DE2814917C2 - Kugelbüchse für Längskugelführungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kugelbüchse für eine Längskugelführung von Wellen oder dergleichen mit einem mehrere endlose Kugelschleifen enthaltenden Käfig, bei welchem die belasteten Kugelreihen von je zwei benachbarten Kugelschleifen jeweils paarweise nebeneinander angeordnet und durch einen gemeinsamen, zwei parallele Laufbahnen aufweisenden Laufbahneinsatz abgedeckt sind.

Der Käfig dient im wesentlichen der Aufnahme und Führung der Kugeln sowie der Halterung der aufbahneinsäize und kann deshalb aus einem leicht formbaren bzw. bearbeitbaren Material geringer Festigkeit hergestellt sein. Die Laufbahneinsätze nehmen die auf die Kugeln wirkenden Kräfte auf und übertragen sie auf die Wand der die Kugelbüchse umgebenden Gehäusebohrung Sie bestehen im allgemeinen aus gehärteten Stahl.

Es sind bereits Kugelbüchsen der eingangs genannten Art bekannt, bei denen die Laufbahneinsätze als massive Stahlschienen ausgebildet sind, Die bei derartigen Laufbährteinsätzen unvermeidbaren Laufbahnungenauigkeiten (insbesondere durch Härteverzug) führen dazu, daß die Lastverteilung innerhalb der Laufbahn ungleich ist Und damit die Tragzahl sowie die Lebensdauer vermindert werden (DE-OS 23 41046 und DE-AS 63 033). Ein Weiterer Nachteil ist, daß durch unvermeidbare Fertigungsungenaüigkeiten Quer-

Schnittshöhendifferenzen bßi den Laufbahneinsützen auftreten, was zu ungleicher Lastverteilung zwischen den beiden Laufbahnen und damit zu weiterer Minderung von Tragzahl und Lebensdauer führt (DE-OS 23 41 046). Durch eine kippbewegliche Lagerung der Laufbahneinsätze in Umfangsrichtung kann zwar die Lastverteilung zwischen zwei Laufbahnen eines Laufbahneinsalzes ausgeglichen werden, die ungleiche Lastverteilung innerhalb der Laufbahnen in Achsrichtung ist jedoch dadurch nicht zu beheben (DE-AS 23 63 033).

Eine andere Lösung für den Ausgleich der Lsstverteilung zweier auf einem Laufbahneinsatz angeordneter Laufbahnen ist ebenfalls in der letztgenannten Druckschrift beschreiben, und zwar ist der Laufbahneinsatz so gestaltet, daß die Laufbahnen unter Last federnd ausweichen. Abgesehen davon, daß dadurch die Steifigkeit der Kugelbüchse und damit die Präzision der Führung erheblich verringert werden, kann auch mit dieser Konstruktion eine ungleiche Lastverteilung innerhalb der Laufbahnen in Achsrichtung nicht kompensiert werden.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösungen wird noch darin gesehen, daß durch die erforderliche große Querschnittshöhe der Laufbahnen der Außendurchmesser der Kugelbüchse sehr groß w ird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kugelbüchse der eingangs gesinnten Art zu schaffen, bei welcher bei einfacher und insbesondere auch kompakier Bauweise und bei geringer Federung eine hohe Tragzahl und damit eine hohe Lebensdauer erreicht werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Maßnahmendes Anspruchs 1 gelöst.

Die Gehäusebohrung ist ohne weiteres mit einer sehr hohen Genauigkeit herstellbar, ebenso die Dickenabmessungen der Laufbahneinsälze. Dadurch, daß die Laufbahneinsätze keine hohe Eigensteifigkeit besitzen, nehmen sie selbst im wesentlichen keine Kräfte auf. sondern gebf η sie an die Gehäusebohrungswand weiter. Auf diese Weise wird die Genau: gkeit der Gehäusebohrung bestimmend für die Genauigkeit der Laufbahnen. Beim Zusammenbau der Längskugelführung werden die eventuell vorhandenen Unebenheiten der Laufbahnen in Achsrichtung dadurch ausgeglichen, daß sich das dünnwandige Material der Laiifba'ineinsätze an die Wand der Bohrung anlegt. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Lastverteilung innerhalb und zwischen den Laufbahnen gewährleistet, wodurch höchste Tragzahl bzw. Lebensdauer t'nd geringste Federung unter Belastung sichergestellt sind.

