DE3015430C2

DE3015430C2 - Lineare Kugellagereinheit und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE3015430C2
Application number: DE3015430A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tokio/Tokyo Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1979-04-28
Filing date: 1980-04-22
Publication date: 1984-05-03
Also published as: GB2054764B; DE3015430A1; GB2054764A; FR2455206A1; US4310202A; JPS6229651B2; JPS55159323A; IT8048504A0; IT1143147B; FR2455206B1

Description

(a) einen ersten Verfahrenschritt des Ausbildens einer im Querschnitt kreisbogenförmigen Innenwand in einem Lagergehäuserohling;

(b) einen zweiten Verfahrensschritt des abwechselnden und axialen Ausbildens einer Mehrzahl von Führungsrillen für belastete Kugeln und einer Mehrzahl von Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln in der Oberfläche der Innenwand, wobei beide Rillen bzw. beide Arten von Rillen angenähert U-förmige Rillenwände haben und auf einem gleichen Kreis ausgebildet sind und wobei ferner die Führungsrillen für belastete Kugeln eine Breite haben, die etwas größer als diejenige der Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln ist;

(c) einen dritten Verfahrensschritt des Ausbildens einer kreisförmigen Rille an jedem Endteil des Lagergehäuserohlings, die eine Tiefe hat welche etwas tiefer bzw. größer als diejenige von jeder der Führungsrillen ist und jede bzw. je eine Führungsrille für belastete Kugeln und ihre entsprechende Führungsrille für nichtbelastete Kugeln verbindet, so daß auf diese Weise eine Leiste zwischen jeder bzw. je einer der Führungsrillen für belastete Kugeln und ihrer entsprechenden Führungsrille für nichtbelastete Kugeln ausgebildet wird;

(d) einen vierten Verfahrensschritt des Ausbildens einer Mehrzahl von endlosen Laufrillen, die beim Zusammenbauen mit dem Lagergehäuse in Fluchtung mit den Führungsrillen für belastete und nichtbelastete Kugein des Lagergehäuses sind, wobei weiterhin ein langer Schlitz jeweils an einer Stelle ausgebildet wird, die sich in Übereinstimmung mit jeder der Führungsrillen für belastete Kugeln befindet, wobei ferner eine Leiste zwischen Rillen zum Führen von nichtbelasteten Kugeln ausgebildet wird;

(e) einen fünften Verfahrensschritt des Anbringens von einem Kugelkäfig in einem Lagergehäuse, des Einfüllens einer Anzahl von Kugeln in die Rillen dieses Kugelkäfigs und dieses Lagergehäuses, so daß ein endloses Rollkugellager ausgebildet wird, und des Zusammenbauens einer Spurstange, die eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Schultern hat, mit dem endlosen Rollenkugellager in einer solchen Weise, daß die Schultern in Ausnehmungen passen, die von belasteten Kugeln und dem erwähnten einen Kugelkäfig begrenzt sind.

Aus der GB-PS 15 38 245 des Erfinder? ist eine lineare Kugellagereinheit der eingangs genannten Art bekannt, die jedoch den Nachteil hat, daß ihr Lagergehäuse zur Aufnahme des Kugelkäfigs, der belasteten Kugeln und der nichtbelasteten Kugeln sowie der Spurstange eine C-förmige Ausnehmung hat, deren Innenfläche sich im Querschnitt etwa über zwei Drittel eines vollen Kreises erstreckt. Das bedeutet einen hohen Materialverbrauch, weil dann, wenn die Innenwand des Lagergehäuses zunächst als zylindrische Bohrung in einer Stange aus Vollmaterial ausgebildet wird, wonach Führungsrillen in diese Innenwand eingearbeitet werden, ein Teil der Stange in Längsrichtung weggeschnitten werden muß, der als Abfall übrig bleibt. Außerdem ist es verhältnismäßig schwierig, die Führungsrillen für die Kugeln einer Endbearbeitung mit einem großen und damit vorteilhaften Schleifwerkzeug zu unterziehen, weil der C-förmige Querschnitt den Zugang zu den jeweiligen Flächen der

Kugelrillen erschwert und ein verhältnismäßig kleines Schleifwerkzeug erforderlich macht. Schließlich ist die Aufnahme einer großen, aufwärtsgerichteten Last bei der linearen Kugellagereinheit nach der GB-PS 15 38 245 nicht optimal.

Eine ähnliche lineare Kugellagereinheit ist in der DE-OS 23 48 231 des Erfinders beschrieben, welche die gleichen Nachteile wie die lineare Kugellagereinheit nach derGB-PS15 38 245hat.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Iineare Kugellagereinheit der im Prinzip in der GB-PS 15 38 245 angegebenen Art so auszubilden, daß sie große, nach aufwärts gerichtete Lasten aufnehmen kann und gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, is daß der Querschnitt der Innenwand des Lagergehäuses halbkreisförmig ist; daß der äußere Querschnitt des Lagergehäuses im wesentlichen ein halbes Quadrat hat, wobei sich der Krümmungsmittelpunkt der halbkreisförmigen Innenwand in der Mitte des Quadrats befindet, und daß der Kugelkäfig abgesehen von den Laufrillen im wesentlichen den Querschnitt eines halben Rohrs hat, wobei die Spurstange mit dem endlosen Rollkugellager in einer solchen Weise zusammengebaut ist, daß die Linie, welche einen ersten Kontaktpunkt zwischen einer belasteten Kugel und der Spurstange und einen zweiten Kontaktpunkt zwischen der gleichen belasteten Kugel und dem Lagergehäuse verbindet, eine Linie, die sich zwischen den diametral entgegengesetzten Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln erstreckt, unter einem ersten spitzen Winkel λ trifft, und daß außerdem die Linie, welche einen dritten Kontaktpunkt zwischen einer anderen belasteten Kugel und der Spurstange und einen vierten Kontaktpunkt zwischen der gleichen belasteten Kugel und dem Lagergehäuse verbindet, eine Linie, die sich senkrecht zu der ersten Linie erstreckt und durch die Mitte der Innenwand des Gehäuses hindurchgeht, unter einem zweiten spitzen Winkel trifft.

