DE3317121C2

DE3317121C2 -

Info

Publication number: DE3317121C2
Application number: DE19833317121
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tokio/Tokyo Jp Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-05-20
Filing date: 1983-05-06
Publication date: 1988-08-11
Also published as: DE3317121A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Linearkugellager gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Linear kugellager werden z. B. in Werkzeugmaschinen, Bearbeitungs zentren, Transportrobotern und dgl. eingesetzt, welche eine hin- und hergehende Linearbewegung ausführende, schwere Lasten aufnehmende Bauteile aufweisen.

Ein Linearkugellager der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-OS 29 45 594 vorbekannt. Hierbei ist eine X-förmige Anordnung der Kugelrollnuten für die belasteten Kugeln und der Kugelkanäle für die unbelasteten Kugeln vorgesehen, wobei die Kugelkanäle für die unbelasteten Kugeln im massiven Teil des Lagerkörpers selbst und nahe dem äußeren Ende der Schenkel ausgebildet sind. Die Kugelrollnuten für die belasteten Kugeln sind aufgrund der X-förmigen Anordnung dichter zusammen und nahe der horizontalen Achse des Lagerkörpers angeordnet. Dementsprechend laufen auch die belasteten Kugeln in Kugelrollnuten der Führungs schiene, die entlang den äußeren und inneren Seiten von seitlichen Auskragungen der Führungsschiene angeordnet sind, die beidseits der Führungsschiene abstehen. Hierdurch kann das bekannte Linearkugellager nur relativ geringe Lasten in horizontaler und radialer Richtung tragen. Auch ist die Beanspruchungsmöglichkeit durch auf den Lagerkörper einwirkende Momentenbelastungen relativ gering, da der Lastangriffspunkt relativ hoch liegt.

Ein ähnliches Linearkugellager ist aus der DE-OS 31 28 628 vorbekannt, wobei im wesentlichen die gleichen Nachteile bestehen, welche bereits voranstehend abgehandelt worden sind.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Linearkugellager der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das trotz kleinerer und leichterer Bauweise größere horizontale und radiale Lasten tragen kann und bei welchem insbesondere die Stabilität durch Tieferlegung des Lastan griffspunktes erhöht ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Beim erfindungsgemäßen Linear kugellager sind die Kugelrollnuten für die belasteten Kugeln und die Kugelkanäle für die unbelasteten Kugeln entlang der Seitenkanten einer spitzwinkligen Raute angeordnet, wobei die Kugelkanäle für die unbelasteten Kugeln in enger Nachbarschaft zur horizontalen Achse angeordnet sind. Die Kugelrollnuten für die belasteten Kugeln sind in größerem Abstand voneinander unmittelbar auf den Seitenflächen der Längsrippen der Schenkel ange ordnet. Entsprechend sind auch die Kugelrollnuten für die belasteten Kugeln in größerem Abstand voneinander an den Seitenflächen der Führungsschiene ausgebildet. Hieraus resultieren einerseits ein tiefer Lastangriffspunkt und damit eine erhöhte Tragfähigkeit des Linearkugellagers und andererseits eine Erhöhung der Stabilität des Linear kugellagers, insbesondere zur Aufnahme von Momentenbe lastungen. Darüber hinaus ist die Höhe des Lagerkörpers insgesamt vermindert, was zusätzlich zur Verbesserung der Stabilität des Linearkugellagers beiträgt. Die Anordnung der Kugelkanäle für belastete Kugeln innerhalb der seitlichen Ausnehmungen der Führungsschiene ermöglicht, die Last seitlich der Führungsschiene aufzunehmen, d. h. in Höhen, die relativ nahe zur Grundfläche liegen, auf welcher die Führungsschiene aufmontiert ist. Schließ lich kann die Steifigkeit des Lagerkörpers verbessert werden, da die Dicke des massiven oberen Teils des Lagerkörpers erhöht werden kann, weil die Kugelkanäle für die unbe lasteten Kugeln nur in den Schenkeln des Lagerkörpers ausgebildet sind. Die insgesamt erhöhte Steifigkeit des Lagerkörpers vermeidet eine unerwünschte Deformation bzw. Öffnung der Schenkel, so daß durch die insgesamt erhöhte Steifigkeit des Lagerkörpers ein zuverlässiges und weiches Rollen der Kugeln und damit des Lagerkörpers auf der Führungsschiene gewährleistet ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus dem Anspruch 2. Hierdurch wird eine spanende Bohrbe arbeitung zur Ausbildung der Kugelkanäle für unbelastete Kugeln in den Schenkeln des Lagerkörpers vermieden, wodurch die Herstellungskosten des Linearkugellagers beachtlich vermindert werden können.

