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Kugellager für geradlinige Bewegung Die Erfindung bezieht sich auf
ein Kugellager für geradlinige Bewegung, das aus einem Gehäuse mit Laufbahnen, einem
Käfig und den darin geführten Kugeln besteht, wobei der Käfig mehrere, vorzugsweise
parallel zueinander in Bewegungsrichtung verlaufende gerade Führungsnuten für die
sich in Bewegungsrichtung abwälzenden belasteten und die rücklaufenden unbelasteten
Kugeln sowie an den Enden der Führungsnuten angeordnete Kugel-Umlenkungsnuten aufweist
und die Führungsnuten im Bereich der belasteten Kugeln für deren teilweisen Durchtritt
am Nutgrund mit Schlitzen von geringerer Breite als der Kugeldurchmesser versehen
sind.
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Wälzlager für geradlinige Bewegung werden in den Fällen benötigt,
bei denen es auf eine reibungsarme Lagerung von Maschinenteilen ankommt. Vor allem
soll die Reibung auch im Anlauf gering sein und denselben Wert aufweisen, wie die
Reibung während des Bewegungsablaufs. Ist dies nicht der Fall, wie z. B. bei hydrodynamischen
Gleitlagern, so kommt es bei langsamer Bewegung wegen der sich ändernden Reibungszahl
(die Reibung der Ruhe ist bekanntlich größer als die Reibung der Bewegung) zur Entstehung
einer ruckweisen Bewegung, dem sogenannten "stick-slip". Dies kann z. B. bei der
Lagerung von Schlitten in Werkzeugmaschinen zu Ungenauigkeiten am bearbeiteten Werkstück
führen.
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Es sind Wälzlager für geradlinige Bewegung bekanntgeworden, deren
Gehäuse kreisrund oder reohteckig ausgebildet ist und bei denen ein Käfig mit in
Bewegunsrichtung verlaufenden geraden, an den Enden über Umlenkbögen miteinander
verbundenen, in sich geschlossenen Eindrückungen versehen ist (deutsohes Patent
931 019; kanadisches Patent 644 666). Auch bei dem aus dem USA-Patent 3 035 873
bekannten Linearwälzlager bilden die sich abwälzenden belasteten und unbelasteten,
über Umlenkbögen geführten Kugeln Jeweils eine in sich geschlossene Einheit.
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Nachteilig bei diesen bekannten Wälzlagern für geradlinige Bewegung
ist, daß kein vollständiger Schmiermittelumlauf stattfindet. Bei einseitiger Belastung
werden nur die Wälzkörper einer Einheit und das in dessen Bereich befindliche Schmiermittel
beansprucht.
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Es. sind zwar auch Kugellager für geradlinige Bewegung bekanntgeworden,
bei denen die in Bewegungsrichtung verlaufenden geraden Kugelführungsstrecken fortlaufend
über Umlenkbögen miteinander verbunden sind, so daß ein in sich geschlossener Kugel-
und damit Schmiermittelumlauf möglich ist (USA-Patent 2 576 269; französisches Patent
755 957). Damit nun aber tatsächlich ein vollständiger Schmiermittelumlauf entsteht,
muß die geradlinige Bewegung mindestens eine Größe erreichen, die der doppelten
Länge der Summe sämtlicher gerader und gekrümmter Kugelführungssstrecken entspricht.
Diese Forderung wird in der Praxis kaum erfüllt, weil es sich in den meisten Fällen
um die Lagerung von Maschinenteilen mit kleinen oszillierenden Bewegungen handelt.
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Kugellager für geradlinige
Bewegung zu schaffen, bei dem auch bei geringen hin- und hergehenden Bewegungen
des gelagerten Maschinenteils ein vollständiger Kugel- und damit Schmiermittelumlauf
erhalten wird. Darüber hinaus soll das erfindungsgemäße Kugellager billig in der
Herstellung sein.
