DE2340000A1

DE2340000A1 - Laengsfuehrungslager

Info

Publication number: DE2340000A1
Application number: DE19732340000
Authority: DE
Inventors: Albert Richard Mccloskey
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1972-08-31
Filing date: 1973-08-07
Publication date: 1974-03-07
Also published as: BR7306015D0; NL7310350A; ATA589873A; FR2198573A5; BE804254A; GB1409449A; AU5755373A; JPS4964750A; CH567671A5; AT330524B; US3832020A; ES418343A1; IT989879B; CA996985A

Description

ROCKWELL INTERNATIONAL
CORPORATION -

600 Grant Street

Pittsburgh. Pennsylvania 15219
V.St.A.

Unser Zeichen: R

Längsführungslager

Die Erfindung bezieht sich auf ein Längsführungslager und insbesondere auf ein Kugellager, welches so ausgebildet ist, daß es sich in Längsrichtung längs einer Welle bewegen kann. Durch die Erfindung wird eine Verbesserung gegenüber dem Längsführungslager geschaffen, welches in der US-Patentanmeldung Serial No. I89 898 beschrieben ist.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Antifriktions-Kugellager, welches so ausgebildet ist, daß dieses an einer Welle montiert werden kann, wobei diese Kugellagerbaugruppe eine äußere Hülse und eine innere Hülse aufweist, die konzentrisch innerhalb der äußeren Hülse sitzt und wobei die innere Hülse eine Anzahl von Führungsbahnen aufweist, die Laufbahnen für den Umlauf einer Anzahl von Lastaufnahmekugeln aus Kunststoff zwischen der Welle und dem Lager bilden.

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Die Lastaufnahmekugeln aus Kunststoff können mit einem Metallkern oder mit einem Kern aus gehärtetem Kunststoff ausgerüstet sein.

Es sind bereits zahlreiche verschiedene Typen von Längsführungslagern bekannt. Im allgemeinen sind jedoch die bekannten Längsführungslager nicht zufriedenstellend. Diese Unzulänglichkeit beruht auf der Reibung, die zwischen den verschiedenen sich bewegenden Teilen der Längsführungslager auftritt. Eine Ursache dieser Reibung ist die rollende Reibung der Lastaufnahmekugelr» auf den Laufbahnen der äußeren Hülse.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Langsführungslager besteht darin, daß sie im Betrieb verhältnismäßig laut sind. Dieses Problem ist selbstverständlich mit dem Problem des Versihleiii'is der Lagerbes bandteile verbunden.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Längsführungslager zu schaffen, welches an einer Welle montiert werden kann und welches eine äußere Hülse und eine innere Hülse aufweist, die konzentrisch i.nnerhalb der äußeren Hülse sitzt, wobei die innere Hülse eine Anzahl von Führungsbahnen aufweist, die Laufbahnen für den Umlauf einer Anzahl von Lastaufηahmekugeln aus Kunststoff bilden« Die Lastaufnahmekugeln aus Kunststoff sind zur Verstärkung mit einem Metallkern oder mit einem Kern aus gehärteten! Kunststoff versehen.

Es ist ein weiteres Ziel der· Erfindung» ein hochwirksames Längsführungslager zu schaffen> welches billig hergestellt werden kann und im Aufbau einfach ist.

Ferner ist es Ziel der Erfindung, ein verbessertes Längsführungslager zu schaffen, welches insbesondere für einen Präzisionsbetrieb bei geringer Be.T*.öWng geeignet ist.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist darin zu sehen, ein Längsführungslager zu schaffen, welches unter Verwendung von automatisierten Massenfertigungstechniken hergestellt werden kann.

Es ist ebenfalls Ziel der Erfindung, ein Längsführungslager zu schaffen, welches wenig Geräusche erzeugt.

Ein weiteres wesentliches Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Längsführungslager zu schaffen, bei dem die Lastaufnahmekugeln aus Kunststoff elektrisch die Welle gegenüber dem Lager isolieren, sowie jedes Element oder jeden Bauteil, der mit dem Lager verbunden ist.

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

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

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht einer Ausführungsform einer Lastaufnahmekugel, die bei dem in Fig. dargestellten Lager verwendet werden kann und

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Lastaufnahmekugel, die bei dem in Fig. 1 dargestellten Längsführungslager verwendet werden kann.

In Fig. 1 ist ein verbessertes Längsführungslager dargestellt, welches allgemein mit 10 bezeichnet ist.

