DE3512013C2 - - Google Patents
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- F16C29/06—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load
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- F16C29/0685—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with the bearing body fully encircling the guide rail or track the bearing body encircles a rail or rod of circular cross-section, i.e. the linear bearing is not suited to transmit torque with balls
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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.
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