DE2111242A1 - Miniaturkugellager und Herstellungsverfahren dafuer - Google Patents

Description

Pierre Mathys, Genf

"Miniaturkugellager und Herstellungsverfahren dafür"

Ein erstes Ziel dieses Patentes besteht darin, ein Miniaturkugellager zu schaffen, das einen Kugellagerring aufweist, der auf zwei Ringen verteilt ist, die in einer bestimmten axialen Stellung zueinander gehalten werden und die Kugeln axial mit dem gewünschten Spiel an ihrem Platz halten.

Unter Miniaturkugellager ist ein Kugellager zu verstehen, dessen Kugeln einen Durchmesser haben, der unter 1 mm liegt.

Bei den bekannten Kugellagern dieser Art kommen die beiden, die Kugeln axial haltenden Ringe in Berührung mit diesen durch stumpfkegelige
Facetten, die mindestens in einem Winkel von ungefähr 45 zu der Achse des Lagers angeordnet sind. Diese Lager umfassen im allgemeinen einen dritten Ring, in den eine Nut eingeschnitten ist, deren Profil die Form
eines gleichseitigen Trapezes hat, wobei die beiden Seiten ebenfalls mit 45° im Verhältnis zu den Basen geneigt sind. Die stumpfkegeligen Facetten, die die Wände dieser Nut darstellen, bilden einen zweiten Kugellagerring, der ein innerer oder ein äusserer Ring sein kann. Um die beiden
Ringe zu halten, die die Kugeln in ihrer gewünschten axialen Stellung zueinander festlegen, ist in den bekannten Lagern vorgesehen, dass der eine der beiden Ringe mit einer beträchtlichen Gewalt in einen Teil des anderen eingepresst wird, - 2 -

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Wenn diese bekannten Lager auch sehr gute Dienste leisten, dann müssen doch mehrere Nachteile, insbesondere bei ihrer Herstellung, unterstrichen werden. Zunächst einmal ist die mechanische Bearbeitung der Facetten, die den Kugellagerring oder die Kugellagerringe darstellen, sehr heikel. Es ist in der Tat nicht einfach, diese geneigten Facetten mit dem gewünschten angemessenen Oberflächenzustand zu erzielen. Ausserdem, und wenn auch die beiden Facetten, die den gleichen Kugellagerring darstellen, nicht die gleiche Neigung im Verhältnis zur Achse des Lagers haben oder der Winkel der beiden Facetten, die einen Kugellagerring darstellen, von dem der Facetten verschieden ist, der den anderen Kugellagerring darstellt, kommen die Kugeln mit diesen Facetten entlang von Kreisen in Berührung, die nicht den gleichen Durchmesser haben. Dann ist aber nicht mehr ein reines Kugellager gegeben, sondern ein Kugellager, in dem auch ein Gleiten auf mindestens einer der Facetten stattfindet, was eine abnormale Abnutzung dieser Facette mit sich bringt, wodurch das Lager bald schadhaft wird. Schliesslich stellt auch die Montage des Lagers schwierig zu lösende Probleme, insbesondere soweit es um das Spiel der Kugeln, geht. Da dieses im allgemeinen dadurch sichergestellt werden muss, dass der eine der beiden Ringe, die die Kugeln festlegen, in den anderen hineingepresst werden muss, muss dieses Einpressen selbstverständlich mit der allergrössten Sorgfalt erfolgen. Insbesondere werden, wenn der eingepresste Ring zu tief eingepresst wird, die Kugeln blockiert und das Lager ist dann im allgemeinen als Ausschuss anzusehen, denn es ist nicht möglich, diesen eingepressten Ring wieder herauszuziehen, ohne ihn zu beschädigen. Um diese Montage des Lagers in Serie durchführen zu können und dabei einen übermässigen Prozentsatz von Ausschuss zu vermeiden, ist es ganz offensichtlich notwendig, dass die Ringe, die einen Teil des Kugellagers bilden, mit äusserst genauen Abmessungen bearbeitet werden, Zusammenfassend sind die Herstellungsbedingungen der bekannten Kugellager so, dass nur höchstqualifizierte und besonders geschickte Arbeiterin der Lage sind, grössere Mengen zu einem vernünftigen Preis hei^u= steile-ι..

