DE3512013C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugellager für Längsbewegungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE 83 25 205 U1 ist ein Kugellager für Längsbewegungen bekannt, das eine Käfighülse aufweist, in deren radialen Öffnungen je eine Laufbahnschiene eingesetzt ist. Auf der radial nach innen weisenden Seite jeder Laufbahnschiene ist eine geschlossene Laufbahn eingearbeitet, bei der eine axial verlaufende tragende Laufbahn mit einer axial verlaufenden Rücklaufbahn für die belasteten bzw. unbelasteten Kugeln durch halbkreisförmige Umlenkbahnen verbunden ist. Da entsprechende Kugelführungen in der Käfighülse vorgesehen sind, müssen die Laufbahnschienen sehr genau in den betreffenden Öffnungen des Käfigs eingebaut und festgehalten werden. Jeder noch so kleine Versatz der beiden, in die Laufbahnschiene eingearbeiteten Umlenkbahnen gegenüber den zugehörigen Umlenkbahnen der Kugelführung der Käfighülse führt dazu, daß die Kugeln sich in der Umlenkzone zwischen der Umlenkbahn der Laufbahnschiene und der dazu in Längs- oder in Umfangsrichtung versetzt angeordneten Umlenkbahn des Käfigs stauen und/oder verklemmen. Es müssen also bei dem bekannten Kugellager relativ enge Herstellungstoleranzen eingehalten werden, welche die Fertigung des Kugellagers erheblich verteuern.

Aus der DE 20 03 535 A1 ist ein weiteres Kugellager bekannt, bei dem jede Laufbahnschiene eine in Längsrichtung geradlinig durchgehende Laufbahnrille für die belasteten Kugeln der betreffenden Kugelreihe aufweist. An beiden längsseitigen Enden der Laufbahnschiene ist eine kreisabschnittförmig verlaufende Umlenkrille in der Laufbahnschiene eingearbeitet, welche von der geradlinigen Laufbahnrille der belasteten Kugeln abzweigt und der Umlenkbahn der Käfighülse zugeordnet ist. Damit schädliche Verklemmungen der Kugeln in der Umlenkbahn vermieden werden, muß auch bei dieser bekannten Ausführung die Umlenkrille äußerst formgenau hergestellt und exakt über der zugehörigen Umlenkbahn der Käfighülse angeordnet sein. Das bekannte Kugellager hat deshalb ebenfalls den Nachteil, daß die zugehörige Öffnung der Käfighülse zum genauen Festhalten der Laufbahnschiene mit sehr engen Fertigungstoleranzen versehen werden muß. Hinzu kommt, daß die Umlenkrillen der Laufbahnschienen mit einem den Kugeln angepaßten Querschnitt nur schwierig in die Laufbahnschiene eingearbeitet werden können. Das bekannte Kugellager für Längsbewegungen ist deshalb in seiner Fertigung aufwendig und teuer.

In der DE 20 30 076 A1 ist schließlich ein Kugellager für Längsbewegungen offenbart, welches aus einer Käfighülse und einer aus Segmenten zusammengeschweißten, am Umfang geschlossenen Laufbahnhülse besteht. Diese Laufbahnhülse hat eine Innenumfangsfläche mit prismatischer Form, also ebenflächige Laufbahnen für die belasteten Kugeln jeder Kugelreihe, so daß die belasteten Kugeln lediglich an den Wänden der zugehörigen Führungsbahn der Käfighülse in Längsrichtung geführt werden. Der aus Kunststoff bestehende Käfig wird an diesen Wänden in vielen Anwendungsfällen überbeansprucht, weshalb infolge Gleitverschleißes die Gefahr vorzeitigen Ausfalls des Kugellagers sehr groß ist.

Der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Kugellager der angegebenen Gattung zu schaffen, welches besonders wirtschaftlich hergestellt werden kann, bei dem insbesondere die Gefahr einer Verklemmung der Kugeln im Bereich der Umlenkbahnen der Käfighülse trotz Einhaltung relativ weiter Fertigungstoleranzen abgewendet ist.

