DE2335743A1 - Laengsfuehrungslager - Google Patents

Description

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION

600 Grant Street

Pittsburgh, Pennsylvania 15219 /V.St.A.

Unser Zeichen: R 802

Längs führungslager

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugellager, welches sich längs einer Welle bewegen kann, d.h. also auf ein Längsführungslager. -

Die Erfindung ist eine Verbesserung des Längsführungslagers, welches in der US-Patentanmeldung Serial No. I89 898 vom 18. Oktober 1971 beschrieben wird.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Längsführungs-Kugellager, welches an einer Welle montiert werden kann und welches eine äußere Hülse und eine innere Hülse aufweist, die konzentrisch innerhalb der äußeren Hülse sitzt, wobei die innere Hülse eine Anzahl von Führungsbahnen aufweist, die Laufwege für den Umlauf einer Anzahl von Lastaufnahmekugeln und Zwischenkugeln zwischen der Welle und dem Lager bilden, wobei zwischen den Lastaufnahmekugeln Zwischenkugeln angeordnet sind, die einen Durchmesser haben, der etwas kleiner ist als der der LastaufnähmekugeIn.

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Es sind zahlreiche unterschiedliche Typen von Längsführungslagern mit umlaufenden Kugeln bekannt. Im allgemeinen sind die bekannten Längsführungslager mit umlaufenden Kugeln grundsätzlich unzulängliche Mechanismen. Diese Unzulänglichkeit wird durch die Reibung bewirkt, die zwischen den verschiedenen sich bewegenden Teilen des-Längsführungslagers mit umlaufenden Kugeln auftreten. Eine Hauptursache dieser Reibung ist die Gegendrehungswirkung der Lastaufnahmekugeln an ihren entsprechenden Kontaktstellen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Längsführungslager mit umlaufenden Kugeln liegt darin, daß diese im Betrieb relativ laut sein können. Dieses Problem tritt insbesondere da auf, wenn die verschiedenen Lagerteile verschleißen.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Längsführungslager zu schaffen, welches an einer Welle montiert werden kann und welches eine äußere und eine innere Hülse aufweist, die konzentrisch innerhalb der äußeren Hülse sitzt, wobei die innere Hülse eine Anzahl von Führungsbahnen aufweist, die für den Umlauf einer Anzahl von Lastaufnahmekugeln und Zwischenkugeln zwischen der Welle und dem Lager Laufwege bilden,wobei zwischen je zwei Lastaufnahmekugeln eine Zwischenkugel angeordnet ist, die einen Durchmesser aufweist, der etwas geringer ist als der Durchmesser der Lastaufnahmekugeln. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein hochwirksames Längsführungslager zu schaffen, welches billig herzustellen ist und einen einfachen Aufbau hat.

Ferner ist es Ziel der Erfindung, ein verbessertes Längsführungslager zu schaffen, welches überlegene LastaufnähmeCharakteristiken hat.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Längsführungslagers, welches unter der Verwendung von automatisierten Massenfertigungstechniken hergestellt werden kann.

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Es ist ebenfalls Ziel der Erfindung, ein verbessertes Längsführungslager zu schaffen, welches nur ein geringes Geräusch erzeugt und bei dem die Zwischenkugeln aus einem selbstschmierenden Kunststoffmaterial bestehen.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung dargelegt werden. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Längsführungslagers, welches an einer Welle montiert ist,

Fig. 2 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 2-2 der Fig. 3

und
Fig. 3 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie 3-3 der Fig. 2.

In den Figuren der Zeichnung ist ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Längsführungslager 10 dargestellt.

Dieses Längsführungslager kann insbesondere für eine lineare Verschiebung an einer Welle 12 montiert sein. Das Längsführungslager 10 weist eine äußere Hülse 1*1 und eine innere Hülse 16 auf. Die innere Hülse 16 sitzt konzentrisch innerhalb der äußeren Hülse I²I. Die äußere Oberfläche der inneren Hülse 16 hat im wesentlichen die Form eines Polyeders und weist eine Anzahl von axial sich erstreckenden ebenen Oberflächen auf. Die innere Hülse 16 ist ferner mit einer Anzahl von Führungsbahnen 18 ausgerüstet, die Laufwege bilden und zwar für den Umlauf der Lastaufnahmekugeln 20 und der Zwischenkugeln 22. Die innere Oberfläche der äußeren Hülse 1*1 weist im wesentlichen eine ähnliche Polyederform auf. Die Form der inneren Oberfläche der äußeren Hülse 1*1 entspricht im allgemeinen der Form der äußeren Oberfläche 18 der inneren Hülse 16. Die innere

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Oberfläche der äußeren Hülse IM weist eine Anzahl von axial sich erstreckenden ebenen Oberflächen auf. Die äußere Oberfläche der inneren Hülse 16 befindet sich in einer übereinstimmenden Lage mit der inneren Oberfläche der äußeren Hülse 14 und zwar an den entsprechenden, axial sich erstreckenden ebenen Oberflächen.