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Ein erstes Ziel der Erfindung ist es, ein Kugellager der anfangs angegebenen Art zu schaffen, das unter bequemeren Bedingungen hergestellt werden kann. Zu diesem Zwecke ist das Kugellager nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass einer der Kugellagerringe auf zwei Ringe verteilt ist, die jeder eine Abstützfläche aufweisen, die senkrecht zur Achse des Lagers liegt und die axial mit ihren Stützflächen gegeneinander liegen und dass diese Ringe in Berührung mit den Kugeln jeder ausschliesslich durch eine Kante treten, die-an der Schnittstelle einer zylindrischen Fläche und einer flachen Fläche liegen, die sich in einem bestimmten Abstand von der Stützfläche befinden, wobei die genannten zylindrischen Flächen der beiden Ringe den gleichen Durchmesser haben und die genannten Ringe durch eine äussere Umhüllung gegeneinander gepresst werden.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für dieses Lager zu schaffen, das insbesondere in dem Falle interessant ist, in dem das Lager einen inneren Kugellagerring und einen äusseren Kugellagerring hat, die in drei Ringe unterteilt sind.

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die drei fraglichen Ringe durch Drehen hergestellt werden, so dass die Kanten, die die Kugellagerlaufringe für die Kugeln darstellen, solche Nennabmessungen haben, dass die Kugeln zwischen ihnen ohne Spiel und ohne Quetschen festgehalten werden und dass diese Ringe danach einen Poliervorgang durchmachen.

Es ist in der Tat festgestellt worden, dass dieses Polieren sehr leicht so durchgeführt werden kann, dass den mit den Kugeln in Berührung kommenden Kanten ein zufriedenstellender Oberflächenzustand verliehen werden kann, wobei gerade nur die Menge an Material abgehoben wird, die notwendig ist, um diesen letzteren das erforderliche Spiel zu ver-

leihen. - 4 -

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Eine Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird nachstehend als Beispiel unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die zwei Ausführungsbeispiele des Kugellagers nach der Erfindung zeigt.

Fig. 1 ist ein diametraler Schnitt durch das Kugellager nach dem ersten Beispiel,

Fig. 2 ist eine Draufsicht teilweise im Schnitt, wobei ein Teil abgenommen ist, und

W Fig. 3 und 4, die den Fig. 1 und 2 entsprechen, stellen das zweite Beispiel dar.

Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Lager besteht aus drei Ringen 1, 2, 3, einer Umhüllung 4, einem Kugelkäfig 5 und fünf Kugeln 6.

Eine Nut 7 von rechteckigem Profil ist in die äussere zylindrische Oberfläche 8 des Ringes 1 eingeschnitten. Die Ringe 2 und 3 weisen jeder eine Abstützfläche 2a, 3a der flachen Oberflächen 2b, 2c; 3b, 3c und zylindrische Flächen 2d, 3d auf. Die Flächen 2a, 2b, 2c und 3a, 3b, 3c liegen senkrecht zur Lagerachse. Was die Flächen 2d und 3d anbetrifft, so haben diese den gleichen Durchmesser. Wie das in Fig. 1 gezeigt ist, hält die Umhüllung 4 die Ringe 2, 3 durch ihre Stützflächen 2a, 3a gegeneinander gestützt. Ausserdem sind die flachen Oberflächen 2c und 3c so mechanisch bearbeitet, dass ihr Abstand zu den entsprechenden Abstützoberflächen 2a bzw. 3a so ist, dass der Abstand zwischen den Flächen 2c und 3c gleich der Breite der Nut 7 ist.

Die vier Kanten, die auf dem Ring 2 an der Schnittstelle der Flächen 2c, 2dauf dem Ring 3 an der Schnittstelle der Flächen 3c, 3d und am Ring 1 an den Schnittstellen der flachen Seitenflächen der Nut 7 mit der zylindri-

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sehen Oberfläche 8 liegen, stellen die beiden Kugellagerlauf ringe dar, d.h. den äusseren und inneren.

Die Breite der Nut 7 und der Abstand zwischen den Flächen 2c und 3c sind in Abhängigkeit vom Durchmesser der Kugeln 6 so gewählt, dass die Ringe 1,2, 3 in Berührung mit den Kugeln entlang von Parallelen in 45° von diesen treten. Dank dieser Anordnung wird die Wirkung der Kugeln auf die die Laufbahnen darstellenden Kanten gemäss der Schnittlinie des Dieders gerichtet, die diese Kanten bildet.