Diese Aufgabe wird mit den Maßnahmen gemäß Oberbegriff und Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Mit dem Kugellager der Erfindung wird erreicht, daß jede Laufbahnschiene in Längsrichtung etwas verschoben in der zugehörigen Öffnung der Käfighülse eingesetzt werden kann, ohne daß die Kugeln in den Umlenkbahnen der zugehörigen Kugelführung der Käfighülse verklemmt werden. Dementsprechend dürfen die Abmessungen der Öffnungen der Käfighülse in Längsrichtung in wirtschaftlich großen Toleranzbereichen liegen.

Die Kugeln jeder Kugelreihe erfahren beim Durchlaufen der Umlenkbahn eine Richtungsänderung, so daß Fliehkräfte an den Kugeln wirken, welche diese gegen die Außenwandung der Umlenkbahn drücken und entlang dieser Außenwandung führen. Auf ihrem Weg von der Umlenkbahn in die längsverlaufende Führungsbahn der belasteten Kugeln gelangen die unbelasteten Kugeln zunächst mit der Außenschulter der Laufbahnrille der Laufbahnschiene in Berührung und rollen anschließend in den Grund der Laufbahnrillen und gegen die Innenschulter der Laufbahnschiene. Die in der Führungsbahn einlaufenden Kugeln werden von der Fliehkraft entlastet und von der Welle allmählich belastet, so daß ein stoßfreier und reibungsarmer Einlauf der Kugeln von der Umlenkbahn in die Führungsbahn der belasteten Kugeln stattfindet.

Analog dazu werden die Kugeln jeder Kugelreihe am Auslaufende der zugehörigen Laufbahnrille in die anschließende Umlenkbahn der Käfighülse stoßfrei und reibungsarm hingeführt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mit der Weiterbildung nach Anspruch 2 wird erreicht, daß die in die zugehörige Öffnung der Käfighülse eingesetzte Laufbahnschienen eine umfangsseitige Stellung gegenüber der zugehörigen Kugelführung einnimmt, bei der die Mittenlinie der Laufbahnrille relativ zur Mittenlinie der zugehörigen Führungsbahn der belasteten Kugeln um ein bestimmtes Maß zur zugehörigen Führungsbahn der unbelasteten Kugeln hin verlagert ist. Auf diese Weise entsteht ein relativ kleines Spiel der belasteten Kugeln zwischen der Außenschulter der Laufbahnrille und einer dieser Außenschulter in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Wandung der längsverlaufenden Führungsbahn sowohl am Einlauf der Kugeln in diese Führungsbahn als auch am Auslauf. Dabei werden die belasteten Kugeln an den beiden Enden der Führungsbahn in Reihe und Glied hintereinander in die anschließende Umlenkbahn hinein- bzw. aus dieser herausgeführt.

Das Maß der umgangsseitigen Verlagerung der Laufbahnrille der Laufbahnschiene relativ zur Führungsbahn der belasteten Kugeln darf natürlich nicht größer sein als die Hälfte des seitlichen Spieles der Kugeln in dieser Führungsbahn, denn sonst würde eine schädliche umfangsseitige Verklemmung der belasteten Kugeln zwischen der Außenschulter der Laufbahnrille und der gegenüberliegenden Wandung der Führungsbahn entstehen.

Zusätzliche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3 bis 9 gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Kugellager für Längsbewegungen wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Querschnitt durch ein in ein Gehäuse eingebautes Kugellager für Längsbewegungen,

Fig. 2 den Längsschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 die vergrößerte perspektivische Darstellung einer der Laufbahnschienen des in Fig. 1 und 2 gezeigten Kugellagers,

Fig. 4 den vergrößerten Teilquerschnitt einer der in der Käfighülse des in Fig. 1 und 2 dargestellten Kugellagers eingebauten Laufbahnschiene und

Fig. 5 die teilweise Draufsicht in Richtung des Pfeiles B in Fig. 4 auf eine Laufbahnschiene.