Aus der DE-OS 33 08 036 ist ein Linearkugellager bekannt, das zwischen den Innenseiten der Schenkel zwei getrennte Bau gruppen des Linearkugellagers trägt. Diese bestehen aus zwei Führungsschienen, die auf den Außenseiten einer zen tralen Führungsschiene angebracht sind, und aus zwei Lager körpern, die auf den Innenseiten der Schenkel des Tisches angeordnet sind. Zwischen den Führungsschienen und den Lager körpern sind die Kugelrollnuten für die belasteten Kugeln an geordnet. Innerhalb der getrennten Lagerkörper sind die Kugel kanäle für die unbelasteten Kugeln angeordnet. Durch diese Bauweise benötigt das vorbekannte Linearkugellager eine rela tiv große Baubreite, die zu erhöhtem Materialaufwand und damit zu einem relativ hohen Baugewicht führt.

Ein ähnlich aufgebautes Linearkugellager ist aus der US-PS 30 08 774 vorbekannt. Bei diesem ist der zusätzliche Nachteil vorhanden, daß sich die Kugelumlenknuten zur Über führung der Kugeln aus den Kugelrollnuten für belastete Kugeln in die Kugelkanäle für unbelastete Kugeln kreuzen, so daß für dieses bekannte Linearkugellager eine erheblich größere Baubreite notwendig ist. Darüber hinaus befinden sich die Kugelrollnuten für die belasteten Kugeln auch an den Außen kanten der zweiteiligen, an einem Tisch angebrachten Führungs schiene.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen von Linearkugellager näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Stirnansicht des Lagerkörpers in der ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine Stirnansicht der Führungsschiene,

Fig. 3 den auf die Führungsschiene montierten Lager körper in der ersten Ausführungsform,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Innenseite einer Seitenwandkappe,

Fig. 5 eine Ansicht der Seitenwandkappe gemäß Fig. 4 von rechts,

Fig. 6 eine Stirnansicht des Lagerkörpers in der zweiten Ausführungsform und

Fig. 7 den auf die Führungsschiene montierten Lager körper in der zweiten Ausführungsform.

Der Lagerkörper 1 (Fig. 1) ist ein längliches Bauteil mit einem im wesentlichen U-förmigen Querschnitt und wird durch eine stegartige Oberwand 11 und schenkelartige Seitenwände 12 a und 12 b gebildet, welche von den beiden seitlichen Teilen der Oberwand 11 ausgehen und zwischen sich eine zentrale Ausnehmung 10 unterhalb der Oberwand 11 ausbilden. Die Schenkel 12 a und 12 b sind auf ihren inneren und gegenüberliegenden Seiten mit Längs rippen 13 a und 13 b versehen, die jeweils einen trapezartigen Querschnitt haben. Die Längsrippen 13 a und 13 b sind auf ihren beiden Seitenflächen mit Kugelrollnuten 14 a, 14 a′, 14 b, 14 b′ versehen, die jeweils einen Kurvenradius haben, der etwa der Hälfte des Durchmessers der Kugeln entspricht und der sich über die gesamte Länge des Lagerkörpers 1 erstreckt. Vier Kugelrollnuten 14 a, 14 a′, 14 b, 14 b′, welche Teile der Kugel kanäle für die belasteten Kugeln B ₁ bilden, sind symmetrisch zu einer horizontalen Achse X angeordnet, welche die Zentren der Längsrippen 13 a, 13 b miteinander verbindet, und ferner zu einer vertikalen Achse Y, welche durch das Zentrum der Oberwand 11 verläuft. Die Zentren der Kugelbögen, welche die Kugelrollnuten bilden, liegen auf den jeweiligen Seiten Z einer imaginären Rautenform. Die Seiten Z der Rautenform schneiden die horizontale und vertikale Achse X bzw. Y unter genau bestimmten Winkeln.