Dieses Antifriktions-Kugellager ist insbesondere so ausgebildet, daß es für eine lineare Verschiebung an einer Welle

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12 montiert werden kann. Das Längsführungslager 10 weist eine äußere Hülse 1*1 und eine innere Hülse 16 auf. Die Hülse 16 sitzt konzentrisch innerhalb der äußeren Hülse I¹I. Die äußere Oberfläche der inneren Hülse 16 kann polyedrisch oder ein Vielflächner sein und weist eine Anzahl von axial sich erstreckenden, nicht dargestellten ebenen Oberflächen auf. Die innere Hülse 16 weist ferner eine Anzahl von in Form einer geschlossenen Schleife verlaufenden Führungsbahnen 18 auf, welche Laufbahnen für den Umlauf von Lastaufnahmekugeln 20 aus Kunststoff bilden. Die innere Oberfläche der Hülse I¹J kann ebenfalls im wesentlichen polyedrisch sein oder ein Vielflächner. Die innere Oberfläche der äußeren Hülse I¹I weist eine Anzahl von axial sich erstreckenden ebenen Oberflächen auf. Die Form der inneren Oberfläche der äußeren Hülse 14 entspricht im wesentlichen der Form der äußeren Oberfläche 18 der inneren Hülse 16. Die äußere Oberfläche der inneren Hülse 16 kann in einer Registerlage zur inneren Oberfläche der äußeren Hülse 14 an den entsprechenden axial sich erstreckenden ebenen Oberflächen angeordnet sein.

Jede der axial sich erstreckenden ebenen Oberflächen der äußeren Hülse 14 ist mit axial sich erstreckenden Lagerlaufbahnen 2h ausgerüstet.

Die Lastaufnahmekugeln 20 können vollständig aus Kunststoff hergestellt werden, wie beispielsweise aus Nylon-Produkten, Acetalen (einschließlich Acetal, TFE-faserverstärkt), PoIykarbonaten und gewebeverstärkten Phenolharzen.

Durch diese Materialien erhalten die Lastaufnahmekugeln 20 aus Kunststoff sowohl eine hohe Zugfestigkeit als auch eine hohe Schlagfestigkeit. Lastaufnahmekugeln 20, die aus derartigen Kunststoffen hergestellt sind, weisen eine verhältnismäßig hohe .Dauerfestigkeit auf und eine große Stabilität bei höheren Betriebstemperaturen.

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Die Lastaufnahmekugeln 20 aus Kunststoff können auf die erforderlichen Toleranzen bearbeitet oder geformt sein, wobei automatisierte Massenfertigungstechniken verwendet werden können. Halterungen, wie beispielsweise Schnappringe 26, sind an jedem Ende des Längsführungslagers 10 vorgesehen, um die innere Hülse 16 in der äußeren Hülse 14 zu verankern, wodurch der bauliche Zusammenhalt des Längsführungslagers 10 erzielt wird. Die Schnappringe 26 halten die axiale Lage der inneren Hülse 16 gegenüber der äußeren Hülse 14 aufrecht, wobei die sich in einer registrierenden Lage befindlichen axial erstreckenden ebenen Oberflächen der inneren Hülse 16 und der äußeren Hülse 14 die radiale Stellung der inneren Hülse 16 gegenüber der äußeren Hülse 14 aufrechterhalten.

Die äußere Oberfläche der äußeren Hülse 14 kann im wesentlichen eine zylindrische Form haben und kann Ringnuten 28 aufweisen. Die Nuten sind dazu bestimmt, Halterungen, wie beispielsweise nicht dargestellte Schnappringe, aufzunehmen, mittels welchen das Längsführungslager 10 innerhalb einer Buchse oder in einem Gehäuse gehalten wird.

Die ebenen Oberflächen der äußeren Hülse 14 können an jedem Ende in eine konkave Endoberfläche 32 auslaufen. Diese konkaven Endoberflächen 32 sind gegenüber den axial sich erstreckenden ebenen Oberflächen der äußeren Hülse 14 und den axial sich erstreckenden Laufbahnen 24 ausgespart. Ein glatter übergang wird zwischen den Laufbahnen 24 und den konkaven Endoberflächen 32 durch eine konische Oberfläche 34 erzielt.

Das Antifriktionslager 10 ist im allgemeinen ein Längsführungslager mit umlaufenden Kugeln. Insbesondere ist das Lager 10 ein linear bewegliches Längsführungslager für einen Bauteil, wie er oben erwähnt wurde, nämlich einer nicht dargestellten Buchse oder Hülse und der Welle 12. Wenn sich