Außerdem soll mit der Erfindung ein Verfahren zum kostengünstigen Herstellen einer solchen linearen Kugellagereinheit zur Verfügung gestellt werden.

Dieses Verfahren, das die eingangs genannten fünf Verfahrensschritte (a) bis (e) umfaßt, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß

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(f) im ersten Verfahrensschritt die Innenwand als im Querschnitt zylindrische Innenwand axial und mittig durch eine langgestreckte, im Querschnitt quadratische Stange ausgebildet wird und

(g) zwischen dem dritten und vierten Verfahrensschritt ein weiterer Verfahrer.sschritt des Teilens der Stange längs diametral entgegengesetzter Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln, so daß halbgeteilte Lagergehäuse ausgebildet werden, die eine Innenwand von einem halbkreisförmigen Querschnitt haben, ausgeführt wird.

Wenn bei diesem Verfahren der Kugelkäfig nicht aus Kunststoff, sondern aus Stahl hergestellt wird, dann läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft auch bezüglich des Käfigs materialsparend so ausführen, daß der vierte Verfahrensschritt, also die Ausbildung des Käfigs, an einem Stahlrohr ausgeführt wird, und daß 2wischen dem vierten und fünften Verfahrensschritt ein weiterer Verfahrensschritt des Ausbildens von zwei halbgeteilten Kugelkäfigen durch Teilen des verformten Stahlrohrs längs diametral entgegengesetzter Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln ausgeführt wird.

Wie sich aus dieser Lösung ergibt, wird mit der Eirfindung tatsächlich eine lineare Kugellagereinheit geschaffen, die große nach aufwärts gerichtete Lasten aufnehmen kann, ohne daß die Abmessungen der Kugellagereinheit gegenüber anderen Kugellagereinheiten vergrößert werden müssen, und das gleichzeitig mit verhältnismäßig niedrigen Herstellungskosten hergestellt werden kann, weil durch die Halbteilung der quadratischen Stange und die Halbteilung des Stahlrohrs der Materialabfall wesentlich vermindert wird.

Es ist zwar aus der ebenfalls auf den Erfinder der vorliegenden linearen Kugellagereinheit zurückgehenden DE-OS 30 05 579 eine lineare Kugellagereinheit vorgeschlagen worden, die so ausgebildet ist, daß sie große nach aufwärts gerichtete Lasten aufnehmen kann, jedoch ist diese lineare Kugellagereinheit baulich völlig anders ausgebildet, da hier die nichtbelasteten Kugeln durch Durchgangslöcher laufen, welche in dem Lagergehäuse vorgesehen sind und da auch die Ausnehmung des Lagergehäuses, welche die Rillen für die belasteten Kugeln aufweist und den Kugelkäfig sowie die Spurstange aufnimmt, im Querschnitt nicht kreisbogenförmig ausgebildet ist; abgesehen hiervon verläuft die Linie, welche die Berührungspunkte der oberen belasteten Kugeln mit der Spurstange einerseits und mit dem Lagergehäuse andererseits verbindet, ebenso wie bei den Kugellagern nach der GB-PS 15 38 245 und der DE-OS 23 48 231 senkrecht und nicht, wie bei der Erfindung unter einem spitzen Winkel zur Senkrechten.

Weiterbildungen der linearen Kugellagereinheit nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die F i g. 1 bis 11 der Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer langgestreckten quadratischen bzw. im Querschnitt im wesentlichen quadratischen Stange, die eine innere zylindrische Wand hat, in der eine Mehrzahl von Kugelführungsnuten bzw. -rillen ausgebildet ist. vor dem Aufteilen in eine obere und untere Hälfte, die Lagergehäuse sind, und zwar jedes bzw. je für eine lineare Kugellagereinheit gemäß einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung;

F i g. 2 eine Querschnittsansicht eines ungeteilten Kugelhalters bzw. -käfigs, bevor dieser in die lineare Kugellagereinheit eingebaut wird;

F i g. 3 eine querverlaufende Querschnittsansicht einer zusammengebauten linearen Kugellagereinheit gemäß der obigen Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 4 eine in Längsrichtung verlaufende Querschnittsansicht der Lagereinheit der F i g. 3, jedoch ohne die Spurstange;

Fig.5 eine in Querrichtung verlaufende Querschnittsansicht der Spurstange;

Fig.6 eine in Querrichtung verlaufende Querschnittsansicht einer linearen Kugellagereinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

F i g. 7 eine querverlaufende Querschnittsansicht die eine Art und Weise des Schleifens und der Endbearbeitung von R-Rillen für Kugeln in der Innenwand eines halbgeteilten Lagergehäuses zeigt;

Fig.8 eine zur Erläuterung dienende Veranschaulichung, welche die Wirkung von belasteten Kugeln in einem konventionellen Lagergehäuse zeigt;

F i g. 9 eine schematische, zur Erläuterung dienende Zeichnung, gemäß der die lineare Kugellagereinheit in

der Vertikalrichtung verwendet wird;

Fig. 10 eine schematische, zur Erläuterung dienende Zeichnung, gemäß der die lineare Kugellagereinheit in der Horizontalrichtung angewandt wird; und

Fig. 11a und lib zur Erläuterung dienende Veranschaulichungen, von denen jede die Wirkung von belasteten Kugeln zeigt, die zwischen einer R-RiIIe eines halbgeteilten Lagergehäuses und den R-Rillen, welche auf beiden Seiten einer Schulter einer Spurstange ausgebildet sind, vorgesehen sind.

