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Kugelbüchse für Linearbewegungen
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Die Erfindung betrifft eine Kugelbüchse für Linearbewegungen, mit
einem kugelbelegte ovale Führungsbahnen aufweisenden Kugelkäfig und mit einer diesen
aufnehmenden Aussenhülse, die kugeltragende achsparallele Laufbahnabschnitte für
die Kugeln mit je zwei radial auf- bzw. absteigenden Übergängen der Kugellaufbahn
an ihren beiden Enden aufweist Aus der DE-PS 1 916 164 ist eine Kugelbüchse dieser
Art bekannt, bei der die Uebergänge jedes kugeltragenden Laufbahnabschnitts zusammen
mit diesem eine starre, mit der Aussenhülse einstückig verbundene Einheit bilden,
d.h., jeder kugeltragende Laufbahnabschnitt ist sowohl an seinen Längsrändern
als
auch an seinen beiden Enden starr mit der Aussenhülse verbunden. Bei Belastung verformt
sich somit jeder Laufbahnabschnitt ungleichmässig, d.h., nicht parallel zur Längsachse
der Aussenhülse, wodurch im Betriebszustand mögliche Unregelmässigkeiten nicht ausgeglichen
werden können.
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Hinzu kommt, dass die zum Tragen kommenden Kugeln auf dem aufsteigenden
Übergang und die freikommenden Kugeln auf dem absteigenden Übergang einer verstärkten
Rollreibung und einer zusätzlichen Gleitreibung ausgesetzt sind, welche nicht nur
zum Verschleiss der Kugeln, sondern auch zum Verschleiss der Aussenhülse führen.
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Ferner ist aus der US-PS 4 062 602 eine Kugelbüchse bekannt, deren
kugeltragende achsparallele Laufbahnabschnitte je eine kugelführende Rille aufweisen,
an deren Grund sich die tragenden Kugeln schmiegen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgrabe zugrunde, eine Kugelbüchse
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche diese nicht nur die Standzeit der
Büchse beeinträchtigenden Nachteile vermeidet, sondern die bei präziser Funktion
eine grössere Lebensdauer hat.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jeder Übergang
eine vorzugsweise quer zur Laufbahnrichtung sich erstreckende Ausnehmung aufweist,
die ein eine Art Schwachstellengelenk zwischen den über die Ausnehmung hinweg verbundenen
Abschnitten des Ubergangs bildet.
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Durch die Ausnehmung wird vorteilhaft erreicht, dass der Übergang
elastisch nachgeben kann, wenn sich eine Kugel in den im Bereich des kugeltragenden
Laufbahnabschnitts verengten Raum zwischen der Aussenhülse und einer die Kugelbüchse
aufnehmenden Welle hineinzwängt oder aus diesem Zwischenraum herauszwängt und dass
der kugel tragende Laufbahnabschnitt
der Aussenhülse durch Durchbiegung
um eine Längsachse, insbesondere an seinen beiden Enden, elastisch verformbar ist,
so dass die zum Tragen kommenden Kugeln reibungsarm in den verengten Zwischenraum
eintreten und die vom Tragen kommenden Kugeln reibungsarm aus diesem Zwischenraum
austreten.
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Es ist zwar aus der DE-OS 2 121 847 ein gattungsfremdes Wälzlager
bekannt, bei dem, damit ein mit Wälzlagern dieser Art längsverschieblich gelagerter
Werkzeugtisch während seiner Arbeitsbewegung nicht periodisch geringfügig gehoben
und gesenkt wird, wenigstens ein die Kugellaufbahn tragendes Teil in seinem Ein-
und Auslaufbereich elastisch nachgiebig ausgebildet ist, indem dieses Lagerteil
je eine als Schlitz bezeichnete Nut aufweist und dadurch ein federndes Unterteil
gebildet ist, das beim Anlauf einer Kugel nachgibt. Dieses bekannte Wälzlager lehrt
jedoch nicht mehr, als zur Vermeidung der Ursache einer speziellen nachteiligen
Wirkung eine in der bzw. gegen die Laufbahnrichtung offene Quernut in einem besonderen
Lagerkörper vorzusehen.