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Diese Aufgabe wird bei einem Kugellager der eingangs genannten Art
dadurch gelöst, daß Jede der Kugel-Umlenkungsnuten als im wesentlichen senkrecht
zu den Führungsnuten verlaufende und sämtliche Führungsnuten miteinander verbindende
Käfigaussparung ausgebildet ist.
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Die Erfindung soll nun im folgenden mit Bezug auf einige in der Zeichnung
dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen: Fig. 1 ein Kugellager für geradlinige Bewegung zur
Lagerung einer Stange, Welle od. dgl. mit kreisförmigem Querschnitt, geschnitten
nach der Linie C - C in Fig. 2,
Fig. 2 ein Schnitt durch das erfindungsgemäße
Kugellager nach Linie A - A in Fig. 1, Fig. 3 ein Schnitt durch das Kugellager in
Fig. 1 nach der Linie B -Fig. 4 der die Kugeln führende Käfig des erfindungsgemäßen
Kugellagers nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1, Fig. 5 eine teilweise innere
Abwicklung des Kugellagers nach Fig. 1, Fig. 6 ein Kugellager für geradlinige Bewegung
zur Lagerung einer Stange od. dgl. mit rechteckigem Querschnitt, Fig. 7 ein Kugellager
für geradlinige Bewegung im Sohnitt zur Lagerung eines Masohinenteils mit in einer
Richtung wirkenden Lagerkräften, Fig. 8 das Kugellager nach Fig. 7 in der Draufsicht.
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Das in Fig. 1 und 2 gezeigte Linearwälzlager, eine sogenannte Kugelbüchse,
das zur Lagerung einer strichpunktiert gezeichneten Stange 1 mit Kreisquerschnitt
dient, besteht aus dem Gehäuse 2, einem Käfig 3 und den im Käfig 3 geführten Kugeln
4. Das Gehäuse 2 ist aus dünnwandigem Material, z. B. Tiefziehblech, gefertigt,
und im Bereich seiner spanlos angeformten Laufbahnen 5 vorzugsweise gehärtet. Der
Käfig 3 ist zweckmäßigerweise aus einem weichem Material, beispielsweise Kunststoff,
hergestellt. Die geraden, in Axialriehtung verlaufenden Führungsnuten 6 des Käfigs
3 sind im Bereich der die Last übertragenden Kugeln 4 am Nutgrund geschlitzt (Schlitze
7), so daß die Kugeln 4 teilweise durch den Käfig 3 hindurchtreten und sich zwischen
den Laufbahnen 5 des Gehäuses 2 und der Stange 1 abwälzen können. Parallel zu den
die belasteten Kugeln 4 aufnehmenden Führungsnuten 6 und Jeweils abwechselnd mit
diesen sind Führungsnuten 8 für die rücklaufenden unbelasteten Kugeln 4 angeordnet.
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Im Übergangsbereich zwischen den geraden Führungsnuten 6 und 8 ist
eine sich senkrecht zu den Führungsnuten 6 und 8 erstreckende, im Ausführungsbeispiel
ringförmig
umlaufende, in sich geschlossene Umlenkungsnut 9 angeordnet, die sämtliche Führungsnuten
6 und 8 miteinander verbindet. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist vor allem aus
den Fig. 3 und 4 ersichtlich. Auf das Prinzip des Kugelumlaufs wird weiter unten
eingegangen. Der in Fig. 4 gezeigte Käfig 3 besitzt außerdem eine oder mehrere Vertiefungen
10, in die Abbördelungen 11 des Gehäuses 2 (siehe Fig. 1) eingreifen und so den
Käfig 3 gegen Verdrehen oder Verschieben halten.
