DE2247528C2

DE2247528C2 - Kugelbüchse

Info

Publication number: DE2247528C2
Application number: DE2247528A
Authority: DE
Inventors: Andrew Bridgeport Conn. Henn
Original assignee: Incom International Inc Fairfield Conn; Incom International Inc
Current assignee: Incom International Inc
Priority date: 1971-10-18
Filing date: 1972-09-28
Publication date: 1983-12-08
Also published as: JPS4848849A; US3767276A; AU4769672A; BE790112A; GB1370730A; FR2157322A5; IT969611B; AT318980B; CA965466A; NL7213511A; DE2247528A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kugelbüchse, die auf einer Stange mit rundem Querschnitt längsverschiebbar gelagert ist, mit einer äußeren Hülse und einer konzentrisch in diese eingepaßten inneren Hülse mit polygonaler Außenfläche, wobei die innere Hülse mehrere Führungsbahnen für den Umlauf von Lagerkugeln bei einer Bewegung zwischen der Stange und der Kugelbüchse aufweist, die jeweils aus einem durch einen Schlitz gebildeten ersten Führungsbahnabschnitt in je einer ebenen Seite, durch den die belasteten auf der Stange abwälzenden Lagerkugeln in den Innenraum der Hülse vorstehen, und einem durch eine Nut gebildeten zweiten geraden Führungsbahnlängsabschnitt für die rücklaufenden Kugeln im Bereich je einer Kante bestehen, die durch Bogenabschnitte zum Umlenken der Kugeln miteinander verbunden sind.

Es sind zahlreiche unterschiedliche Arten von umlaufenden Kugelbüchsen bekannt. Typisch für die bekannten Ausführungen ist die hohe Abnutzungsgeschwindigkeit bzw. das starke Abnutzungsausmaß zwischen ihren entsprechenden Bauteilen. Hinzu kommt, daß sie eine komplizierte Konstruktion⁶⁰ aufweisen und in der Herstellung teuer sind. Ein vorzeitiger Verschleiß kann z. B. auftreten, wenn die verschiedenen Bauteile der Kugelbüchse im Betneb unstabil sind. Diese Unstabilität bewirkt, daß sich die umlaufenden Kugeln während schweren oder ungedämpften Belastungszuständen festfressen. Dieses Festfressen verursacht unter anderen Dingen ein Eingraben oder Einarbeiten der Kugeln in die Welle, wodurch Ausrichtungsungenauigkeiten und schließlich ein Bruch der Lageranordnung hervorgerufen werden können.

Die am 11. Juli 1967 ausgegebene US-PS 33 30 606 zeigt eine reibungsarme Kugellager-Anordnung, in der sich die Kugeln während ihres »aktiven« oder belasteten Zustandes in einer unstabilen Lage befinden. Die Kugeln dieser bekannten Lageranordnung laufen nämlich während ihres »aktiven« Zustandes auf einer Lagerfläche, die auf der Kuppe eines konvexen Teils an der inneren Fläche der äußeren Hülse angeordnet ist Diese Gestaltung oder Konstruktion macht diese Lageranordnung jedoch mechanisch unstabil. Andere Ausführungsformen von Lageranordnungen weisen ähnliche Konstruktionsmängel auf.

Aus der DE-AS 19 31 983 ist bereits eine Lagerbüchse der eingangs angegebenen Art bekannt Bei dieser Lagerbüchse sind die innenflächen der äußeren Hülse ebenso polygonartig ausgebildet wie die Außenflächen der inneren Hülse und liegen in bestimmten Bereichen an letzteren an. Dadurch wird verhindert, daß Innen- und Außenhülse gegeneinander verdreht werden, wodurch die in den Nuten von der Welle unbelasteten Lagerkugeln in dem freien Rücklauf beeinträchtigt würden. Diese Ausbildung erfordert eine äußerste Maßhaltigkeit der aneinanderliegenden Flächen der beiden Hülsen, so daß die Konstruktion sehr aufwendig ist Dazu trägt auch bei, daß in der äußeren Hülse Laufrinneiä mit komplizierter Querschnittsform ausgebildet sind. Die Lagerkugeln liegen zudem bei ihrem gesamten Umlauf an den prismatischen Innenflächen der Außenhülse an und müssen insbesondere im Bereich der Bogenabschnitte der Führungsbahnen erhebliche Reibungskräfte überwinden. Dies führt zu einem relativ schnellen Verschleiß der bekannten Lagerbüchse.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine leistungsfähigere Lagerbüchse zu schaffen, die eine einfachere Konstruktion aufweist, damit preiswerter herstellbar ist und eine längere Nutzungsdauer hat