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Davon abweichend lehrt die Erfindung, Verschleiss durch eine im wesentlichen
in radialer Richtung offene Quernut in der Aussenhülse zu verhindern.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Kugelbüchse
ist die Ausnehmung am oberen Ende des Übergangs angeordnet, damit sowohl der Übergang
als auch der anschliessende kugeltragende Laufbahnabschnitt so stark wie möglich
federn können. Aus demselben Grunde ist es zweckmässig, wenn sich die Ausnehmung
über die ganze Breite des Übergangs erstreckt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausnehmung ein Schlitz,
so dass man eine gute Elastizität des Ubergangs und des an ihn anschliessenden kugeltragenden
Laufbahnabschnitts
erhält. Vorzugsweise ist dabei die Breite des
Schlitzes relativ klein im Vergleich mit dem Durchmesser der Kugeln, damit diese
ungehindert den Schlitz passieren können. Zweckmässig ist es auch, wenn dabei die
durch den Schlitz getrennten beiden Abschnitte des Ubergangs in Laufbahnrichtung
annähernd tangential ineinander übergehen, denn damit wird für die Kugeln ein ungestörter
stufenloser Weg erhalten.
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Die bevorzugte Ausführungsform, deren kugeltragende achsparallele
Laufbahnabschnitte, wie bekannt, je eine kugelführende Rille aufweisen, an deren
Grund sich die tragenden Kugeln schmiegen, zeichnet sich dadurch aus, dass jeder
Übergang eines tragenden Laufbahnabschnitts in seinem einstückig an die Rille angeformten,
sich bis zum Schlitz erstreckenden Abschnitt eine Mulde aufweist, welche die Kugeln
in paarweise einander bezüglich der Laufbahnrichtung gegenüberliegenden Punkten
der beiden Schenkel einer V-förmigen Kontaktlinie berührt, deren Spitze an die Rille
angrenzt. Diese Weiterbildung der erfindungsgemässen Kugelbüchse hat den besonderen
Vorteil, dass die zum Tragen kommenden Kugeln infolge ihrer Zwei-Punkt-Berührung
des Obergangs rasch die erzwungene Bewegungsart annehmen und infolge der V-Form
der Kontakt linie auf die Mitte des tragenden Laufbahnabschnitts zentriert werden.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand der durch die Zeichnung beispielhaft
dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Kugelbüchse im
einzelnen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen zur Hälfte dargestellten zentralen
Längsschnitt durch eine Kugelbüchse;
Fig. 2 einen ab- und unterbrochen
dargestellten vergrösserten Längsschnitt durch die Aussenhülse der Kugelbüchse nach
Fig. 1; Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III - III in Fig. 2; Fig. 4 eine
unterbrochen dargestellte Ansicht in Richtung des in Fig. 3 eingezeichneten Pfeiles
auf einen kugeltragenden Laufbahnabschnitt der Aussenhülse; Fig. 5 eine perspektivische
Ansicht eines Teiles der Aussenhülse der Kugelbüchse im Bereich eines Laufbahnabschnitts;
Fig. 6 einen stark vergrössert dargestellten Schnitt nach der Linie VI - VI in Fig.
4 durch einen Übergang; Fig. 7 eine Reihe von vier schematisch je in Verbindung
mit einer Kugel dargestellten Querschnitten A bis D durch eine Mulde jenes in Fig.
6 dargestellten Ubergangs an den dort eingezeichneten Stellen A bis D; und Fig.
8 eine Innenansicht des Übergangs nach Fig. 6.
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Die gezeigte Kugelbüchse sitzt auf einer gedachten Welle, zwischen
denen eine axiale Relativverschiebung möglich ist, und besteht im wesentlichen aus
mehreren Sätzen von aneinandergereihten Kugeln 10, aus einem diese aufnehmenden
Käfig 12 und aus einer Aussenhülse 14.