Ein die Laufbahnen verbindender Mittelsteg kann mit einem Schlitz, insbesondere Länjjsschlitz versehen sein, in welchen wenigstens eine am K ugelkäfig ausgebildete, radial nach außen weisende und mit Haltenasen versehene Befestigungszunge einrastbar ist. Diese Befestigung braucht nicht zur Aufnahme größerer Kräfte ausgelegt zu sein, da der Laufbahneinsatz sich gegen die Wand der Gehäusebohrung abstützt, wie bereits beschrieben wurde.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder Laufbahrileinsatz an seiner quer zu den Laufbahnen sich erstreckenden Querseiten mit je einem in Verlängerung des Mhüelsleges ausgebildeten Fortsatz versehen ist, wobei die Fortsätze jeweils unter auf die beiden Enden der Kugelbüchse aufschiebbare Halteringe oder dergleichen ragen. Diese Ausbildung erlaubt eine sehr einfache Bauweise des Käfigs, da die Befestigungszungen en fallen können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Befestigungsringe als auf die Enden der Kugelbüchse aufsetzbare, mit einer Kreisöffnung zum Durchtritt der Welle versehene Abschlußkappen ausgebildet. Die Abschlußkappen dienen beispielsweise dazu, die Kugelbüchse gegen Eindringen von Schmutz oder dergleichen zu schützen. Sie können dazu auch Dichtringe aufnehmen, die in entsprechende Innenabsätze des Kugelkäfigs eingesetzt sind und auf der Welle aufsitzen.

Bei der Verwendung von Käfigen mit radial nach außen offenen Kugelkanälen für die unbelasteten, rücklaufenden Kugelreihen ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Laufbahneinsätze sich in Umfangsrichtung der Kugelbüchse jeweils über die Kugelkanäle der belasteten Kugelreihen hinaus erstrekken und die jeweils zugehörigen Kugelkanäle der rücklaufenden Kugelreihen wenigstens teilweise abdekken. Diese können dann eine sehr einfache, nach außen nicht verengte Form haben, welche das Einlegen der Kugeln sehr vereinfacht. Sie werden durch die Laufbahneinsäi?.e soweit abgedeckt, daß jie verbleibende öffnung schmaler als der Kugeldurchmesser ist, so daß die Kugeln nicht herausfallen können.

In einem anderen Ausführungsbeispie! der Erfindung ist vorgesehen, daß die Laufbahneinsätze in Umfangsrichtung der Kugelbüchse im wesentlichen mit den Kugelkanälen der belasteten Kugelreihen abschließen und daß die Kugelkanäle der rückteufenden Kugelreihen radial nach außen geschlossen und radial nach innen offen sind, wobei die Öffnugen mit Randlippen versehen sind, welche die Kugeln innerhalb der Innenkonturen der Kugelbüchse halten. Es ergeben sich damit insbesondere auch in Verbindung mit den weiter vorne beschriebenen ADschlußkappen nach außen völlig geschlossene Ki'gelbüchsen. welche gegen Eindringen vom Schmutz oder dergleichen sehr gut geschützt sind.

Die Laufbahneinsätze bestehen vorzugsweise aus einem dünnen Stahlblech und ihre Querschnittsform ist durch spanlose Formung gebildet, beispielsweise durch einr· Prägung, bei der die Querschnittsdickc des Materials nicht wesentlich verändert wird. Der Kugelkäfig kann in an sich bekannter Weise aus Kunststoff oder einem anderen, leicht formbaren bzw. bzarbeitbaren Werkstoff hergestellt sein.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kugelbüchse;

Fig 2 einen Querschnitt gemäß der Linie IV-II in F i g. 1 durch die Kugelbüchse;

F i g. 3 einen Laufbahneinsatz mit Befestigungsfortsatzen;

F ι g. 4 einen Querschnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3:

F i g. 5 einen Laufbahneinsat/ mit Befestigungsschlitz;

Fig. 6 einen Querschnitt gemäß der Linie VIVI in Fig. 5;

Fig. 7 einen Querschnitt durch ein anderes Ausführüngsbeispiel einer Kugelbüchse,