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das Längsführungslager 10 entlang der Welle 12 bewegt, so wälzen sich die Lastaufnahmekugeln 20 in den Führungsbahnen 18 ab und laufen in diesen Führungsbahnen in der inneren Hülse 16 um. Die aus Kunststoff bestehenden Lastauf ηahmekugeln 20 weisen grundsätzlich zwei Betriebsstellungen auf und zwar eine aktive .oder Laststellung und eine inaktive oder unbelastete Stellung. In der aktiven oder Laststellung bilden die Kunststoffkugeln 20 ein Wälzlager zwischen der äußeren Hülse I^ und damit der Buchse, die mit dieser Hülse verbunden ist und der Welle 12, wenn sich die Welle 12 und das Lager 10 und damit die Buchse relativ zueinander bewegen. In der inaktiven oder unbelasteten Stellung leisten die Lastaufnahmekugeln 20 aus Kunststoff keine Nutzarbeit sondern werden in ihre aktive Stellung zurückgeführt. Wenn sich die Lastaufnahmekugeln in ihren unbelasteten oder inaktiven Stellungen befinden, haben sie keinen Kontakt mit der Welle Die Lastaufnahmekugeln 20 laufen in einer Richtung um, die von der Relativbewegung des Längsführungslagers 10 gegenüber der Welle 12 absinkt. Die Lastaufnahmekugeln 20 aus Kunststoff gelangen aus ihrer aktiven in die inaktive Stellung und werden von der Welle 12 zu der Zeit gelöst, zu der diese den konischen Abschnitt 3^ erreichen. Dies findet statt, ehe die Lastaufnahmekugeln 20 den gekrümmten Endabschnitf der Laufbahnen erreichen. Auf die innere Hülse 16 wird demzufolge keine Last durch die Lastaufnahmekugeln 20 übertragen und diese Hülse dient einfach als Käfig für die Lastaufnahmekugeln 20 aus Kunststoff. Die Längsachsen der geradlinigen Abschnitte der geschlossenen Pührungsbahnschleifen l8₃ in dem die Lastaufnahmekugeln 20 aus Kunststoff im unbelasteten Zustand laufen, verlaufen im allgemeinen parallel zu den Linien, die durch die Schnitte der ebenen Oberflächen der äußeren Hülse Ik gebildet werden. Die Lastaufnahmekugeln werden in den Laufbahnen 18 in einer gesteuerten Lage geführt und zwar durch eine nicht dargestellte Zusatzkäfiganordnung 18, wobei dieser Käfig beispielsweise aus Draht oder aus Kunststoff gebildet sein kann.

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Es sei nunmehr auf Fig. 2 Bezug genommen. In dieser Figur ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Lastaufnahmekugel 36 dargestellt, die in dem Längsführungslager 10 verwendet werden kann. Der Unterschied zwischen den Lastaufnahmekugeln 20 und 36 besteht darin, daß die Lastaufnahmekugeln 36 einen Metallkern haben und die Kugeln 20 ganz aus Kunststoff bestehen. Die Lastaufnahmekugel 36 weist eine äußere Schicht aus Kunststoff 38 auf und dieser Kunststoff kann aus der im Vorstehenden erwähnten Gruppe von Kunststoffen gewählt sein, aus denen die Lastaufnahmekugeln 20 hergestellt werden können.

Die Lastaufnahmekugel 36. weist einen Metallkern ²IO auf, durch den die Festigkeitseigenschaften der Kugeln 36 verbessert werden. Die Kerne können aus verschiedenen Metallen bestehen, beispielsweise aus Aluminium, Stahl u. dgl. Die Oberfläche des Kernes ¹IO kann aufgerauht sein, um die Verbindung zwischen der Kunststoffschicht 38 und dem Kern ¹IO zu verbessern.

Es sei nunmehr auf Fig. 3 Bezug genommen. Die Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Lastaufnahmekugel 42, die bei dem Längsführungslager 10 der Fig. verwendet werden kann. Der Unterschied zwischen den Lastaufnahmekugeln 36 und 42 besteht darin, daß die Lastaufnahmekugeln 42 einen gehärteten Kunststoffkern haben, während die Kugeln 36, wie oben ausgeführt, einen Metallkern 40 haben. Die Lastaufnahmekugeln 42 weisen eine äußere Kunststoffschicht 44 auf, wobei das Material aus der Gruppe von Kunststoffen ausgewählt werden kann, aus denen die vollständigen Kunststofflastaufnahmekugeln 20 hergestellt werden können.

Die Lastaufnahmekugeln 42 weisen gehärtete Kunststoffkerne auf, durch die die Festigkeitseigenschaften der" Kugeln 42 verbessert werden. Der Kern kann aus verschiedenen Kunststoffmaterialien hergestellt werden, wie beispielsweise aus ver-

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dichtetem Nylon, Acetalen oder Phenolharzen. Der Kern 46 kann auch noch mit Materialien ausgerüstet werden, wie beispielsweise mit Metallspänen, um die gesamte Schlagfestigkeit der Kugel 42 zu verbessern.

