden konkav gekrümmten
Teile 7 der Innenfläche der äußeren Hülse 2 den axial verlaufenden konvex gekrümmten
Teilen 11 der Außenfläche der inneren Hülse 3 gegenüber. Beim Zusammenbau werden
die Kugeln 1 in die Führungsrillen 12 der inneren Hülse 3 eingesetzt. Nach dem Zusammenbau
werden die Begrenzungsringe 4 in die Nuten 9 eingesetzt. Dann können die Kugeln
1 mit leichtem Spiel zwischen den Führungsrillen 12 und der Innenfläche der äußeren
Hülse 2 umlaufen. Das leichte Spiel ist notwendig, um die Kugeln 1 beim Zusammenbau
in die Führungsrillen 12 einsetzen zu können. Die als Kugelkäfig dienende Innenhülse
3 besteht aus einem dickwandigen Zylinder, dessen Wanddicke gleich dem Durchmesser
der Kugeln 1 ist.
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Nachdem die Kugeln 1 in die Führungsrillen 12 eingeführt und die Innenhülse
3 in die Außenhülse 2 cingepaßt ist, werden die tellerfederartigen Begrenzungsringe
4 in die an den beiden Enden der Außenhülse 2 vorgesehenen Nuten 9 eingesetzt. Wenn,
wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, in axialer Richtung eine kegelige Fläche
eingewalzt ist, bleibt das Umfangsmaß der Ringe gleich groß. Eine Verformung der
in die Umfangsnuten 9 eingesetzten Ringe 4 wird sowohl durch die Seitenflächen der
Nuten 9 als auch durch die Innenhülse 3 verhindert. Nach dem Zusammenbau ist die
Innenhülse 3 durch die Ringe 4 . nicht nur genau zur Außenhülse 2
gehalten, sondern ist außerdem durch die von den Ringen erzeugte axial gerichtete
elastische Kraft spielfrei mit der Außenhülse starr verbunden. Wird auf die Innenhülse
3 durch die Kugeln 1 eine axiale Kraft ausgeübt, werden die Ringe 4 nicht verfortnt,
weil die Stirnfläche des dickwandigen zylindrischen Kugelkäfigs leicht kegelig ausgebildet
ist, so daß axial gerichtete Kräfte an den Teilen des Umfangs der leicht kegeligen
Seitenfläche konzentriert werden, es sei t denn, es wirkt eine sehr starke axial
gerichtete Kraft nach dem Hebelprinzip auf die Ringe 4 ein.
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Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, haben die Führungsrillen 12 über
ihre gesamte Länge eine Tiefe, die gleich dem Durchmesser der Kugeln 1 ist. Die
Innenhülse 3 besteht wegen ihrer komplizierten Form aus Sintermetall. Die mit der
Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß statt ungenauer oder
aufwendiger Herstellung des Kugelkäfigs durch spanlose bzw. spangebende Formgebung
ein Kugelkäfig von hoher Maßgenauigkeit- erzielt wird. Insbesondere wird durch die
Verwendung von Ferrit oder Kupfer als Werkstoff für den Kugelkäfig die Schrumpfung
beim Härten auf 1 bis 2% begrenzt. Der Kugelkäfig ist mit geringen Kosten herstellbar.
Ein besonderer Arbeitsvorgang für das Einarbeiten der axial verlaufenden Langlöcher
im Kugelkäfig ist nicht nötig. Das Arbeitsgeräusch der Lagerbuchse ist gering. Schmieröl
kann in den Kugelkäfig eingebracht werden, so daß für längere Zeit kein Schmieröl
zugeführt zu werden braucht.