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kugeln in der Rücklaufnut radial außen durch die Polygonflächen der Innenwandung der Außenhülse eingeschlossen sind, daß diese Polygonflächen im Querschnitt konkave Wälzbahnen für die belasteten Lagerkugeln aufweisen und daß ihre die Bogenabschnitte der Führungsbahnen übergreifenden axialen Endbereiche der konkaven Innenfläche aufgeweitet sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Gemäß der Erfindung sind die Innenflächen der äußeren Hülse nicht an die Prismenform der inneren Hülse angepaßt, um ein gegenseitiges Verdrehen der beiden Hülsen zu verhindern, sondern die äußere Hülse hat in erheblich einfacherer Ausgestaltung eine konkave Innenfläche mit im Querschnitt dreieckigen Nuten, die äußerst einfach auszubilden sind. Die Ausbildung von Laufrinnen komplizierter Querschnittsform in der äußeren Hülse erübrigt sich. Durch den deckungsgleichen Eingriff der Kanten der inneren Hülse in die Nuten der äußeren Hülse ist auf einfachste Weise sichergestellt, daß auf die unbelastet von der Welle rücklaufenden Kugeln keine aus einer Drehbewegung der Hülsen hervorgerufenen Kraft ausgeübt wird. Da infolge der besonderen Ausbildung der Innenfläche der äußeren Hülse die Kugeln bei ihrem Umlauf nicht auf einer ebenen Fläche ablaufen, ist weiter erfindungsgemäß vorgesehen, daß die äußere Hülse in den die Bogenabschnitte der Führungsbahnen übergreifenden Bereichen aufgeweitet ist, so daß die Kugeln vor ihrer

Richtungsänderung bzw. bis zur Beendigung ihrer Richtungsänderung im unbelasteten Zustand sind, wodurch in den Bogenabschnitten keine nennenswerten Reibungskräfte zu überwinden sind.

Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Kugellager-Anordnung gemäß der Erfindung, teilweise aufgeschnitten, wobei die Kugellager-Anordnung auf einer Welle montiert ist;

F i g. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der F ig. 1;

Fig.3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Anordnung der Fig. 1, wobei die Lagerkugeln entfernt sind;

F i g. 4 einen vergrößerten Längsschnitt der äußeren Hülse der Lageranordnung der Fig. 1, der Details der Innenflächenausbildung dieser Hülse zeigt;

F i g. 5 eine vergrößerte Stirnansicht der äußeren Hülse der Lageranordnung der Fig. 1;

Fig.6 eine Teilansicht von einem Ende eines modifizierten Ausführungsbeispiels der in Fig.3 gezeigten inneren Hülse und

Fig.7 eine Schnittansicht entlang der Linie ß-Äder Fig. 2.

Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. Die verbesserte reibungsarme Kugellager-Anordnung der Erfindung enhält reibungsarme Lagerkugeln 10, eine äußere Hülse 12 und eine innere Hülse 14, die als Lagerkugel-Halterung dient. Halte- oder Arretiermittel, wie beispielsweise Sprengringe 16, sind an beiden Enden der Anordnung vorgesehen, um die innere und äußere Hülse axial relativ zueinander festzulegen und eine Einheit auszubilden. Die äußere Hülse 12 besteht aus einem Zylinder mit einer maschinell bearbeiteten oder abgedrehten Außenfläche, weiche nicht unterbrochen ist, mit Ausnahme von zwei Ringnuten 18, die neben den Enden oder Stirnseiten der äußeren Hülse ausgearbeitet sind und Halterungsmittel, wie beispielsweise Sprengringe (nicht gezeigt) aufnehmen, um die Kugellager-An- ⁴« Ordnung in einem Lagergehäuse zu verankern. Die äußere Hülse 12 weist eine Innenfläche auf, die mit einer Anzahl von axial verlaufenden Nuten 20 versehen ist, welche über den Umfang der Innenfläche weg im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind. ⁴^