Es seien nun bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine langgestreckte quadratische bzw. im Querschnitt im wesentlichen quadratische Stange bezeichnet, die eine hohe Festigkeit und eine ausgezeichnete Abnutzungsbeständigkeit bzw. Verschleißfestigkeit hat. Die quadratische Stange 10 wird zu einer vorbestimmten Länge zugeschnitten, und es wird eine zylindrische Innenwand axial durch die Stange 10 ausgebildet. Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln sind mit den Bezugszeichen 12a bis 12c/ bezeichnet. Diese Rillen bzw. Nuten werden im querverlaufend ausgeführten Querschnitt durch U-förmige Rillenwände begrenzt und sind im Abstand voneinander sowie diametral entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zueinander angeordnet. Mit den Bezugszeichen 13a bis 13c/ sind Führungsrillen für belastete Kugeln bezeichnet, und diese Kugeln sind im quer ausgeführten Querschnitt auf dem gleichen Kreis wie die vorstehend beschriebenen Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln 12a bis 12 vorgesehen sowie abwechselnd mit den letzteren Rillen bzw. Nuten angeordnet, so daß auf diese Weise eine Mehrzahl von Leisten, Graten, Rücken, Firsten o. dgl. 14 bis 21 ausgebildet sind, die nachstehend zusammengefaßt als Leisten bezeichnet werden. An beiden Seitenwänden jeder der Leisten oder, mit anderen Worten, in den Kugelführungsrillen 12a bis 12c/und 13a bis 13c/sind R-Rillen ausgebildet, von denen jede im querverlaufenden Querschnitt eine Krümmung hat, die eng derjenigen jeder der belasteten Kugeln 22 und der nichtbelasteten Kugeln 22' angepaßt ist bzw. entspricht (siehe F i g. 7).

An beiden Endteilen der quadratischen Stange 10 sind kreisförmige Nuten bzw. Rillen 24, 25 ausgebildet, die dazu dienen bzw. geeignet sind, die Rollrichtung ihrer jeweiligen Kugeln zu ändern. Diese kreisförmigen Rillen 24, 25 haben die gleichen querverlaufenden Querschnittsdimensionen wie die Führungsrillen, ohne daß eine Notwendigkeit für geneigte Stufen besteht, da die Führungsrillen 12a bis 12c/ für nichtbelastete Kugeln und die Fühningsrillen 13a his l.lr/den gleichen Radius im querverlaufenden Querschnitt haben.

Auflager für Kugelkäfige sind jeweils mit den Bezugszeichen 26 und 27 versehen. Die Auflager sind an ihren jeweiligen Stirnflächen 28 und 29 ausgebildet, indem die oben beschriebenen kreisförmigen Rillen 24, 25 zum Ändern der Rollrichtung ihrer jeweiligen Kugeln ausgebildet werden (siehe F i g. 4). Mit den Bezugszeichen 30 und 31 sind jeweils eine Seitenplatte mit einer Staubdichtung und eine Nut zur Aufnahme eines Sprengrings bezeichnet, die nahe bei jeder der Stirnflächen 28 und 29 ausgebildet bzw. angeordnet sind (siehe F i g. 4).

Schlitze 32 und 32' werden mittels eines Schneidwerkzeugs ausgebildet, und die quadratische Stange 10 wird längs eines Durchmessers derselben in zwei Halften zerteilt, d. h. in halbgeteilte Lagergehäuse 10¹ und 10² (siehe F ig. 1).

Eine Kugelkäfigeinheit ist mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnet, und sie besteht aus sich in Längsrichtung erstreckenden Teilen 41a bis 41Λ, die mittels Zwischen- bzw. Trennwänden 42 voneinander getrennt sind. Jeder der sich in Längsrichtung erstreckenden Teile 41a bis 41Λ, beispielsweise der Teil 41a, hat in Querrichtung eine solche Breite, daß er sich über seine entsprechende Leiste 14, die Führungsrille 12a für nichtbelastete Kugeln und die Führungsrille 13a für belastete Kugeln erstreckt (siehe F i g. 2).

Die Kugelkäfigeinheit 40 kann in der folgenden Weise ausgebildet werden. Ein dünnwandiges Stahlrohr, das einen Durchmesser hat, der im wesentlichen gleich demjenigen der zylindrischen Innenwand 11 der quadratischen Stange 10 ist, wird zwischen der erhabenen und vertieften Form einer Presse angeordnet. Dieses Stahlrohr wird dann in mehreren Stufen einer plastischen Deformation ausgesetzt, bis die sich in Längsrichtung erstreckenden Teile 41a bis 41Λ zusammen mit den Zwischenwänden 42 sowie Vorsprüngen an beiden Endteilen (siehe F i g. 4) ausgebildet worden sind.

Lange Schlitze 45a bis 45Λ sind Fenster, die hindurchgehend durch jeden der sich in Längsrichtung erstrekkenden Teile 41a bis 41Λ an Stellen ausgebildet sind, weiche den Führungsrillen 13a bis 13c/, die für belastete Kugeln vorgesehen sind, der quadratischen Stange 10 entsprechen. Die Schlitze haben eine Breite der Größenordnung, daß die belasteten Kugeln 22 nicht durch dieselben hindurch herabfallen können, was mit anderen Worten bedeutet, daß ihre Breite etwas schmäler als der Durchmesser der Kugeln ist (siehe F i g. 2).