Die in den Fig, 1 und 2 dargestellte Kugelbüchse 2 umfaßt einen Käfig 4 mit sechs endlosen Kugelschleifen 6. Jede Kugelschleife besteht aus einem Kugelkanal 8 für die belastete Kugelreihe 10, sinem Kugelkanal 12 für die unbelastete Kugelreihe 14 sowie je einem an den Enden der Kugelkanäle angeordneten Umlenkbogen 16,18,

Die Kugelkanäle 8 sind radial nach innen offen, so daß

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die Kugeln der belasteten Kugelreihen 10 nach innen über die Kontur 20 des Käfigs 4 hervorschauen. Sie sind auch radial nach außen offen. Die Laufbahnen je zweier benachbarter, belasteter Kugelreihen 10 werden durch einen gemeinsamen Laufbahneinsatz 22 gebildet. Wie insbesondere aus Fig.2 hervorgeht, sind die Kugelkanäle 12 der unbelasteten Kugelreihen 14 radial nach innen geschlossen, jedoch radial nach außen offen. Diese Öffnungen sind nicht verengt, so daß die Kugeln leicht eingelegt werden können. Um zu verhindern, daß die 'Kugeln aus den Kugelkanälen 12 herausfallen, ist der Laufbahneinsalz 22 in Umfangsrichtung so weit verbreitert, daß er wenigstens teilweise die Kugelk?näle 12 abdeckt, so daß die Kugeln an einem Herausfallen gehindert sind. Im Bereich der Umlenkbögen 16, 18 können die Kugelkanäle so weit verengt sein, daß die Kugeln in ihnen festgehalten werden. Die Laufbahneinsätze 22 entsprechen in ihrer axialen Länge wenigstens annähernd der Länge der geradlinigen Abschnitte der Kugelschleifen 6.

Der Laufbahneinsatz 22 ist an seiner quer zur Richtung der Kugelkanäle 8 bzw. 12 verlaufenden Querkanten mit Fortsätzen 24, 26 versehen, welche jeweils unter auf die Enden der Kugelbüchse aufgesetzte Kappen 28, 30 ragen. Auf diese Weise werden die Laufbanneinsätze am Käfig 4 fixiert. Wie Fig. 1 zeigt, sind an beiden Enden des Käfigs 4 lnnenabsätzc 32, 34 ausgebildet, in denen Dichtungen 36, 38 angeordnet sind. Die Abschlußkappen 28,30 in Verbindung mit den Dichtungen 36, 38 verschließen die Kugelbüchse in axialer Richtung gegen Eindringen von Schmutz oder dergleichen.

Der Laufbahneinsatz 22 besteht aus einem dünnwandigen, biegeelastischen Blechteil und ist durch Stanzen und Prägen geformt. An den sich in Längsrichtung erstreckenden Steg 40 schließen sich in Umfangsrichtung die Laufbahnen 42, 44 an. welche dem Radius der Kugeln angepaßt sind. An die Laufbahnen schließen sich weiter in Umfangsrichtung die die unbelasteten Kugelreihen abdeckenden Teile 46, 48 an. Wie insbesondere F i g. 4 zeigt, haben die Laufbahnbereiche sowie die daran anschließenden Abdeckbereiche im Querschnitt jeweils etwa S-Form. Die Fortsätze 24, 26 haben jeweils einen kreisbogenförmigen Querschnitt, deren Mittelpunkt auf der Kugelbüchsenachse liegt, so daß sie sich jeweils dem Rand der Abschlußkappen 28, 30. der die Fortsätze festhält, anpassen.