Wie aus F i g. 4 hervorgeht, sind zwischen den Nuten 20 axial verlaufende konkave Lagerflächen 22 vorgesehen. Eine abgesetzte oder ausgesparte konkave Endfläche 24 kann neben jedem Ende der Fläche 22 vorgesehen sein. Die konkaven Endflächen 24 sind in >° bezug auf die Flächen 22 in der äußeren Hülse 12 abgesetzt. Zwischen den Flächen 22 und 24 ist mittels Abschrägungen 26 ein glatter Übergang geschaffen. Das Ausmaß der Abschrägung variiert unter anderem in Abhängigkeit vom Ausmaß des Spiels, das erforderlich ist, um die Kugeln in die Nuten 20 einführen zu können. Eine Ringnut 28 ist an jedem Ende der Innenfläche der äußeren Hülse 12 vorgesehen und dient als Sitz für einen Haltering 16 oder ein anderes geeignetes Halte- oder Arretiermittel. &°

Die Ringe 16 verhindern eine axiale Bewegung der inneren Hülse in bezug auf die äußere Hülse. Sie können tellerförmig sein oder aus Sprengringen bestehen und aus Metall, Kunststoff oder einem anderen geeigneten Werkstoff hergestellt sein. Diese Ringe können in den Nuten 28 positioniert werden, um die innere Hülse 14 in der äußeren Hülse 12 zu sichern bzw. festzulegen. F i g. 3 zeigt Halte- bzw. Sicherungsringe 16, ein Halteflansch oder eine HaJterippe kann jedoch leicht aus einem Stück mit der inneren Hülse an einem Ende derselben ausgebildet werden. Eine modifizierte innere Hülse 14' ist in F i g. 6 gezeigt Bei dieser ist ein ringförmiger Halteflansch 16' einstückig mit der inneren Hülse ausgebildet Wenn man für die innere Hülse ein federndes oder nachgiebiges Kunststoffmaterial verwendet, ist es auch möglich, an beiden Enden der inneren Hülse einstückig einen Halteflansch oder eine HaJterippe anzuformen. Ein einziger Kunststoff-Rippenvorsprung (nicht gezeigt) kann ebenfalls an der inneren Hülse 14 angeformt werden und in Eingriff mit einer Einstell-Aussparung (nicht gezeigt) gebracht werden, die aus der Innenfläche der äußeren Hülse an einer Stelle ausgearbeitet ist welche den Umlauf der Kugellager nicht beeinträchtigt

In Fig.3 ist eine innere Hülse 14 gezeigt, die zahlreiche ebene Teile 30 aufweist, welche ein Polygon bilden. Zahlreiche Kugeln 10 zirkulieren entlang den Führungsbahnen, die in den ebenen Teilen 30 ausgebildet sind. Jede Führungsbahn setzt sich zusammen aus einer Nut 32 und einem Schlitz 34. Die Enden einer jeden Nut 32 sind gekrümmt und durch in ähnlicher Weise gekrümmte Enden der Schlitze 34 untereinander verbunden.

Die Schlitze 34 erstrecken sich vollständig durch die innere Hülse 14 und weisen eine Öffnungsbreite auf, die etwas kleiner als der Durchmesser der Lagerkugeln 10 ist. Beide gekrümmte oder gebogene Enden der Nut 32 sind mit einem Anstieg 36 versehen, damit die Kugeln in die Nuten 32 eintreten und austreten können. Die geradlinigen Teile der durchbrochenen Schlitze 34 bilden die Umlaufbahnen der Kugeln 10, während diese unter Last und in Berührung mit der Welle 38 und den konkaven Lagerflächen 22 stehen. Es wird dadurch eine im wesentlichen reibungslose Relativbewegung zwischen der Lageranordnung und Welle 38 erzielt.