Die Kugelkäfigeinheit 40 wird mittels eines Schneidwerkzeugs entlang den Teilen zerteilt, die den Schlitzen 32 und 32¹ entspricht, und zwar in zwei Hälften, d. h. in halbgeteilte Kugelkäfige40' und40².

Nun sei der Zusammenbauvorgang eines linearen Kugellagers gemäß der vorliegenden Erfindung nachstehend näher erläutert.

Der halbgeteilte Kugelkäfig 40' wird innerhalb des Hohlraums eines halbgeteilten Lagergehäuses 10' in einer solchen Weise vorgesehen, daß die sich in Längsrichtung erstreckenden Teile 41a, 41 b, 4ig und 41Λ des Käfigs 40' mit der Führungsrille 12a für nichtbelastete Kugeln wie auch mit den Führungsriüen 13a und 13c/für belastete Kugeln übereinstimmen. In den Zwischenraum, der sich zwischen dem halbgeteilten Kugelkäfig 40' und dem Lagergehäuse 10¹ bildet, wird eine Anzahl von Kugeln 22 eingefüllt. Die Kugeln innerhalb jeder der Rillen 13a und 13c/werden in zwei Reihen in Fluchtung miteinander angeordnet, die zwischen sich im querverlaufenden Querschnitt einen trapezoidalen bzw. trapezförmigen Raum begrenzen.

Mit den Bezugszeichen 50 und 51 sind Käfighalter bezeichnet, die fest an den unteren Flächen des halbgeteilten Lagergehäuses befestigt sind und die beiden unteren äußersten Enden des halbgeteilten Kugelkäfigs 40' halten, der in das halbgeteilte Lagergehäuse 10' eingepaßt bzw. -gesetzt ist Ein Fett- bzw. Schmiermittelzuführungsloch 52 ist durch das Lagergehäuse 10' ausgebildet, und das innere Ende 53 dieses Lochs mündet in die Führungsrillen 13a und 13c/des halbgeteilten Lagergehäuses 10¹, die für belastete Kugeln vorgesehen sind (siehe F i g. 3).

Befestigungslöcher, Gummilippen, ein Sprengring und eine Seitenplatte für eine Abdichtung gegen Staub sind jeweils mit 61, 62, 63 und 64 bezeichnet Der freie Endteil jeder Gummilippe 62 ist in einer vom Lagergehäuse 10' wegweisenden Richtung gebogen, so daß er gegen die schräge Oberfläche seiner jeweiligen Nut 71

drückt, die in der entsprechenden Seitenwand der Spurstange 54 ausgebildet ist, wodurch die Bildung irgendeines Zwischenraums vermieden wird.

Der Spurschaft bzw. die Spurstange 54 ist mit Schultern 55 und 56 versehen, die sich nach auswärts und aufwärts von beiden oberen Ecken des Spurschafts bzw. der Spurstange 54 erstrecken. Auf beiden Seiten jeder der Schultern 55 und 56 sind R-Pillen 57 bis 60 ausgebildet, also Rillen, deren Krümmungsradius im querverlaufenden Querschnitt eng demjenigen der Kugeln angepaßt ist bzw. entspricht (siehe Fig.5). Nimmt man an, daß die Kontaktpunkte zwischen den R-Rillen 59 und 60, die auf beiden Seiten der Schulter 56 ausgebildet sind, und den entsprechenden R-Rillen des halbgeteilten Lagergehäuses 10' über die jeweiligen Kugeln jeweils mit m, n, m'und n'bezeichnet sind, dann trifft eine Linie, welche die Punkte n'und m' verbindet, an einem Punkt o' auf die Horizontallinie, die durch die Mitte eines hypothetischen Kreises hindurchgeht, der von dem Kugelkäfig 40¹ und dessen Spiegelbild gebildet wird. Beide Linien laufen unter einem Winkel von ungefähr 30° zusammen (siehe F i g. 6, rechts), welcher Wert zu bevorzugen ist, da er starr gegen einen Aufwärtsschub ist bzw. eine starke Wirkung gegen einen Aufwärtsschub sicherstellt und da er außerdem eine genügende Last von verschiedenen Richtungen aufnimmt, die erwartungsgemäß auf dem Gebiet auftreten, auf dem das lineare Lager verwendet wird.

Die halbgeteilten Lagergehäuse 10' und 10² können dadurch hergestellt werden, daß man eine quadratische Standardstange 10 in einen oberen und unteren oder einen linken und rechten Abschnitt zerteilt. Da das offene Ende jedes der halbgeteilten Lagergehäuse 10¹ und 10² weit ist, können die R-Rillen 23 der Kugelführungsrillen 13a bis 13c/des Lagergehäuses 10¹ mit einem großen Schleifer bzw. Schleifwerkzeug bzw. mit einer großen Schleiftrommel geschliffen und endbearbeitet werden. Dadurch wird nicht nur die Produktivität bei der Herstellung solcher halbgeteilten Lagergehäuse erhöht, sondern dadurch wird es auch ermöglicht, Kugelführungsrillen von hoher Genauigkeit auszubilden.

Infolgedessen kann es, wie in Fig.6 gezeigt, effektiv bzw. wirksam bzw. nutzbar sein, die halbgeteilten Kugelkäfige 70 mit bzw. aus Kunststoffmaterial, das hohe bzw. gute Schmiereigenschaften hat, anstelle von Stahl herzustellen.