Um die Kugeln 6 in gleicher Entfernung voneinander zu halten, weist der Kugelkäfig 5 Einschnitte 5a auf. Die Flächen 2b und 3b halten im übrigen den Kugelkäfig 5 mindestens ungefähr in der Äquatorialebene der Kugeln

Um eine ä.usserst genaue Lage der Laufbahnen der Kugeln 6 sicherzustellen, genügt es, die Ringe 1,2, 3 jeden mit nur zwei genauen Abmessungen zu bearbeiten. Auf dem Ring 1 ist es die zylindrische Oberfläche 8 und die Breite der Nut 7, die genau sein müssen. An den Ringen 2, 3 sind es die zylindrischen Oberflächen 2d, 3d und der Abstand der flachen Oberflächen 2c, 3c zu den Abstützoberflächen 2a, 3a. Die drei Ringe 1, 2, 3 können demgemäss sehr leicht durch Drehen beispielsweise auf einer Automatendrehbank hergestellt werden. Es ist noch zu bemerken, dass die |

beiden Ringe 2 und 3, die das gleiche Profil haben, in der Tat einen einzigen und gleichen automatisch gedrehten Ring darstellen. Es ergibt sich j daraus, dass die Ringe 1,2,3 des Kugellagers mit nur zwei Sätzen von Nocken hergestellt werden können.

Was die Umhüllung 4 anbetrifft, so kann sie aus einem rohrförmigen Element bestehen, das durch Umbiegen auf die beiden Ringe 2, 3 bei der Montage j des Kugellagers geschlossen werden kann. Da die beiden äusseren Ränder j dieser Umhüllung leicht lang genug gemacht werden können, um über die Ringe 2, 3 nach innen herüber zu ragen, wird das Eindringen von Fremd-

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körpern in dieses Kugellager vermieden.

Damit die Kugeln 6 das gewünschte Spiel haben, werden die Ringe 1, 2, 3 so mechanisch bearbeitet, dass die Kanten, die die Kugellagerlaufring^ darstellen, solche Nominalabmessungen haben, dass die Kugeln 6 zwischen ihnen ohne Spiel und ohne Pressdruck gehalten werden. Danach werden die Ringe einem Poliervorgang unterzogen, indem sie beispielsweise durch eine Poliertrommel während einer bestimmten Zeit in einer Mischung von kleinen Körpern bearbeitet werden, die einen geringeren Durchmesser haben als den der Öffnung der Ringe, so dass diese kleinen Körper in Berührung mit den Kanten kommen können, die die Laufbahnen des Kugellagers darstellen. Eine andere Art und Weise, diese Kanten zu. polieren, die die Laufbahn für die Kugeln darstellen, kann darin bestehen, einen konischen Stempel mit einem Öffnungswinkel von 90 auf die Kanten zu pressen, die die Laufbahn bilden. Wenn dieser Stempel mit einem Molybdän-Schwefelpulver bestriehen wird, kann das erzielte Kugellager trocken arbeiten. Schliesslich könnten die Ringe 1,2, 3 auch einer elektrolytischen Politur während einer festgelegten Zeit ausgesetzt werden, so dass das von den Kanten des Kugellagers abgehobene Material den Kugeln gerade das richtige gewünschte Spiel verleiht.

Eine andere Art, das Verfahren durchzuführen, besteht darin, die Montage des Lagers durchzuführen, wenn die Ringe gedreht worden sind. Die beiden Ringe, die die erste Laufbahn bilden, werden einem progressiven, axialen Druck ausgesetzt, während sie in die Umhüllung eingebracht sind. Gleichzeitig werden die Kugeln von dem dritten Ring so mitgenommen, dass die Laufbahnen durch das Zusammenquetschen von Material unter der Einwirkung der Kugeln auf die genannten Kanten poliert werden.