Bei der Montage der Kugelbüchse werden die Kugelschleifen 6 zunächst mit der erforderlichen Anzahl der Kugeln gefüllt. Sodann werden die Laufbahneinsät ze 22 aufgesetzt und durch die Abschlußkappen 30 befestigt. Jetzt können die Kugelbüchsen in die Bohrung 50 des Gehäuses, welches die Kugelbüchse aufnehmen soll, eingesetzt werden. Beim Einführen der Welle52 in die Kugelbüchse werden die jeweils tragenden Kiigelreihen 10 radial nach außen gedrückt Da die Laufbahneinsätze 22 biegeelastisch ausgebildet sind, nehmen sie selbst keine Kräfte auf, sondern weichen bis zur Anlage an die Wand der Bohrung 50 aus. Da dliese Bohrung mit einfachen Mitteln sehr präzise ausgebildet werden kann, sind auch die Laufbahnen sehr präzise, so daß eine hohe Tragzahl erreicht wird. Da das Material der Laufbahneinsätze gegen Materialkompression sehr hart ist gibt es in Diekenrichiung nicht nach, so daß keine schädliche Federung in radialer Richtung auftritt. Die F i g. 5 und 6 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel eines Laufbahneinsalzes 60. Er weist im wesentlichen die gleiche Quefschnittsform auf wie der Laufbahneinsatz gemäß den F i g. 3 und 4. Im Steg 62 ist ein Schlitz 64 ausgebildet. In diesen ist eine am Kugelkäfig 66 angeformte, mit Haltenasen 68 versehene Befestigungszunge 70 einrastbar, wie insbesondere F i g. 6 zeigt. Fortsätze entsprechend dem in den F i g. 3 und 4 gezeigten Laufbahneinsatz können entfallen.

F i g. 7 zeigt im Querschnitt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Kugelbüchse 80. Der Käfig 82 weist sviederum sechs endlose Kugelschleifen 84 auf. von denen nur zwei dargestellt sind. Die Kugelkanäle 86 der belasteten Kugelreihen sind radial nach innen sowie nach außen offen. Nach außen werden sie durch einen gemeinsamen Laufbahneinsatz 88 abgedeckt, welcher sich wiederum biegeelastisch an die Wand der die Kugelbuchse umgebenden Gehäusebohrung 90 anlegt.

Die Laufbahneinsätze weisen beiderseits des Steges 92 in Umfangsrichtung Bereiche auf. welche die Laufbahnen 94,06 bilden. Sie schließen im wesentlichen mit den Kugelküken 86 der belasteten Kugelreihen ab. Die Kugelkanäle 98 der unbelasteten Kugelreihen 100 sind im Gegensatz zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel radial nach innen offen und radial nach außen geschlossen. Die radial nach innen weisenden Öffnungen sind jeweils mit Randlippen 102, 104 versehen, welche die Kugeln innerhalb der Wanddicke des Käfigs 82 festhalten, so daß sie keine Berührung mit der Welle haben.

Die Befestigung des Laufbahneinsatzes 88 kann in der gleichen Weise erfolgen, wie anhand der F i g. 3.4 bzw. 5.6 beschrieben, und ist deshalb nicht näher dargestellt.

Die in F i g. 7 dargestellte Kugelbüchse ist an ihrem Außenumfang vollkommen geschlossen und gegen Eindringen von Schmutz geschützt. Wie zu erkennen ist, besteht der Käfig 82 aus drei jeweils einen Bogen von 120° umfassenden Segmenten 108, 110, 112. Das Segment 110 hängt mit den Segmenten 108 bzw 112 jeweils über dünne, biegsame Scharnierstege 114 bzw. 116 zusammen. Auf diese Weise kann der Käfig als flaches Band gefertigt und bei der Montage zu einer Kreisringform gebogen werden. Die Formhaltung

so sowie die Zentrierung des Käfigs erfolgt beispielsweise über Abschlußkappen, wie sie in F i g. 1 mit den Bezugszeichen 28,30 versehen sind.

Weiterhin besteht die Möglichket, die Scharnierstege 114, 116 fortfallen zu lassen and den Käfig bei der Montage durch drei getrennte Segmente aufzubauen, welche an ihren aneinanderstoßenden Rändern so geformt sind, daß sie auf ihrer ganzen radialen Dicke aneinander anliegen. _,

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Kugelbüchse für eine Längskugelführung von Wellen, oder dergleichen mit einem mehrere endlose Kugelschleifen enthaltenden Käfig, bei welchem die belasteten Kugelreihen von je zwei benachbarten Kugelschleifen jeweils paarweise nebeneinander angeordnet und durch einen gemeinsamen, zwei parallele Laufbahnen aufweisenden Laufbahneinsatz abgedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Laufbahneinsatz (22, 60, 88) aus einem dünnwandigen Blech von weniger als !,5 mm Wandstärke besteht, welches zumindest im Bereich der Laufbahnen (42, 44; 94, 96) der tragenden Kugelreihen (10, 87) derart biegeweich ist, daß sich '5 die von der Laufbahn abgewandte Außenfläche des Blechs an die Wand der die Kugelbüchse umgebenden Gehäusebohrung (50,90) anlegen kann.