Als Kugelkanäle dienende Durchgangsbohrungen 15 a, 15 a′ und 15 b, 15 b′ für nicht belastete Kugeln sind in den jeweiligen Schenkeln 12 a und 12 b angeordnet, welche sich in der Längsrichtung der Seitenwände und parallel zu den Kugel rollnuten 14 a, 14 a′ und 14 b, 14 b′ erstrecken. Die Kugelkanäle 15 a, 15 a′, 15 b, 15 b′ für nicht belastete Kugeln sind symmetrisch zur horizontalen Achse X und zur vertikalen Achse Y angeordnet. Die Kugelkanäle 15 a, 15 a′, 15 b, 15 b′ für nicht belastete Kugeln sind eng benachbart zur horizontalen Achse X angeordnet, so daß die Höhe des Lagerkörpers 1 beachtlich vermindert ist. Dies erniedrigt folglich den Lastangriffspunkt des Lager körpers 1, um das Linearkugellager zu stabilisieren, insbe sondere gegenüber Lasten, die in horizontaler oder radialer Richtung einwirken. Um einen weichen Lauf der nicht belasteten Kugeln B ₂ zu bewirken, sind die Kugelkanäle 15 a, 15 a′, 15 b, 15 b′ für die nicht belasteten Kugeln im Durchmesser etwas größer ausgebildet als der Durchmesser der Kugeln.

Eine langgestreckte Führungsschiene 2 (Fig. 2), welche von der zentralen Ausnehmung 10 des Lagerkörpers 1 aufgenommen wird, ist auf einem nicht dargestellten bewegbaren oder stationären Teil einer Werkzeugmaschine oder dgl. mittels Befestigungs schrauben festgelegt. Die Führungsschiene 2 ist auf ihren beiden Seiten mit Ausnehmungen 20 a und 20 b zur Aufnahme der Längsrippen 13 a und 13 b des Lagerkörpers 1 versehen. Die Ausnehmung 20 a ist an ihren beiden vertikalen Endteilen mit Kugelrollnuten 21 a und 21 a′ versehen, die entgegengesetzt zu den Kugelrollnuten 14 a, 14 a′ angeordnet sind, die im Lager körper 1 ausgebildet sind. Entsprechend sind Kugelrollnuten 21 b, 21 b′ an den beiden vertikalen Enden der Ausnehmung 20 b zu den Kugelrollnuten 14 b und 14 b′ angeordnet, welche ebenfalls in Lagerkörper 1 ausgebildet sind. Die Kugelrollnuten 21 a, 21 a′, 21 b, 21 b′ haben einen Bogenradius, welcher etwa der Hälfte des Durchmessers der Kugeln entspricht, und erstrecken sich über die gesamte Länge der Führungsschiene 2. Folglich werden vier Kugelkanäle 3 bis 6 (Fig. 13) für belastete Kugeln B ₁ durch Zusammenwirken der Kugelrollnuten 14 a, 14 a′, 14 b, 14 b′ im Lagerkörper 1 und der Kugelrollnuten 21 a, 21 a′, 21 b, 21 b′ in der Führungsschiene 2 gebildet. Der Berührungs winkel α (Fig. 3) zwischen den belasteten Kugeln B₁ und den Kugelkanälen 3 bis 6 für belastete Kugeln ist mit 45° ausgebildet. Das Linearkugellager kann somit gleichförmig sowohl vertikale als auch horizontale Lasten aufnehmen, welche auf den Lager körper 1 einwirken.

Die Kugelkanäle 3 bis 6 für belastete Kugeln sind durch die Kugelrollnuten 14 a, 14 a′, 14 b, 14 b′ im Lagerkörper 1 und die Kugelrollnuten 21 a, 21 a′, 21 b, 21 b′ in der Führungsschiene 2 ausgebildet, wobei jede Kugelrollnut eine Kreisbogennut bildet mit einem Kurvenradius, der etwa der Hälfte des Kugeldurchmessers entspricht. Die belasteten Kugeln B ₁ berühren die Kugelrollnuten an zwei Punkten m und n (Fig. 3), die voneinander in Richtung der Wirkung der Last entfernt sind, wenn die Kugeln vorbelastet sind oder die Last in verschiedenen Richtungen einwirkt, so daß die Kugeln stoßfrei und gleich förmig rollen können, ohne ein veränderliches Gleiten oder einen Schlupf aufzuweisen. Wenn eine schwere Last auf den Lagerkörper 1 einwirkt, erfährt jede von den Kugelrollnuten an zwei Punkten kontaktierte Kugel eine elastische Defor mation, wodurch stetige Kontaktzonen gebildet werden, um die Steifigkeit des Linearkugellagers zu verbessern.

Eine große Zahl von Kugeln B in Form kontinuierlicher endloser Reihen zirkuliert durch jeden der Kugelführungs kanäle 3 bis 6, welche durch die Kugelrollnuten 14 a, 14 a′, 14 b, 14 b′ im Lagerkörper 1 und die Kugelrollnuten 21 a, 21 a′, 21 b, 21 b′ in der Führungsschiene 2 gebildet sind, und dann durch jeden der Kugelkanäle 15 a, 15 a′, 15 b, 15 b′ für unbelastete Kugeln. In jeder Reihe von Kugeln B werden diejenigen Kugeln, die in dem belasteten Bereich vorhanden sind, d. h. im Kugel kanal für belastete Kugeln, als belastete Kugeln B ₁ bezeichnet, wohingegen die Kugeln in dem nicht belasteten Bereich, d. h. in den nicht belasteten Kugelkanälen, als nicht belastete Kugeln B ₂ bezeichnet werden. Die Kugeln B in den betreffenden Reihen zirkulieren durch die Kugelkanäle 3 bis 6 für belastete Kugeln und dann durch die Kugelkanäle 15 a-15 b′ für nicht belastete Kugeln.

Die Fig. 4 und 5 zeigen segmentartige Kappen 7, 8, die auf die vorderen und rückwärtigen Enden des Lagerkörpers 1 aufgesetzt sind und die aus Kunststoff bestehen. Die Kappen 7, 8 sind für rechtsseitige bzw. linksseitige Montage vorgesehen, wobei nachfolgend nur die rechts seitige Kappe 7 näher beschrieben wird. Der rechtsseitige Abschnitt 70 der Kappe 7 hat U-förmige Kugelumlenknuten 71, 71′ mit kurvenförmiger Basis. Diese sind an ihren inneren Enden mit den Kugelrollnuten für belastete Kugeln B ₁ und mit ihren äußeren Enden mit den Kugelkanälen für unbelastete Kugeln B₂ verbunden. Eine Nut 72 zur Aufnahme eines in Fig. 3 nicht dargestellten Kugelkäfigs ist auf einer Seite der Kappe 7, 8 angeordnet. Die Kappen 7, 8 dienen mit ihren U-förmigen Kugelumlenknuten 71, 71′ zur weichen Umlenkung der Kugeln aus ihren linearen Kugelrollnuten für belastete Kugeln B ₁ in die linearen Kugelkanäle für unbelastete Kugeln B ₂, wobei die Kugelumlenknuten in Axialrichtung halbkreisförmig ausgebildet sind.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte zweite Ausführungs form des Linearkugellagers weist eine andere Konstruktion der Kugelkanäle für die unbelasteten Kugeln B ₂ auf, wohin gegen die übrigen Bauteile der zweiten Ausführungsform des Linearkugellagers derjenigen der ersten Ausführungs form entsprechen. Gemäß Fig. 6 sind äußere Absätze 25 a und 25 b in den Außenseiten der gegenüberliegenden Schenkel 22 a, 22 b des Lagerkörpers 1′ ausgebildet. An den inneren Oberflächen der Absätze 25 a, 25 b sind flache Kugelrollflächen 26 a, 26 b gebildet. Zur Bildung der Kugelkanäle für unbe lastete Kugeln B ₂ sind langgestreckte Kanalelemente 27 a, 27 b vorgesehen, die in die äußeren Absätze 25 a, 25 b eingesetzt sind. Jedes Kanalelement 27 a, 27 b ist auf seiner Innen seite mit zwei kurvenförmigen Kugelkanälen 28 a, 28 a′, 28 b, 28 b′ versehen, die im Zusammenwirken mit den Kugelroll flächen 26 a, 26 b zwei Kugelrollkanäle 29 a, 29 a′ für unbe lastete Kugeln B ₂ bilden.

Claims

1. Linearkugellager, bestehend aus einem Lagerkörper mit zwei Schenkeln, die auf ihren gegenüberliegenden Innenseiten mit je einem Paar von sich längserstreckenden Kugelrollnuten für belastete Kugeln versehen sind, und mit je eiem Paar von sich längserstreckenden Kugel kanälen für unbelastete Kugeln, aus einer Führungsschiene, die auf ihren gegenüberliegenden Außenflächen mit je einem Paar von sich längserstreckenden und den entsprechenden Kugelrollnuten des Lagerkörpers gegenüberliegenden Kugelrollnuten versehen ist, und aus je einem, an beiden Enden der Schenkel des Lager körpers angebrachten Paar von Kappen, die jeweils zwei Kugelumlenknuten zur Verbindung der gegenüberliegenden Kugelrollnuten für die belasteten Kugeln mit den Kugel kanälen für die unbelasteten Kugeln verbinden, wobei der Kontaktwinkel der unbelasteten Kugeln gegenüber der horizontalen Achse des Lagerkörpers etwa 45° beträgt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kugelkanäle (15 a, 15 a′′; 15b, 15 b′) für die unbelasteten Kugeln (B ₂) im Zentralbereich jedes Schenkels (12 a, 12 b) in enger Nachbarschaft zur horizontalen Achse (X-X) ange ordnet sind,
daß die Schenkel (12 a, 12 b) des Lagerkörpers (1) mit Längs rippen (13 a, 13 b) versehen sind, auf deren Seitenflächen die Kugelrollnuten (14 a, 14 a′1; 14b, 14 b′) für die belasteten Kugeln (B ₁) ausgebildet sind;
daß die Kugelrollnuten (21 a, 21 a′; 21 b, 21 b′) der Führungs schiene (2) an den beiden inneren Enden von Ausnehmungen (20 a, 20 b) der Außenseiten der Führungsschiene (2) aus gebildet sind.

2. Linearkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle für die unbelasteten Kugeln (B ₂) zwischen auf den Außenseiten der Schenkel (22 a, 22 b) des Lagerkörpers (1′) ausgebildeten Absätzen (25 a, 25 b) und Kanalelementen (29 a, 29 a′; 29 b, 29 b′) ausgebildet sind, welche in die längsverlaufenden Absätze (25 a, 25 b) eingesetzt sind.