Jede der axial sich erstreckenden ebenen Oberflächen der äusseren Hülse 14 weist axial sich erstreckende Kugellaufbahnen 24 auf. Die axial sich erstreckenden Kugellaufbahnen können zwischen den Linien angeordnet sein, die durch die Schnitte der verschiedenen ebenen Oberflächen der äußeren Hülse 14 gebildet werden.

Die Zwischenkugeln 22 sind zwischen den Lastaufnahmekugeln angeordnet. Jede der Zwischenkugeln 22 weist einen Durchmesser auf, der etwas kleiner ist als der der Lastaufnahmekugeln und wird dadurch von der Last isoliert. Die Zwischenkugeln üben demgemäß unter anderem eine Leerlauffunktion zwischen den Lastaufnahmekugeln 22 aus. Die Leerlaufwirkung der Zwischenkugeln 22 verhindert die Reibung, die durch eine Gegendrehungswirkung der Lastaufnahmekugeln 20 an deren entsprechenden Kontaktstellen erzeugt wird. Diese Ausschaltung der Kontaktpunktreibung führt zu einem hochwirksamen, glatt und ruhig laufenden Lager.

Die Zwischenkugeln 22 können aus dem gleichen Material hergestellt werden wie die Lastaufnahmekugeln 20, beispielsweise aus Chromstahl. Die Materialauswahl hängt selbstverständlich von der speziellen Anwendung des Lagers, von der Belastung, der Umgebung u. dgl. ab.

Beispiele von derartigen Materialien sind Nylon, DELRIN (Handelsname der General Electric Co.), Polytetrafluorethylen, wärmegetempertes Glas u. dgl.

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Die Geräuschdämpfungseigenschaften vieler dieser Materialien vermindern den Betriebsgeräuschpegel des Längsführungslagers 10. Unter gewissen Umständen kann zusätzlich eine Zwischenkugel 22 aus Kunststoff verwendet werden, um eine Vorbelastungskraft auf die Lastaufnahmekugeln 20 auszuüben.

Halterungen, wie beispielsweise Schnappringe 26, sind an jedem Ende des Längsführungslagers 10 vorgesehen, um die innere Hülse 16 in der richtigen Lage in der äußeren Hülse 14 zu verankern, wodurch die Betriebsfähigkeit des Längsführungslagers 10 aufrechterhalten wird. Die Schnappringe 26 halten die axiale Stellung der inneren Hülse 16 gegenüber der äußeren Hülse 14 aufrecht, wobei die registrierende Lage der axial sich erstreckenden ebenen Oberflächen der inneren Hülse 16 und der äußeren Hülse 14 die radiale Lage der inneren Hülse 16 gegenüber der äußeren Hülse 14 aufrechterhält.

Die äußere Hülse: .14 kann eine im wesentlichen zylindrische Form haben und kann mit Ringnuten 28 versehen sein. Diese Nuten _{= =====}Ji8_ökönnen dazu dienen, Halterungen, wie beispielsweise Schnappringe 30, aufzunehmen,wodurch das Längsführungslager 10 innerhalb einer nicht dargestellten Buchse oder eines nicht dargestellten Gehäuses verankert wird.

Die ebenen Oberflächen der äußeren Hülse 14 können an jedem Ende in einer konkaven Endoberfläche 32 enden. Diese konkaven End=©berflachen 32 sind gegenüber den axial sich erstreckenden ebenen Oberflächen der äußeren Hülse 14 und den axial sich er-_Ä«„streckenden Kugellaufbahnen 24 ausgespart. Ein glatter Übergang ist zwischen den Laufbahnen, 24 und den konkaven Endoberflächen 32 vorgesehen und dieser Übergang wird durch eine konische Fläche 34 gebildet.

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Wie den obigen Ausführungen zu entnehmen ist, kann das beschriebene Antifriktionskugellager im allgemeinen als Längsführungslager mit umlaufenden Kugeln bezeichnet werden. Das Längsfuhrungslager 10 bildet im wesentlichen ein in Längsrichtung sich bewegendes Traglager zwischen gewissen Bauteilen, wie beispielsweise zwischen der im Vorstehenden erwähnten, nicht dargestellten Buchse und der Welle 12. Wenn sich das Längsführungslager 10 entlang der Welle 12 bewegt, wälzen sich die Lastaufnahmekugeln 20 und die Zwischenkugeln 22 ab und laufen in und durch die Führungsbahnen 18 in der inneren Hülse 16 um. Die Lastaufnahmekugeln 20 können deshalb zwei Grundstellungen einnehmen. Es handelt sich hierbei um eine aktive oder eine belastete Stellung oder eine nicht aktive oder entlastete Stellung. In der aktiven Stellung bilden die Kugeln 2*1 ein Wälzlager zwischen der äußeren Hülse Ik und damit zwischen der Buchse oder einem anderen Teil, an dem die Hülse befestigt ist und der Welle 12, wenn die Welle 12 und das Längsführungslager 10 und mit diesem die Buchse sich relativ zueinander bewegen. In der nicht wirksamen oder inaktiven Stellung tragen die Lastaufnahmekugeln 20 nicht zur Lagerung bei sondern werden in ihre aktive Stellung zurückgeführt. Wenn sich die Lastaufnahmekugeln 20 in ihrer inaktiven Stellung befinden, so haben sie keinen Kontakt mit der Welle 12. Die Lastaufnahmekugeln 20 und die Zwischenkugeln 22 laufen in einer Richtung um, die von der relativen Bewegung des Längsführungslagers gegenüber der Welle 12 abhängt. Die Lastaufnahmekugeln 20 laufen aus ihrer aktiven in die inaktive Stellung und werden von der Welle zu dem Zeitpunkt gelöst, zu dem sie auf die konischen Abschnitte J>H gelangen. Dies findet statt, ehe die Lastaufnahmekugeln 20 die Kurvenabschnitte der Führungsbahnen 18 erreichen. Auf die Zwischenkugeln 22 wird keine Last übertragen und sie laufen frei zwischen den Lastaufnahmekugeln. Die innere Hülse wird weder durch die Lastaufnahmekugeln 20 noch durch die Leerlaufkugeln 22 belastet und dient einfach als Kugelkäfig. Die Längsachse der geraden Abschnitte der