2. Kugelbüchse nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, ..,.iß der die Laufbahnen verbindende Miiieisieg (62) mit einem Schütz, insbesondere einem Längsschlitz (64) versehen ist, in welchen wenigstens eine am Kugelkäfig (66) ausgebildete, radial nach außen weisende und mit Haltenasen (68) versehene Befestigungszunge (70) einrastbar ist. &

3. Kugelbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Laufbahneinsatz (22) an seinen quei zu den Laufbahnen (42,44) sich erstreckenden Querseiten mit je einem in Verlängerung des Mittelsteges ausgebildeten Fortsatz (24, 26) verse- *> hen ist. welcher jeweils unter auf die beiden Enden der Kugelbüchse aufschiebbare Halteringe oder dergleichen ragt.

4. Kugelbüchse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteringe aL auf die Enden der Kugelbüchse aufsetzbare, mit einer Kreisöffnung rum Durchtritt der Welle (52) versehene Abschlußkappen (28,30) ausgebildet sind.

5. Kugelbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahneinsät/e (22, 60) sich in Umfangsrichiung der Kugelbüchse jeweils über die Kugelkanäle (8) der belasteten Kugelreihen (10) hinaus erstrecken und die zugehörigen radial nach außen offenen Kugelkanäle (12) der rücklaufenden Kugelreihen (14) wenigstens teilweise abdecken.

6 Kugelbüchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelkanäle (12) im Käfig für die rücklaufenden Kugelreihen (14) nach außen nicht verengt sind und durch die Laufbahneinsätze (2?) wenigstens soweit abgedeckt werden, daß die verbleibende öffnung schmaler als der Kugeldurchmesser ist.

7 Kugelbüchse nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die l.aufbahneinsätze (88) in Umfangsrichtung der Kugelbüchse im wesentlichen mit den Kugelkanälen (86) der belasteten Kugelreihen (87) abschließen und daß die Kugelkanäle (98) der rücklaufenden Kugelreihen (100) radial nach außen geschlossen und radial nach innen offen sind, wobei die öffnungen mit Randlip' pen (102, 104) Versehen sind, weiche die Kugeln innerhalb der Wanddicke des Käfigs halten*

8, Kugelbüchse nach einem der Ansprüche t bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahneinsätze ⁶^ (22, 60, 88) aus Stahlblech bestehen und daß ihre Qüefschnittsförm durch spanlose Formung, z. B. durch Prägen₍ gebildet ist.

9. Kugelbüchse nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Laufbahn (42, 44) bildende und der daran anschließende, die rücklaufende Kugelreihe (14) abdeckende Teil (46, 48) jedes Laufbahneinsatzes (22) im Querschnitt etwa S-Form aufweisen.

10. Kugelbüchse nach einem der Ansprüche ! bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wavidstärke der Laufbahneinsätze (22, 60, 88) zumindes·. im Bereich der belasteten Kugelreihen (10,87) weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 40% des Kugeldurchmessers beträgt.

11. Kugelbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Laufbahneinsätze (22, 60, 88) zumindest im Bereich der belasteten Kugelreihen (10,87) weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 8% des Wellendurchmessers beträgt.

12. Kugelbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahneinsätze (22, 60, SS) zumindest im Bereich der Laufbahnen der tragenden Kugelreihen (10, 87) derart biegeweich sind, daß sich die den Laufbahnen gegenüberliegenden Außenflächen der Laufbahneinsätze am jeweiligen Ort jeder einzelenen Kugel 'unter der durch die Kugel übertragenen Stützkraft an die Wand ter die Kugelbüchse umgebenden Gehäusebohrung (50,90) anlegen.

13. Kugelbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahneinsätze (22, 60, 88) im Stegbereich (40, 62, 92). im Hinblick auf erhöhte Biegeweichheit der Laufbahnen relativ zueinander, geschwächt sind.

14. Kugelbüchse nach einem der Ansprüche 1 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahneinsätze (22, 60, 88) eine überall gleiche Querschnittsdicke aufweisen.