Da die Flächen,an deren Schnittpunkten sich die Laufkanten der Kugeln befinden, mit einer Präzision von 1 bis 2 Mikron gedreht werden können,

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und da ausserdem die Kugeln ein Spiel in der Grössenordnung von einem Hundertstel haben müssen, ist festzustellen, dass das Herstellen des Spieles der Kugeln durch Polieren mit Genauigkeit möglich ist, unabhängig von den Fertigungstoleranzen. Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Kugellager kann als Lager für eine Welle dienen. In diesem Falle würde der Ring 1 auf eine Lagerfläche der Welle aufgepresst und die Umhüllung 4 von einem Gehäuseelement gehalten. Es kann auch dazu dienen, ein drehbares Element auf einem festen Zapfen umlaufen zu lassen. In diesem Falle würde die Umhüllung 4 an dem. drehbaren Element befestigt und der Ring 1 auf den Zapfen aufgesetzt.

Das ?n Fig» 3 und 4 dargestellte Lager ist dem des ersten Beispiels ähnlich. Es weist zwei Ringe 12, 13 auf, die in allen Punkten den Ringen 2, des ersten Beispiels ähnlich sind, wobei diese Ringe durch eine Umhüllung 14 gegeneinander gehalten werden und einen Kugelkäfig 15 festhalten. Die drei Kugeln sind jedoch frei. Sie dienen beispielsweise dazu, einen konischen Drehzapfen des beweglichen Ankers eines Messinstrunaentes aufzunehmen.

Die beschriebenen Lager können mit äusserst kleinen Abmessungen hergestellt werden. Wenn die kleinsten Kugeln verwendet werden, die auf dem Markt zu finden sind, d.h. Kugeln mit einem Durchmesser von 0,25 mm, kann das Lager nach Fig. 1 und 2 mit einem Aussendurchmesser von 2mm hergestellt werden.

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Claims (6)

1. Patent an sprüche:

   11. Miniaturkugellager, dadurch gekennzeichnet, dass

   einer der Kugellagerlaufringe auf zwei Ringe verteilt ist, die jeder eine Abstützfläche darstellen, die senkrecht zur Achse des Kugellagers liegt und die axial gegeneinander durch ihre Stützflächen ruhen und dass diese Ringe in Berührung mit den Kugeln jede ausschliesslich durch eine Kante kommen, die am Schnittpunkt einer zylindrischen Fläche und einer flachen Oberfläche liegt, die sich in einer bestimmten Entfernung von der Absützfläche befinden, wobei die genannten zylindrischen Oberflächen der beiden Ringe den gleichen Durchmesser haben und die genannten Ringe durch eine äussere Umhüllung gegeneinander gepresst gehalten werden.
2. 2. Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Laufring aus zwei Kanten besteht, die auf einem dritten Ring liegen und durch eine Nut von rechteckigem Profil gebildet werden, die in eine zylindrische Oberfläche dieses dritten Ringes eingeschnitten ist, wobei der Abstand zwischen diesen beiden Kanten gleich dem zwischen den beiden Kanten des ersten Kugellagerlauf ringes ist.
3. 3. Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden, den ersten Laufweg tragenden Ringe das gleiche Profil haben.
4. 4. Miniaturkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Laufweg auf zwei Ringe verteilt ist, die jeder eine Abstützoberfläche haben, die senkrecht zur Achse des Lagers liegt und die axial gegeneinander mit ihren Abstützflächen liegen, dass diese Ringe mit den Kugeln jeder ausschliesslich durch eine Kante in Berührung kommen, die an dem Schnittpunkt einer zylindrischen Oberfläche und einer

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   flachen Oberfläche liegt und sich in einem bestimmten Abstand von der

   Abstützoberfläche befindet, wobei die beiden zylindrischen Oberflächen i

   der beiden Ringe den gleichen Durchmesser haben und dass die Kugeln direkt in Berührung mit einem konischen Ende der Welle in Berührung kommen, die von dem Lager gestützt wird.
5. 5. Herstellungsverfahren für das Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringe durch Drehen hergestellt werden, wobei die Kanten, die die Laufwege der Kugeln darstellen, solche Nominalabmessungen haben, dass die Kugeln zwischen ihnen ohne Spiel " g und ohne Zusammenpressen gehalten werden und dass diese Ringe anschliessend.einem Poliervorgang ausgesetzt werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Drehen der Ringe das Lager montiert wird, wobei die beiden Ringe des ersten Lauf weges einem progressiven Axialdruck ausgesetzt werden und gleichzeitig die Kugeln von dritten Ring mitgenommen werden, so dass die Laufwege durch die Wirkung der Kugeln auf die genannten Kanten poliert werden, wobei die Ringe des ersten Laufweges anschliessend aufeinander festgelegt werden.

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