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Führungsbahnen l8, in denen die Lastaufnahmekugeln 20 in
unbelastetem Zustand laufen, verläuft im allgemeinen parallel zu den Linien, die durch die Schnitte der ebenen Oberflächen
der äußeren Hülse Ik gebildet werden. Die Lastaufnahmekugeln
20 und die Zwischenkugeln 22 können in den Laufbahnen 18 in
geführter Weise gehalten werden,wie beispielsweise durch nicht dargestellte Käfige, wobei es sich um Draht- oder Kunststoffkäfige handeln kann.

Die verschiedenen Teile des Längsführungslagers 10 können aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, wobei eine Anzahl von vollautomatischen Fertigungstechniken verwendet
werden kann. Beispielsweise kann die äußere Hülse Ik aus einem Stahl, wie dem Stahl SAE 5200, hergestellt werden. Zusätzlich könnte die Hülse beschichtet sein und/oder behandelt sein und zwar in Abhängigkeit von der Verwendung und von der Umgebung.

Wie bereits dargelegt, ist die innere Hülse 16 in wirksamer
V/eise von allen Belastungen befreit. Die innere Hülse 16 kann deshalb aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise aus Zinklegierungen, aus Kunststoff, sowie aus anderen formbaren Materialien. Die Kugeln und/oder die
verschiedenen Lagerlaufbahnen können mit einem selbstschmierenden Kunststoff beschichtet sein, wie beispielsweise mit PoIytetrafluoräthylen.

Sowohl die innere Hülse 16 als auch die äußere Hülse 1*1 können unter Verwendung von Massenfertigungstechniken hergestellt
werden. Insbesondere bietet die Gestaltung der äußeren Hülse
Ik an, diese mittels eines Räumverfahrens herzustellen. Die
innere Oberfläche der äußeren Hülse Ik, die sowohl axial sich erstreckende ebene Oberflächen und Laufbahnen 2k aufweist,
kann mittels eines Räumverfahrens hergestellt werden, wobei
ein Zug- oder Druckräumwerkzeug verxiendet wird. Vorzugsweise

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wird ein Zugräumwerkzeug für eine derartige Arbeit verwendet, da dieses Werkzeug eine geringere Neigung hat, während der spanabhebenden Arbeit an der inneren Oberfläche hängenzubleiben. Andere geeignete Bearbeitungs- und/oder Formgebungsarbeitsgänge können verwendet werden, um die innere Hülse herzustellen.

Der Zusammenbau des gesamten Längsführungslagers IO kann durch Verwendung einer automatischen Fertigungstechnik hergestellt werden.

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Claims (7)

1. ■ P a t e η t a ή Sprüche

   Längsführungslager, welches an einer Welle montiert werden kann und eine äußere und eine innere Hülse aufweist, welche konzentrisch innerhalb der äußeren Hülse sitzt, wobei die innere Hülse eine Anzahl von Führungsbahnen aufweist, die Laufwege für den Umlauf einer Anzahl von Lastaufnahmekugeln bilden, dadurch gekennzeichnet, daß Zwischenkugeln zwischen den Lastaufnahmekugeln angeordnet sind und daß diese Zwischenkugeln einen Durchmesser haben, der etwas geringer ist als der der Lastaufnahmekugeln.
2. 2. Längsführungslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastaufnahmekugeln und die Zwischenkugeln Metallkugeln sind.
3. 3. Längsführungslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastaufnahmekugeln Metallkugeln und die Zwischenkugeln nichtmetallische Kugeln sind.
4. *J. Längs führungs lager nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkugeln aus einem selbstschmierenden Kunststoff bestehen.
5. 5. Längsführungslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastaufnahmekugeln und die Zwischenkugeln durch Halterungen in den Führungsbahnen geführt sind.
6. 6. Längsführungslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkugeln Kunststoffkugeln sind und in einem vorbelasteten Zustand zwischen den Lastaufnahmekugeln angeordnet sind, so daß sie eine Vorbelastungskraft auf die Lastaufnahmekugeln ausüben.

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7. 7. Längsführungslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Zwischenkugel zwischen zwei benachbarten Lastaufnahmekugeln angeordnet ist.

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