Mit 1 ist in Fig. 1 und 2 ein Kugellager für Längsbewegungen und mit 2 ein Stehlagergehäuse bezeichnet. In beiden Füßen des Stehlagergehäuses sind durchgehende Löcher 3 eingearbeitet. Das Stehlagergehäuse 2 wird durch Kopfschrauben (nicht gezeigt), welche durch die Löcher 3 hindurchgreifen, auf einem Fundament oder Maschinenrahmen (nicht gezeigt) festgesetzt.

Das Kugellager 1 besitzt eine Käfighülse 4, welche eine zylindrische Welle 5 (siehe strichpunktierte Darstellung in Fig. 1 und 2) umgibt. Im vorliegenden Fall ist die Käfighülse 4 aus einem elastischen Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt. Am Umfang der Käfighülse 4 verteilt sind mehrere Kugelführungen 6 eingeformt, in denen jeweils eine endlose Kugelreihe 7 eingebaut ist.

Jede Kugelführung 6 besteht aus 2 am Umfang nebeneinander angeordneten, längsverlaufenden Führungsbahnen 8, 9 welche an ihren beiden Enden durch jeweils eine halbkreisförmig verlaufende Umlenkbahn 10 miteinander verbunden sind. Die belasteten Kugeln 11 jeder Kugelreihe 7 laufen in der Führungsbahn 8 und die unbelasteten Kugeln 12 in den beiden Umlenkbahnen 10 und in der anschließenden rückführenden Führungsbahn 9 der betreffenden Kugelführung. Die Kugeln 11, 12 sind aus Wälzlagerstahl gefertigt.

Jede Kugelführung 6 der Käfighülse 4 ist durch eine lastaufnehmende Laufbahnschiene 13 aus hartem Stahl, die sich in einer Bohrung des Stehlagergehäuses 2 abstützt, radial von außen abgedeckt. Die Laufbahnschiene 13 ist ausgehend von Rohlingen, die von einem Stangenmaterial abgelängt worden sind, hergestellt.

Bei ihrem Einbau werden die Laufbahnschienen 13 radial von außen nach innen in jeweils eine Öffnung 14 der Käfighülse 4 eingedrückt, so daß endseitige Vorsprünge 15 der Laufbahnschiene 13 in jeweils eine Hinterschneidung 16 der gegenüberliegenden Wandung der Öffnung 14 hineinschnappen und die Laufbahnschiene 13 in der Öffnung 14 unverlierbar festhalten (Fig. 2).

Die umfangsseitige Wandung jeder Öffnung 14 hat in Längsrichtung nebeneinander angeordnete Arretierungsvorsprünge 17, die an den gegenüberliegenden längsverlaufenden Rand 18 der Laufbahnschiene 13 angreifen und die Laufbahnschiene 13 in einer bestimmten Lage relativ zur Führungsbahn 8 der zugehörigen Kugelreihe 7 festhalten (Fig. 5).

Auf ihrer radial nach innen weisenden Seite hat jede Laufbahnschiene eine Mittenfläche 19 mit einer längsverlaufenden Laufbahnrille 20, deren Querschnitt der kreisförmigen Kontur der Kugeln 11, 12 eng angepaßt ist. Zwischen der Welle 5 und der Laufbahnrille 20 der Laufbahnschiene 13 rollen die belasteten Kugeln 11 der betreffenden Kugelreihe 7 (Fig. 4).

An jedem der beiden längsseitigen Enden der Mittenfläche 19 der radial nach innen weisenden Seite der Laufbahnschiene 13 schließt sich eine die Umlenkbahn 10 der Kugelreihe 7 radial von außen abdeckende Endfläche 21 an, die zur ebenen Fläche des Halbkreises 22 der Umlenkbahn 19 parallel verläuft und in den Grund der Laufbahnrille 20 ohne wesentlichen Absatz einmündet.