In diesem Falle wird der Kunststoffkugelkäfig 70, der durch Spritzgießen oder dergl. geformt worden ist, mit belasteten Kugeln 22,22... und nichtbelasteten Kugeln 22', 22' ... gefüllt. Das halbgeteilte Kugelgehäuse 10¹ wird dann über dem Kunststoffkugelkäfig 70 angeordnet. Der Käfighrlter 50 dient dazu zu verhindern, daß der Käfig 70 in der Rollrichtung verschoben wird, während der Sprengring 63 dahingehend wirkt, daß er eine axiale Verschiebung des Käfigs ausschaltet, und zwar in Verbindung mit der Seitenplatte 30, die mit der Staubdichtung versehen ist Auch kann eine Aufwärtsverschiebung des Kugelkäfigs 70 verhindert werden, indem dieser die Innenwand des Lagergehäuses 10' in der Mitte jeder der Führungsrillen 12a für nichtbelastete Kugeln und der Führungsrillen 13a und 13rf für belastete Kugeln berührt Der Kunststoffkugelkäfig 70 wird nicht mit der äußeren Umfangsoberfläche der Spurstange 54 in Kontakt gebracht da zwischen beiden ein leichter bzw. geringer Spalt ausgebildet ist Der Kunststoffkugelkäfig, der innerhalb des halbgeteilten Lagergehäuses angeordnet ist bzw. in dieses halbgeteilte Lagergehäuse eingepaßt ist hat eine hohe bzw. große Schmiereigenschaft bzw. -fähigkeit und dient als Geräuschunterdrükker, was eine typische Eigenschaft von Kunststoffen ist. Kurz zusammengefaßt weist die beschriebene lineare Kugellagereinheit ein halbgeteiltes Lagergehäuse auf, das eine halbkreisförmige Innenwand im quer verlaufenden Querschnitt, einen halbgeteilten Kugelkäfig und eine Spurstange umfaßt. Das Lagergehäuse wird dadurch ausgebildet, daß man eine zylindrische Innenwand mittig und in Längsrichtung durch eine langgestreckte, quadratische bzw. im Querschnitt quadratische Stange ausbildet. Dann wird eine Mehrzahl von Führungsrillen für belastete Kugeln und von Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln abwechselnd in der inneren Oberfläche der zylindrischen Innenwand ausgebildet Beide Rillen bzw. beide Arten dieser Rillen haben eine U-förmige Rillenwand im querveriaufenden Querschnitt. Eine kreisförmige Rille, die dazu geeignet ist, die Rollrichtung der Kugeln zu ändern, wird dann an jedem Endteil jeder der Rillen für belastete Kugeln und ihrer entsprechenden Rille für nichtbelastete Kugeln ausgebildet, so daß bzw. wobei eine Leiste zwischen jeder der Rillen für belastete Kugeln und ihrer entsprechenden Rille für nichtbelastete Kugeln begrenzt bzw. vorhanden ist. Die kreisförmige Rille hat eine Tiefe, die etwas tiefer bzw. größer als diejenige von jeder der Führungsrillen ist. Die auf diese Weise geformte Stange wird dann in zwei Hälften geteilt, und zwar längs diametral entgegengesetzter Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln. Der Kugelkäfig wird dadurch ausgebildet, daß man eine endlose Laufrille ausbildet, die sich über jede der Führungsrillen für belastete Kugeln und ihre entsprechende Führungsrille für nichtbelastete Kugeln erstreckt. Dann wird ein langer Schlitz durch die Laufrille in Übereinstimmung bzw. Fluchtung mit jeder der Führungsrillen für belastete Kugeln ausgebildet Außerdem wird eine Leiste in Obereinstimmung mit jeder der Leisten des Gehäuses ausgebildet. Der Kugelkäfig wird innerhalb des Gehäuses angeordnet bzw. in das Gehäuse eingesetzt, und eine Anzahl von Kugeln wird zwisehen das Gehäuse und den Kugelkäfig eingefüllt so daß ein halbgeteiltes endloses Gleit- bzw. Rollkugellager ausgebildet wird. Auf der Spurstange wird axial eine Mehrzahl von Schultern in Übereinstimmung mit einer Mehrzahl von Rillen ausgebildet die durch die belasteten Kugeln des halbgeteilten endlosen Gleit- bzw. Rollkugellagers definiert sind. Die Spurstange wird mit dem halbgeteilten endlosen Gleit- bzw. Rollkugellager in einer solchen Weise zusammengebaut, daß die Linie, die einen ersten Kontaktpunkt zwischen einer belasteten Kugel und der Spurstange und einen zweiten Kontaktpunkt zwischen der gleichen belasteten Kugel und dem Gehäuse verbindet unter einem ersten spitzen Winkel auf eine Linie trifft, welche sich zwischen den diametral entgegengesetzten Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln erstreckt und daß die Linie, die einen dritten Kontaktpunkt zwischen einer anderen belasteten Kugel und der Spurstange und einen vierten Kontaktpunkt zwischen der gleichen belasteten Kugel und dem Gehäuse verbindet unter einem zweiten spitzen Winkel auf eine Linie trifft die sich senkrecht zu der ersteren Linie (nämlich der Linie, die sich zwischen den diametral entgegengesetzten Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln erstreckt) erstreckt und durch die Mitte der Innenwand des Gehäuses hindurchgeht Die erstere Linie, die sich zwischen diametral entgegengesetzten Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln erstreckt ist in den F i g. 3 und 6 mit A bezeichnet während die zweite linie, die senkrecht zu dieser ersteren Linie und durch die

Mitte der Innenwand des Gehäuses verläuft, in diesen Figuren mit B bezeichnet ist. Die Verbindungslinie zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktpunkt ist in den F i g. 3 und 6 mit C und die Verbindungslinie zwischen dem dritten und vierten Kontaktpunkt ist in diesen Figuren mit D bezeichnet. Schließlich ist der erste spitze Winkel in diesen beiden Figuren mit α und der zweite spitze Winkel mit/?bezeichnet; diese beiden spitzen Winkel sind in den in den F i g. 3 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen je 30°.