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Der Käfig 12 ist ein kreiszylindrischer Hohlkörper aus Kunststoffmaterial,
der mehrere gleichmässig auf den Umfang verteilte,
kugelbelegte
ovale Führungsbahnen 16 aufweist. Jede Führungsbahn 16 ist in einem ungefähr C-förmigen
Abschnitt mit einem radialen Durchbruch 18 versehen, dessen Breite überall kleiner
ist als der Durchmesser der Kugeln 10. Der ergänzende, ungefähr gerade Abschnitt
jeder Führungsbahn 16 ist mit einer einen freitragenden Bahnkern 20 haltenden Verbindung
22 versehen, welche die Kugeln 10 radial von der Welle fernhält. Dagegen können
in dem C-förmigen Abschnitt jeder Führungsbahn 16 die in diesem Abschnitt befindlichen
Kugeln 10 die Welle berühren.
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Die Aussenhülse 14 ist ein hohler Kreiszylinder aus gezogenem Stahlrohr
oder gewalztem Stahlblech, das präzis geformt ist. Seine beiden flanschartigen Enden
24 und 26 umschliessen den Kugelkäfig 12, so dass dieser in der Aussenhülse 14 axial
fixiert ist. Die lichte Weite der Enden 24 und 26 ist mindestens so gross wie der
Durchmesser der Welle. Die Aussenhülse 14 ist mit nach Zahl und Lage den geraden
Abschnitten der Führungsbahnen 16 im Käfig 12 entsprechenden, radial nach innen
gedrückten Sicken 28 versehen, die sich parallel zu den Führungsbahnen erstrecken.
Jede Sicke 28 hat ungefähr die Form eines hohlen Pyramidenstumpfes mit trapezförmigem
Längsschnitt und weist eine mittig achsparallel verlaufende kugelführende Rille
30 auf, die dem Sickenquerschnitt ein wellenförmiges Profil gibt. Die Rille 30 bildet
den kugeltragenden achsparallelen Laufbahnabschnitt der zugeordneten Kugellaufbahn,
welche durch die der Sicke benachbarte Führungsbahn 16 bestimmt ist. Die Kugeln
10 schmiegen sich an den konkaven Grund 32 der Rille 30 an. An ihren beiden weit
voneinander entfernt liegenden Enden weist jede Sicke 28 je einen rampenartigen
Ubergang 34 auf, der eine radial sanft auf- bzw. absteigende Überleitung der Kugellaufbahn
bildet. Die Steigung der Übergänge 34 ist in der Zeichnung zur Verdeutlichung stark
übertrieben dargestellt.
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Die durch den Ubergang überwundene radiale Höhendifferenz
macht
ungefähr 1mm aus.
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Jeder Ubergang 34 ist ungefähr in halber Höhe mit einem Schlitz 36
versehen, der sich über die ganze Breite des Obergangs erstreckt und eine im Vergleich
zu seiner Länge geringe Breite hat. Der schlitz 36 teilt den Übergang 34 in einen
unteren Abschnitt 34.1 und einen oberen Abschnitt 34.2, die durch den Schlitz voneinander
getrennt sind (Fig. 6). Jeder untere Abschnitt 34.1 weist eine Mulde 38 mit konkavem
Grund und konvexen Rändern auf, welche die Kugeln in paarweise einander bezüglich
der Laufbahnrichtung gegenüberliegenden Punkten der beiden Schenkel 40.1 und 40.2
einer V-förmigen Kontaktlinie 40 berührt, deren Spitze 40.3 auf der radialen Höhe
des von der Rille 30 gebildeten Abschnittes der Kugellaufbahn liegt. Am Schlitz
36 hat die Mulde 38 ihre grösste Breite, die annähernd mit der Länge des Schlitzes
übereinstimmt.
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Rollt nun eine Kugel 10 von dem oberen Abschnitt 34.2 kommend den
Obergang 34 hinauf und über den Schlitz hinweg, dann fängt die Mulde 38 die Kugel
ein und zentriert sie auf die Mittellinie der Rille 30. Dabei kann sowohl der obere
Abschnitt 34.2 als auch der untere Abschnitt 34.1 des Ubergangs 34 sowie die Rille
30 elastisch nachgeben, der Kugel also radial etwas ausweichen, um insbesondere
deren Einführung in den verengten Raum zwischen der Sicke 28 und der Welle zu erleichtern.
Durch die zweifache Reibung der Kugel 10 an den beiden Rändern der Mulde 38 wird
die zunächst nicht passende Drehbewegung der Kugel den erforderlichen kinematischen
Verhältnissen angepasst.
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L e e r s e i t e