Die Laufbahnrille 20 der Laufbahnschiene 13 besitzt eine Außenschulter 23, welche der zugehörigen Führungsbahn 9 der unbelasteten Kugeln 12 zugewandt ist und welche mit ihren Enden in jeweils eine Endfläche 21 der radial nach innen weisenden Seite der Laufbahnschiene 13 in Längsrichtung hineinragt. Im vorliegenden Fall erstreckt sich die Außenschulter 23 bis zu beiden Enden der Laufbahnschiene 13 geradlinig durchgehend.

Die Laufbahnrille 20 besitzt außerdem eine der Außenschulter 23 lediglich im Bereich der zugehörigen Führungsbahn 8 gegenüberliegende Innenschulter 24, die an ihren beiden Enden in die angrenzende Endfläche 21 übergeht. Die Laufbahnrille 20 der Laufbahnschiene 13 ist zusammen mit ihrer Innenschulter 24 und ihrer Außenschulter 23 auf ihrer gesamten Länge mit einer Profilschleifscheibe fertiggeschliffen.

Jede Laufbahnschiene 13 ist in ihrer Öffnung 14 derart festgesetzt, daß ihre Laufbahnrille 20 relativ zur zugehörigen Führungsbahn 8 um ein bestimmtes Maß 25 zur Führungsbahn der betreffenden Kugelreihe 7 hin versetzt angeordnet ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt das Maß 25 dieser umfangsseitigen Versetzung 0,02mal dem Durchmesser der Kugeln 11, 12. Dabei haben die einander gegenüberliegenden Wandungen 26, 26A jeder Führungsbahn 8 eine umfangsseitigen Abstand 27 voneinander, der 1,06 mal so groß wie der Durchmesser der Kugeln 11, 12 ist (Fig. 4).

Aus der Darstellung in Fig. 3 geht hervor, daß der Mittelpunkt 28 des Halbkreises 22 jeder Umlenkbahn 10 in einem endseitigen Abstand 29 vom benachbarten Ende 30 der Innenschulter 24 angeordnet ist. Im vorliegenden Fall beträgt dieser Abstand etwa 0,2mal dem Durchmesser der Kugeln 11, 12.

Die Laufbahnschiene 13 besitzt auf ihrer radial nach innen weisenden Seite einen die Führungsbahn der unbelasteten Kugeln 12 radial von außen abdeckenden Flächenabschnitt 31, welcher in die beiden Endflächen 21 der Laufbahnschiene 13 stufenlos übergeht. Dieser Flächenabschnitt 31 ist zylinderabschnittförmig ausgebildet und hat einen Krümmungsradius R, dessen Mittelpunkt auf der Längsmittenachse 32 des Kugellagers 1 liegt (Fig. 4).

Das vorstehend beschriebene Kugellager für Längsbewegungen kann im Rahmen des Erfindungsgedankens konstruktiv abgeändert werden. Zum Beispiel die Käfighülse des Kugellagers nicht am Umfang geschlossen ausgebildet zu sein, vielmehr kann diese auch mit einem in Längsrichtung durchgehenden Schlitz versehen sein, so daß die Käfighülse die Welle nur zum Teil umgibt.

Die belasteten Kugeln einzelner oder jeder Kugelreihe der Käfighülse können auch in einer in der Welle eingearbeiteten, längsverlaufenden Laufbahnrille abrollen. Diese Kugeln übertragen dann nicht nur Radialkräfte, sondern auch Umfangskräfte (Momentbelastung) von der Welle für die betreffenden Laufbahnschiene auf das Gehäuse.

Es ist außerdem nicht unbedingt notwendig, daß die Fläche des Halbkreises der Umlenkbahnen der Käfighülse und somit auch die diese Umlenkbahnen von außen abdeckende Endfläche der Laufbahnschiene eben ausgebildet ist. Diese Fläche kann nämlich auch radial nach außen zylinderabschnittförmig gewölbt verlaufen, wobei dann die zugehörige, parallel dazu verlaufende Endfläche der Laufbahnschiene ebenfalls zylinderabschnittförmig ausgebildet ist.