In einem linearen Kugellager, das von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung früher entwickelt worden ist und in der US-PS 39 38 854 sowie in der US-PS 40 40 679 beschrieben ist, beträgt, wie in F i g. 8 gezeigt ist, der Kontaktwinkel einer Kugel, die in der Seitenoberfläche des linearen Kugellagers vorgesehen ist, etwa 30° bezüglich einer Horizontallinie, und der Kontaktwinkel einer Kugel, die in einer oberen Oberfläche des linearen Kugellagers vorgesehen ist, beträgt ungefähr 40° bezüglich der Horizontallinie. Nimmt man an, daß die nach abwärts gerichtete Last, die auf die belastete Kugel a ausgeübt wird, 2 Co beträgt (weil die belasteten Kugeln in zwei parallelen Reihen angeordnet sind), dann ist die nach links gerichtete Last und die nach aufwärts gerichtete Last jeweils 0,8660 Co und 0,5 · Co · 2 = Co.

Nimmt man nun an, daß die nach abwärts gerichtete Last 1 beträgt, dann sind die nach links gerichtete Last und die nach aufwärts gerichtete Last 0,4330 bzw. 0,5.

Jedoch werden lineare Kugellager dieser Art nicht immer in einer solchen Position angewandt, daß die Last nur in einer Vertikalrichtung ausgeübt wird. Nach der Darstellung der F i g. 9 wird das Lager B in einer Vertikalposition zusammen mit einem Lagergehäuse R verwendet. Die Fig. 10a und 10b veranschaulichen andere Anwendungszustände von linearen Kugellagern. Die Lager B werden auf den Spurstangen R, R mittels des Luft- bzw. Druckluftzylinders A vorwärts und rückwärts bewegt. Der Wirkungspunkt 5 der Last W, wie beispielsweise einer Bohreinheit D, liegt über der oberen Fläche bzw. Seite des Lagers S, wie in Fig. 10b gezeigt ist, und die Antriebsquelle der Bohreinheit ist unter der oberen Fläche bzw. Seite des Lagers S vorgesehen.

In jeder der Fig. 10a und 10b wird eine große nach aufwärts gerichtete Last auf die Lager ausgeübt. Infolgedessen ist es notwendig, ein Lager einer großen Abmessung oder zwei Lager B an einer Stelle zu verwenden, wo die große aufwärts gerichtete Last ausgeübt wird, um die Last zu überwinden bzw. aufzunehmen.

Eine wichtige Erkenntnis, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, daß es, um solch einer großen aufwärts gerichteten Last zu begegnen, ohne die Abmessungen eines Lagers zu vergrößern oder zwei Lager anzuwenden, am vorteilhaftesten ist, jeden der Kontaktwinkel einer KugeL die in einer Seitenoberfläche des Lagers vorgesehen ist, und den Kontaktwinkel einer Kugel, die in einer oberen Oberfläche des Lagers angeordnet ist, zu jeweils 30° bezüglich einer Horizontallinie bzw. einer Vertikallinie zu machen (siehe insbesondere dieFig. llaundllb).

Zur genaueren Erläuterung sei auf die Fig. 11a und 11b Bezug genommen, wonach die Kontaktpunkte auf den R-Rillen 59, 60, die an beiden Seiten von jeder der beiden Reihen von Schultern 55 der Spurstange 54 ausgebildet sind, wie auch die Kontaktpunkte auf der R-RiI-Ie 23, die in dem halbgeteilten Lagergehäuse 10 ausgebildet ist, jeweils mit m, n, m' und n' bezeichnet sind. Gemäß dem einen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist der Kontaktwinkel tx, welcher von der Verbindungslinie n'-m'-o' mit einer Horizontallinie eingeschlossen wird, etwa 30°; und der Kontaktwinkel β der oberen belasteten Kugeln, der von der Verbindungslinie n-m-o und einer Vertikallinie B eingeschlossen wird ist ebenfalls erfindungsgemäß ungefähr 30°. Dann ist die nach abwärts gerichtete Last 0,8660 Co · 2 = 1,732 Co, und die nach aufwärts gerichtete Last ist 0,5 Co · 2 = Co. Andererseits ist die nach links gerichtete Last, die auf die belastete Kugel 22 in der oberen Oberfläche des Lagers ausgeübt wird, 0,5 Co. Die belastete Kugel 22 in der Seitenfläche des Lagers wird mit einer nach links gerichteten Last von 0,8660 Co beaufschlagt.

Nimmt man hier an, daß die nach abwärts gerichtete Last 1 ist, dann wird die nach aufwärts gerichtete Last 0,577 (d. h. etwa 60% der nach abwärts gerichteten Last) bei der linearen Kugellagereinheit nach der Erfindung.

Weitere Vorteile, die mit der linearen Kugellagereinheit, wie sie oben anhand der F i g. 1 bis 7 beschrieben ist, sind die folgenden:

Die lineare Kugellagereinheit kann weiterhin mit hoher Produktivität hergestellt werden und ist genau sowie unter verhältnismäßig niedrigen Herstellungskosten herstellbar.

Der halbgeteilte Kugelkäfig kann mittels Spritzgie-Ben hergestellt werden, und da jeder Schlitz des Kugelkäfigs kleiner als der Durchmesser jeder Kugel ausgebildet ist, wird verhindert, daß die Kugeln herunterfallen, wenn die Spurstange aus dem linearen Kugellager herausgezogen wird, wodurch es ermöglicht wird, die lineare Kugellagereinheit außerordentlich leicht zusammenzubauen, zu inspizieren und zu warten.