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Die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung soll nun insbesondere
unter Hinweis auf Fig. 5, in der ein Teil einer inneren Abwicklung des Kugellagers
nach Fig. 1 dargestellt ist, erklärt werden: Die belasteten Kugeln 4, die z. T.
durch den Schlitz 7 (der Übersichtlichkeit wegen dunkel gezeichnet) hindurohtreten,
wälzen sich beispielsweise in Pfeilrichtung in der Führungsnut 6 ab. Auf diese Weise
gelangt z. B. die Kugel A nach B und schließlich in die Kugel-Umlenkungsnut 9 nach
C oder D, wobei sie im Endbereich der Führungsnut 6 gleichzeitig radial nach außen
(siehe Fig. 1) wandert. Ob die Kugel A nun nach C oder D gelangt, hängt davon ab,
in welcher Richtung die an den Kugeln 4 angreifende Schwerkraft wirkt; es hängt
weiter von evtl. auftretenden Erschütterungen in der Lagerung ab, kurz, entsoheidend
für die Laufrichtung der Kugeln ist die sich Jeweils am Austritt der Führungsnut
6 ergebende Richtung der Resultierenden in Umfangsrichtung der die Mittelpunkte
zweier benachbarter Kugeln 4 (z. B.
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B - D oder B - C) verbindenden Strecke. Die Jeweilige Laufrichtung
der Kugeln 4 ist also zufallsbedingt. Von C aus wird die Kugel A entweder weiter
in Umfangsrichtung geführt (E und F) oder sie wird in die Rückführungsnut 8 eingeführt
und nimmt im weiteren Verlauf des Bewegungsvorganges die Stellen G und H ein. Nahm
die Kugel A vorher die Stellung D ein, so wandert sie in die andere Umfangsrichtung
bis zum evtl. Wiedereinordnen in eine Rückführungsnut 8. Um ein Verklemmen der Kugeln
4 mit Sicherheit zu verhindern, ist zwischen ihnen ein gewisses Spiel vorgesehen.
Die Bewegungsbahnen der Kugeln 4 sind in Fig. 4 zum besseren Verständnis strichpunktiert
eingezeichnet.
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In Fig. 6 und 7 sind weitere Ausführungsvarianten dargestellt, denen
das gleiche Erfindungsprinzip zugrunde liegt. Das in Fig. 6 abgebildete, im Querschnitt
im wesentlichen rechteckig oder quadratisch gestaltete Kugellager
für
geradlinige Bewegung stützt die im Querschnitt rechteckige bzw. quadratische Stange
1 auf Jeder Seite durch im Ausführungsbeispiel Je zwei in FUhrungsnuten 6 des Käfigs
3 geführte Kugelreihen gegen das Gehäuse 2 ab.
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Fig. 7 zeigt ein Kugellager für Linearbewegung, das Kräfte lediglich
in einer Richtung aufnimmt. Das strichpunktiert gezeichnete Maschinenteil 12 (z.
B. der Teil eines Schlittens einer Werkzeugmaschine) wird über zwei in einem planen
Käfig 3 geführten Reihen von Kugeln 4 gegen die Laufbahnen 5 des aus Blech bestehenden
Gehäuses 2 abgestützt. Der Käfig 3 wird durch Abbördelungen bzw.
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Umfalzungen 13 des Gehäuses 2 gehalten. Zusätzlich können Sohrauben
14 (siehe Fig. 8) die Fixierung übernehmen.
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In Fig. 8 schließlich ist der Bewegungsablauf der Kugeln 4 bei der
geradlinigen Verschiebung des Maschinenteils 12 bzw. der in Fig. 6 gelagerten Stange
1 dargestellt, der prinzipiell in gleicher Weise wie bei Fig. 5 erfolgt. Die die
in Bewegungsrichtung gerade verlaufenden Führungsnuten 6 und 8 verbindenden Umlenkungsnuten
9 sind Jedoch in diesem Fall nicht ringförmig umlaufend, sondern in einer Ebene
(Fig. 7) bzw. in Jeweils einer Ebene (Fig. 6) liegend ausgebildet.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen vor allem darin, daß ein Kugellager
für geradlinige Bewegung gesohaffen wurde, bei dem trotz kleiner oszillierender
Bewegungen ein vollständiger Kugel- und Schmiermittelumlauf erreicht wird, so daß
das Schmiermittel gleichmäßig verbraucht wird und die Kugeln gleichmäßig verschleißen.
Dies führt zu einer deren Sohmiertrist und einer größeren Gebrauohsdauer des erfindungsgemäßen
r'sers.