Die Führungsbahnen 20 dienen dem Zweck, eine Drehbewegung der Hülse 14 innerhalb der Hülse 12 zu verhindern, und sie bilden mit den Nuten 32 den geradlinigen Teil der Bahn oder Spur, in der die Kugeln 10 nicht in Berührung mit der Welle 38 stehen. Dies dient auch dem Zweck, die axial verlaufenden Schlitze 34 der inneren Hülse mit den axial verlaufenden konkaven Lagerflächen 22 auszufluchten. Wie aus den F i g. 1 und 7 zu ersehen ist, befinden sich die Kugeln an den Stellen in einem unbelasteten Zustand, d. h. sie sind nicht in Wirkberührung mit der Welle 38, wo sie auf die Endfläche 24 treffen. Dies begünstigt bzw. erleichtert einen glatten oder einwandfreien Übergang in den durchbrochenen Schlitz 34 hinein und aus diesem heraus.

Aus obigem geht hervor, daß gemäß der vorliegenden Erfindung eine reibungsarme Kugellager-Anordnung geschaffen wird, die eine äußerst einfache Konstruktion und Formgebung aufweist sowie leicht und wirtschaftlich herzustellen und zusammenzubauen ist. Der Montagevorgang kann vollständig automatisiert werden, um die Gesamtkosten des Lagers weiter zu senken. Das Lager kann in der Weise zusammengebaut werden, daß man die innere Hülse bei in Einbaulage befindlichen Kugeln in die äußere Hülse einführt. Dies kann in der Weise erfolgen, daß man die sich schneidenden ebenen Teile der inneren Hülse mit den Nuten 20 in Deckung bzw. zur Ausfluchtung bringt.

Außerdem wird hervorgehoben, daß die verschiedenen Bauteile der Lageranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem großen Bereich von Werkstoffen hergestellt werden können, einschließlich verschie-

dener Arten von Kunststoffen und Metallen. Die äußere Hülse 12 kann z. B. aus einem härtbaren Stahl, etwa einem Stahl SAE-5200, gefertigt werden.

Die innere Hülse kann infolge ihrer sehr einfachen Form sogar aus einem noch größeren Bereich von Werkstoffen ausgebildet werden, beispielsweise aus Leichtmetallen, einschließlich Aluminium und Zinklegieiungen. Zur Feitigung der inneren Hülse können ferner auch Kunststoffe und andere verformbare Materialien benutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kugelbüchse, die auf einer Stange mit rundem Querschnitt längsverschiebbar gelagert ist, mit einer äußeren Hülse und einer konzentrisch in diese eingepaßten inneren Hülse mit polygonaler Außenfläche, wobei die innere Hülse mehrere Führungsbahnen für den Umlauf von Lagerkugeln bei einer Bewegung zwischen der Stange und der Kugelbüchse aufweist, die jeweils aus einem durch einen Schlitz gebildeten ersten Führungsbahnabschnitt in je einer ebenen Seite, durch den die belasteten auf der Stange abwälzenden Lagerkugeln in den Innenraum der Hülse vorstehen, und einem durch eine Nut gebildeten zweiten geraden Führungsbahnlängsabschnitt für die rücklaufenden Kugeln im Bereich je einer Kante bestehen, die durch Bogenabschnitte zum Umlenken der Kugeln miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (10) in der Rücklaufnut (32) radial außen durch die Polygonflächen der Innenwandung der Außenhülse (12) eingeschlossen sind, daß diese Polygonflächen im Querschnitt konkave Wälzbahnen (22) für die belasteten Lagerkugeln aufweisen und daß ihre die Bogenabschnitte der Führungsbahnen (32,34) übergreifenden axialen Endbereiche (24) der konkaven Innenfläche aufgeweitet sind.

2. Kugelbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Polygonflächen (30) der inneren Hülse (14) gleich der Anzahl von Nuten (20) der äußeren Hülse (12) ist

3. Kugelbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkaven Wälzbahnen (22) gleiche Radien aufweisen.

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