Die lineare Kugellagereinheit hat eine hohe Festigkeit infolge der Winkelverhältnisse, wonach die Linie, die durch einen ersten Kontaktpunkt zwischen einer belasteten Kugel und deren entsprechenden R-Nut bzw. -Rille in der Spurstange und einem zweiten Kontaktpunkt zwischen der gleichen belasteten Kugel und ihrer entsprechenden R-Nut bzw. -Rille in dem Lagergehäuse hindurchgeht einen spitzen Winkel mit einer Horizontallinie bildet und die Linie, die durch einen dritten Kontaktpunkt zwischen einer anderen R-Nut bzw. -Rille in der Spurstange und einer der Kugeln in der gleichen Nut bzw. Rille sowie einem vierten Kontaktpunkt zwischen der gleichen einen Kugel und ihrer entsprechenden R-Nut bzw. -Rille in dem Lagergehäuse hindurchgeht, mit einer Vertikallinie einen spitzen Winkel bildet Diese Winkel verleihen Festigkeit insbesondere gegen Aufwärtsschub bzw. -druck bzw. -druckkraft bzw. -auflagerdruck bzw. -axialdruck bzw. -zug bzw.

-stoß.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lineare Kugellagereinheit umfassend ein Lagergehäuse, das im Querschnitt eine kreisbogenförmige Innenwand hat, in der abwechselnd und axial eine Mehrzahl von Führungsrillen für belastete Kugeln und von Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln ausgebildet ist, wobei die Führungsrillen im Querschnitt eine U-förmige Rillenwand haben; eine kreisförmige Rille zum Ändern der Rollrichtung der Kugeln an jedem Endteil jeder der Führungsrillen für belastete Kugeln und ihrer entsprechenden Führungsrille für nichtbelastete Kugeln, wobei eine Lei- ste zwischen jeder der Führutigsrillen Für belastete Kugeln und ihrer entsprechenden Führungsrille für nichtbelastete Kugeln vorhanden ist und wobei die kreisförmige Rille eine Tiefe hat, die etwas größer als diejenige jeder der Führungsrillen ist, wobei ferner das Lagergehäuse eine äußere Längswand besitzt, die zwei Ränder hat, welche längs diametral entgegengesetzter Führungsrillen für nichtbeiastete Kugeln verlaufen; einen Kugelkäfig mit je einer endlosen Laufrille, die sich über jede der Führungsrillen für belastete Kugeln und ihre entsprechende Führungsrille für nichtbelastete Kugeln erstreckt, wobei ein langer Schlitz durch die Laufrille in Übereinstimmung mit jeder der Führungsrillen für belastete Kugeln und eine Leiste in Übereinstimmung mit jeder der in dem Lagergehäuse befindlichen Leisten im Kugelkäfig vorgesehen sind, der seinerseits im Lagergehäuse angebracht ist, und wobei eine Anzahl von Kugeln zwischen dem Lagergehäuse und dem Kugelkäfig vorgesehen ist, die zusammen mit letzteren beiden ein endloses Rollkugellager bilden; eine Spurstange, auf der Schultern axial in Übereinstimmung mit einer Mehrzahl von Führungsrillen, die von den belasteten Kugeln des endlosen Rollkugellagers definiert sind, ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Innenwand (11) des Lagergehäuses (10¹,10²) halbkreisförmig ist, daß der äußere Querschnitt des Lagergehäuses (IO¹,10²) im wesentlichen ein halbes Quadrat ist, wobei sich der Krümmungsmittelpunkt der halbkreisförmigen Innenwand (11) in der Mitte des Quadrats befindet und daß der Kugelkäfig (40¹, 40²; 70) abgesehen von den Laufrillen im wesentlichen den Querschnitt eines halben Rohrs hat, wobei die Spurstange (54) mit dem endlosen Rollkugellager in einer solchen Weise zusammengebaut ist, daß die Linie (C), welche einen ersten Kontaktpunkt (n') zwischen einer belasteten Kugel (22) und der Spurstange (54) und einen zweiten Kontaktpunkt (mj zwischen der gleichen belasteten Kugel (22) und dem Lagergehäuse (10¹) verbindet, eine Linie (A), die sich zwischen den diametral entgegengesetzten Führungsrillen (126, \2d) für nichtbelastete Kugeln (22') erstreckt, unter einem ersten spitzen Winkel (λ) trifft, und daß außerdem die Linie (D), welche einen dritten Kontaktpunkt (n) zwischen einer anderen belasteten Kugel (22) und der Spurstange (54) und einen vierten Kontaktpunkt (m) zwischen der gleichen belasteten Kugel (22) und dem Lagergehäuse (10¹) verbindet, eine Linie (B), die sich senkrecht zu der ersteren Linie (A) erstreckt und durch die Mitte der Innenwand (11) des Gehäuses (10¹) hindurchgeht, unter einem zweiten spitzen Winkel (ß) trifft.

2. Lineare Kugellagereinheit gemäß Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite spitze Winkel (pcß) ungefähr 30° sind.

3. Lineare Kugellagereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkäfig (40', 40²; 70) in Kontakt mit einem Paar Käfighaltern (50, 51) ist, die ortsfest an dem Lagergehäuse (10¹, 10²) befestigt sind.

4. Lineare Kugellagereinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß der Kugelkäfig (40¹,4O²; 70) nicht in Kontakt mit der Spurstange (54) ist.