Es sei bemerkt, daß die Lastaufnahmekugeln 20, 36 und 42 in einem vorbelasteten Zustand im Längsführungslager angeordnet werden.

Die verschiedenen Bauteile des Längsführungslagers IO können aus einer großen Vielzahl von Materialien hergestellt werden, wobei eine Anzahl von vollautomatischen Herstellungstechniken verwendet wird. Beispielsweise kann die äußere Hülse 14 aus einem Stahl, wie beispielsweise aus dem Stahl SAE 5200 hergestellt sein. Zusätzlich kann die Hülse in einer geeigneten Weise beschichtet und/oder behandelt sein und zwar in Abhängigkeit vom Verwendungszweck und der Umgebung.

Wie bereits dargestellt, ist die innere Hülse 16 effektiv von einer Lastaufnahme befreit. Die innere Hülse 16 kann deshalb ebenfalls aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise aus Zinklegierungen, aus Kunststoffen oder aus anderen formbaren Materialien. Die verschiedenen Lageroberflächen des Längsführungslagers können mit einem geeigneten selbstschmierenden Kunststoff beschichtet sein, wie beispielsweise mit Polytetrafluoräthylen.

Sowohl die innere Hülse 16 als auch die äußere Hülse 14 können unter Verwendung von Massenfertigungstechniken hergestellt werden. Der Aufbau der äußeren Hülse 14 ist derart, daß sie insbesondere mittels eines Räumvorganges oder durch Hohlziehen hergestellt werden kann. Die innere Oberfläche der äußeren Hülse 14, die sowohl die axial sich erstreckenden ebenen Oberflächen und die Laufbahnen 24 aufweisen, können mittels eines Räumverfahrens hergestellt werden, wobei ein

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Zugräumwerkzeug oder ein Druckräumwerkzeug verwendet werden kann. Vorzugsweise wird ein Zugräumwerkzeug verwendet, weil es weniger dazu neigt, während des Schneidens der inneren Oberfläche hängen zu bleiben. Andere Bearbeitungs- und/oder Formgebungsverfahren können ebenfalls verwendet werden, um die innere Hülse herzustellen. Der Zusammenbau des gesamten Längsführungslagers kann durch Verwendung von automatisierten Arbeitsgängen durchgeführt werden.

Ein anderer wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß die Lastaufnahmekugeln 20 oder 36 aus Kunststoff verwendet werden können, um elektrisch die Welle 12 gegenüber dem Längsführungslager zu isolieren. Dies erfolgt dadurch, daß die Kunststofflastaufnahmekugeln im wesentlichen aus einem nicht leitenden Material bestehen. Es sei jedoch bemerkt, daß die Kugeln gegebenenfalls auch so ausgebildet sein können, daß sie elektrisch leitend sind und zwar durch die Verwendung von geeigneten Füllstoffen oder anderen Leiterelementen.

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Claims

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Patentansprüche

Längsführungslager, welches an einer Welle montiert ist und welches aus einer äußeren Hülse und einer inneren Hülse besteht, die konzentrisch innerhalb der äußeren Hülse sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Hülse eine Anzahl von Führungsbahnen hat, die Laufbahnen für den Umlauf einer Anzahl von Lastaufnahmekugeln aus Kunststoff bilden.
2. Längsführungslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastaufnahmekugeln vollständig aus Kunststoff bestehen.
3. Längsführungslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lastaufnahmekugel aus Kunststoff einen Metallkern aufweist, der von einer Kunststoffschicht umgeben ist, wobei die Kunststoffschicht mit dem Metallkern verbunden ist.
4. Längsführungs lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkern eine aufgerauhte Oberfläche hat, um die Verbindung zwischen der Kunststoffschicht und dem Metallkern zu verbessern.
5· Längsführungslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lastaufnahmekugeln aus Kunststoff einen gehärteten Kunststoffkern aufweist, der von einer Kunststoffschicht umgeben ist, wobei diese Kunststoffschicht mit dem gehärteten Kunststoffkern verbunden ist.
6. Längsführungslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastaufnahmekugeln aus Kunststoff in einem vorbelasteten Zustand in den Führungsbahnen angeordnet sind.

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7. Längsführungslager nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der gehärtete Kunststoffkern weiterhin Verstärkungsoder Versteifungsmittel aufweist.
8. Längsführungslager nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsmittel Metallspäne umfassen.
9· Längsführungslager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastaufnahmekugeln aus Kunststoff aus einem mit Gewebe verstärktem Kunststoff hergestellt sind.
10. Längsführungslager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffe aus der Gruppe ausgewählt sind, die Nylon-Produkte, Acetale, faserverstärktes Tetrafluoräthylen, Polykarbonate, Phenolharze und faserverstärkte Phenolharze umfassen.

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