Claims (9)

1. Kugellager für Längsbewegungen zwischen einer Welle und einem Gehäuse, bestehend aus einer die Welle zumindest zum Teil umgebenden Käfighülse mit aus am Umfang nebeneinander angeordneten, längsverlaufenden Führungsbahnen für die belasteten bzw. unbelasteten Kugeln und diese Führungsbahnen paarweise miteinander verbindenden halbkreisförmigen Umlenkbahnen bestehenden Kugelführungen mit in diesen geführten endlosen Kugelreihen und in je einer radialen Öffnung der Käfighülse eingebauten, lastaufnehmenden Laufbahnschiene, welche auf ihrer radial nach innen weisenden Seite eine Mittenfläche mit einer längsverlaufenden Laufbahnrille für die belasteten Kugeln einer Kugelreihe und an jedem längsseitigen Ende dieser Mittenfläche eine die anschließende Umlenkbahn dieser Kugelreihe radial von außen abdeckende Endfläche sowie einen die Führungsbahn der unbelasteten Kugeln radial von außen abdeckenden Flächenabschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahnrille (20) jeder Laufbahnschiene (13) eine in jede Endfläche (21) in Längsrichtung hineinragende Außenschulter (23) aufweist und daß der die Führungsbahn (9) der unbelasteten Kugeln (12) radial von außen abdeckende Flächenabschnitt (31) ebenfalls in Längsrichtung in jede Endfläche (21) hineinragend angeordnet ist, wobei die Endfläche (21) zur Fläche des Halbkreises (22) der zugehörigen Umlenkbahn (10) parallel verläuft und sowohl der Grund der Laufbahnrille (20) als auch der die unbelasteten Kugeln (12) abdeckende Flächenabschnitt (31) in die Endfläche (21) absatzlos einmündend angeordnet sind.

2. Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Laufbahnschiene (13) in der betreffenden Öffnung (14) der Käfighülse (4) in Umfangsrichtung so festgesetzt ist, daß die Laufbahnrille (20) der Laufbahnschiene (13) relativ zur zugehörigen Führungsbahn (8) der belasteten Kugeln (11) um ein bestimmtes Maß (25) zur Führungsbahn (9) der unbelasteten Kugeln (12) der betreffenden Kugelreihe (7) hin versetzt angeordnet ist.

3. Kugellager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß (25) der umfangsseitigen Versetzung der Laufbahnrille (20) etwa 0,02mal dem Durchmesser der Kugeln (11, 12) beträgt.

4. Kugellager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der umfangsseitige Abstand (27) der einander gegenüberliegenden Wandungen (26, 26A) jeder Führungsbahn (8) der belasteten Kugeln (11) etwa 1,06mal so groß wie der Durchmesser der Kugeln (11, 12) ist.

5. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt (28) des Halbkreises (22) jeder Umlenkbahn (10) in einem endseitigen Abstand (29) vom benachbarten Ende (30) einer Innenschulter (24) der Laufbahnrille (20) der Laufbahnschiene (13) angeordnet ist.

6. Kugellager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der endseitige Abstand (29) des Mittelpunktes (28) des Halbkreises (22) der Umlenkbahn (10) vom benachbarten Ende (30) der Innenschulter (24) der Laufbahnrille (20) etwa 0,2mal so groß wie der Durchmesser der Kugeln (11, 12) ist.

7. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der kreisförmigen Kontur der Kugeln (11, 12) der zugehörigen Kugelreihe (7) eng angepaßt ist.

8. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschulter (23) der Laufbahnrille (20) jeder Laufbahnschiene (13) sich bis zu beiden Enden der Laufbahnschiene (13) durchgehend erstreckt.

9. Kugellager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenabschnitt (31) der Führungsschiene (13) mit einem Krümmungsradius (R), dessen Mittelpunkt auf der Längsmittenachse (32) des Kugellagers liegt, zylinderabschnittförmig ausgebildet ist.