5. Verfahren zum Herstellen einer linearen Kugellagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

(a) einen ersten Verfahrensschritt des Ausbildens einer im Querschnitt kreisbogenförmigen In nenwand in einem Lagergehäuserohling;

(b) einen zweiten Verfahrensschritt des abwechselnden und axialen Ausbildens einer Mehrzahl von Führungsrillen für belastete Kugeln und einer Mehrzahl von Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln in der Oberfläche der Innenwand, wobei beide Rillen bzw. beide Arten von Rillen angenähert U-förmige Rillenwände haben und auf einem gleichen Kreis ausgebildet sind, und wobei ferner die Führungsrillen für belastete Kugeln eine Breite haben, die etwas größer als diejenige der Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln ist;

(c) einen dritten Verfahrensschritt des Ausbildens einer kreisförmigen Rille an jedem Endteil des Lagergehäuserohlings, die eine Tiefe hat, welche etwas tiefer bzw. größer als diejenige von jeder der Führungsrillen ist und jede bzw. je eine Führungsrille für belastete Kugeln und ihre entsprechende Führungsrille für nichtbelastete Kugeln verbindet, so daß auf diese Weise eine Leiste zwischen jeder bzw. je einer der Führungsrillen für belastete Kugeln und ihrer entsprechenden Führungsrille für nichtbelastete Kugeln ausgebildet wird;

(d) einen vierten Verfahrensschri.t des Ausbildens einer Mehrzahl von endlosen Laufrillen, die beim Zusammenbauen mit dem Lagergehäuse in Fluchtung mit den Führungsrillen für belastete und nichtbelastete Kugeln des Lagergehäuses sind, wobei weiterhin ein langer Schlitz jeweils an einer Stelle ausgebildet wird, die sich in Übereinstimmung mit jeder der Führungsrillen für belastete Kugeln befindet, wobei ferner eine Leiste zwischen Rillen zum Führen von nichtbelasteten Kugeln ausgebildet wird;

(e) einen fünften Verfahrensschritt des Anbringens von einem Kugelkäfig in einem Lagergehäuse, des Einfüllens einer Anzahl von Kugeln in die Rillen dieses Kugelkäfigs und dieses Lagergehäuses, so daß ein endloses Rollkugellager ausgebildet wird, und des Zusammenbauens einer Spurstange, die eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Schultern hat, mit dem endlosen Rollenkugellager in einer solchen Weise, daß die Schultern in Ausnehmungen passen, die von belasteten Kugeln und dem erwähnten einen Kugelkäfig begrenzt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

(f) im ersten Verfahrensschritt die innenwand (11) als im Querschnitt zylindrische Innenwand (11) axial und mittig durch eine langgestreckte, im Querschnitt quadratische Stange (10) ausgebildet wird; und

(g) zwischen dem dritten und vierten Verfahrensschritt ein weiterer Verfahrensschritt des Teilens der Stange (10) längs diametral entgegengesetzter Führungsrillen (126,I2d) für nichtbelastete Kugeln (22'), so daß zwei halbgeteilte Lagergehäuse (10¹,10²) ausgebildet werden, die eine Innenwand von einem halbkreisförmigen Querschnitt haben, ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der vierte Verfahrensschritt an einem Stahlrohr ausgeführt wird und

(b) zwischen dem vierten und fünften Verfahrensschritt ein weiterer Verfahrensschritt des Ausbildens von zwei halbgeteilten Kugelkäfigen (40¹, 40²) durch Teilen des verformten Stahlrohrs längs diametral entgegengesetzter Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln (22') ausgeführt wird.

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Die Erfindung betrifft eine lineare Kugellagereinheit umfassend ein Lagergehäuse, das im Querschnitt eine kreisbogenförmige Innenwand hat, in der abwechselnd und axial eine Mehrzahl von Führungsrillen für belastete Kugeln und von Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln ausgebildet ist, wobei die Führungsrillen im Querschnitt eine U-förmige Rillenwand haben; eine kreisförmige Rille zum Ändern der Rollrichtung der Kugeln an jedem Endteil jeder der Führungsrillen für belastete Kugeln und ihrer entsprechenden Führungsrille für nichtbelastete Kugeln, wobei eine Leiste zwischen jeder der Führungsrillen für belastete Kugeln und ihrer entsprechenden Führungsrille für nichtbelastete Kugeln vorhanden ist, und wobei die kreisförmige Rille eine Tiefe hat, die eiwas größer als diejenige jeder der f-ührungsrillen ist, wobei ferner das Lagergehäuse eine äußere Längswand besitzt, die zwei Ränder hat, welche längs diametral entgegengesetzter Führungsrillen für nichtbelastete Kugeln verlaufen; einen Kugelkäfig mit je einer endlosen Laufrille, die sich über jede der Führungsrillen für belastete Kugeln und ihre entsprechende Führungsrille für nichtbelastete Kugeln erstreckt, wobei ein langer Schlitz durch die Laufrille in Übereinstimmung mit jeder der Führungsrillen für belastete Kugeln und eine Leiste in Übereinstimmung mit jeder der in dem Lagergehäuse befindlichen Leisten im Kugelkäfig vorgesehen sind, der seinerseits im Lagergehäuse angebracht ist, und wobei eine Anzahl von Kugeln zwischen dem Lagergehäuse und dem Kugelkäfig vorgesehen ist, die zusammen mit letzteren beiden ein endloses Rollkugellager bilden; eine Spurstange, auf der Schultern axial in Übereinstimmung mit einer Mehrzahl von Führungsrillen, die von den belasteten Kugeln des endlosen Roll- kugellager definiert sind, ausgebildet sind.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der vorgenannten linearen Kugellagereinheit, welches die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: