DE3527307A1

DE3527307A1 - Linearkugellager

Info

Publication number: DE3527307A1
Application number: DE19853527307
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1984-09-21
Filing date: 1985-07-30
Publication date: 1986-04-24
Also published as: GB2164708A; DE3527307C2; US4630872A; GB8517836D0; GB2164708B; JPS6179021A; JPS6224647B2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Linearkugellager, wie es zum Beispiel verwendet wird, um ein zu bewegendes Teil, beispielsweise einen Schlittenteil einer Werkzeugmaschine, zum Beispiel einer numerisch gesteuerten Maschine oder eines Industrieroboters, linear zu führen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein solches Linearkugellager, welches mit Hilfe eines Lagergehäuses leicht an einem zu bewegenden Teil montiert werden kann, und bei dem die Justierung des Spiels zwischen Lagergehäuse und zugehöriger Führungsschiene leicht durchgeführt werden kann.

Anhand von Fig. 12 soll ein herkömmliches Linearkugellager beschrieben werden. Ein Lagergehäuse b mit etwa C-förmigem Querschnitt und einer auf seiner Unterseite ausgebildeten Ausnehmung a nimmt mit dieser den oberen Abschnitt einer Führungsschiene c mit vorbestimmtem Spiel auf. Eine Vielzahl Kugeln d laufen in Endlos-Kugellaufbahnen um, die in dem Lagergehäuse b ausgebildet sind. Das Lager ist derart ausgebildet, daß es entlang der Führungsschiene c hin- und hergehende Linearbewegungen mit Hilfe der Kugeln d auszuführen vermag, während auf das Lagergehäuse d vertikal und horizontal Belastungen einwirken können.

Um entsprechend dem Einsatz des Lagers ein angemessenes Spiel zwischen dem Lagergehäuse b und der Führungsschiene c zu erhalten, müssen folgende Forderungen berücksichtigt werden: Wenn auf das Lager aufgrund von Trägheitsmomenten bei der Laufrichtungsänderung oder beim Vorbeilaufen an einem Überhang eine Stoßbelastung einwirkt, muß das Lager

eine hohe Steifigkeit besitzen, um diese Stoßbelastung aufnehmen zu können. Gegebenenfalls muß das Lager eine hohe Genauigkeit aufweisen im Hinblick auf Positionierungsvorgänge oder wiederholte Bewegungsvorgänge. In einem Meßgerät, bei dem eine geringe Last auf das Lager einwirkt, muß das Lager leichtgängig sein und eine hohe Genauigkeit aufweisen.

Um den genannten Erfordernissen Rechnung zu tragen, ist es allgemein üblich, das erwähnte Spiel dadurch zu variieren, daß man die auf das Lager einwirkende Vorspannung derart justiert, daß das Spiel zwischen Laufrillen i für belastete Kugeln am Lagergehäuse b und den entsprechenden Kugellaufrillen j an der Führungsschiene c kleiner gemacht wird als der Durchmesser der Kugeln d. Bei den herkömmlichen Linearkugellagern der oben beschriebenen Art wird die Vorspannung auf folgende Weise eingestellt: Gemäß Fig. 12 sind an beiden Seiten des oberen Abschnitts des Lagergehäuses b Montageflansche e vorgesehen, und das Lagergehäuse b wird auf einen zu bewegenden Teil g mit Hilfe von Montagebolzen h befestigt, die Bolzenaufnahme-Bohrungen f in den Flanschen e durchdringen und in das zu bewegende Teil g eingeschraubt sind. Das Spiel zwischen dem Lagergehäuse b und der Führungsschiene c wird dadurch eingestellt, daß man Kugeln d auswählt, deren Durchmesser für die gegebenen Erfordernisse angemessen ist, oder aber dadurch, daß man den Fräsquerschnitt der Kugellaufrillen j der Führungsschiene c geeignet wählt.

Allerdings weisen diese herkömmlichen Linearkugellager folgende Probleme auf: Um die Einstellung der Vorspannung vorzunehmen, ist es notwendig, Kugeln mit einem geeigneten

Durchmesser auszuwählen und die ausgewählten Kugeln in die Endlosbahnen einzupassen, oder aber es ist notwendig, die Kugellaufrillen zu fräsen. Deshalb bereitet es Schwierigkeiten, das Lager mit einem zu bewegenden Teil zusammenzubauen. Da außerdem derjenige Oberflächenabschnitt des Flansches, der mit dem Kopf des Befestigungsbolzens h in Eingriff kommt, sich oberhalb der Belastungsmitte befindet, ergibt sich bei einer nach oben oder nach unten gerichteten Belastung des Lagers während dessen Betrieb leicht ein unerwünschtes Spiel zwischen der Führungsschiene c und den Kugeln d, was in unerwünschter Weise dazu führen kann, daß das Lagergehäuse b schlägt oder Geräusche verursacht. Da das Lagergehäuse b nach außen gerichtete Flansche e besitzt, die mit seinem oberen Abschnitt einstückig ausgebildet sind, erhöht sich der Materialaufwand unvorteilhaft. Wenn außerdem auf das zu bewegende Teil g eine horizontale Belastung einwirkt, liegt der Angriffspunkt der Last unerwünscht hoch, wodurch die jeweiligen Kugellaufflächen des Lagergehäuses b und der Führungsschiene c des Lagers erhöhten Belastungen ausgesetzt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Linearkugellager zu schaffen, welches die oben aufgezeigten Nachteile vermeidet oder doch zumindest mildert.

Diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Linearkugellagers werden folgende Vorteile erzielt: Wenn die Lagergehäusehälften an einem entlang der Führungsschiene zu

bewegenden Teil montiert werden, werden die Lagergehäuse zunächst versuchsweise mit Hilfe von Befestigungsbolzen an dem zu bewegenden Teil montiert. Dann erfolgt eine Vorspannungs-Einstellung unter Zuhilfenahme eines Justierbolzens derart, daß die Oberplatte elastisch verformt wird, wodurch das Spiel zwischen den Lagergehäusehälften und der Führungsschiene nach Wunsch eingestellt wird und gleichzeitig eine vorbestimmte Vorspannung auf die Kugeln gegeben wird. Da die Lagergehäusehälften an dem zu bewegenden Teil montiert werden, indem die Starrheit des zu bewegenden Teil ausgenutzt wird, muß die Oberplatte für sich genommen keine große Festigkeit besitzen und kann relativ dünn ausgebildet sein. Die Dickenverminderung der Oberplatte ermöglicht eine Verringerung der Bauhöhe des Lagers insgesamt. Es ist daher möglich, den Schwerpunkt des zu bewegenden Teils in eine günstige niedrige Lage zu bringen und dadurch die Stabilität dieses Teils zu erhöhen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearkugellagers,

Fig. 2 einen Grundriß des Lagers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Lagergehäusehälfte,

Fig. 4 ein Horizontalschnitt der Lagergehäusehälfte nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht der Lagergehäusehälften nach Fig. 3 von unten,

Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in Fig. 5_f

Fig. 8 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearkugellagers,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer in Verbindung mit der Erfindung verwendeten Führungsschiene,

Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X in Fig. 9,

Fig. 11 eine Schnittansicht eines Paares von erfindungsgemäßen Linearkugellagern zur Veranschaulichung einer möglichen Verwendung des erfindungsgemäßen Lagers, und

Fig. 12 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Linearkugellagers.

Das erfindungsgemäße Linearkugellager besteht im wesentlichen aus einem Paar Lagergehäusehälften 1, einer Oberplatte 3, die die oberen Abschnitte der beiden Lagergehäusehälften 1 derart verbindet, daß eine nach unten geöffnete Ausnehmung 2 definiert wird, und die zwischen den

Lagergehäusehälften 1 elastisch verformbar ist, und einer Führungsschiene 4, die mit ihrem oberen Abschnitt mit vorbestimmtem Spiel in die Ausnehmung 2 eingepaßt ist.

Jede der Lagergehäusehälften 1 besitzt ein Grundteil 5 etwa rechteckigen Querschnitts, die in den Fig. 1 sowie 3 bis 7 gezeigt ist. Jedes Grundteil 5 besitzt in der Innenseite, die der Innenseite des anderen Grundteils gegenüberliegt, zwei Laufrillen 6 für belastete Kugeln. Die Laufrillen 6 für belastete Kugeln erstrecken sich in Längsrichtung des Grundteils 5 und haben etwa halbkreisförmigen Querschnitt. Jedes Grundteil 5 besitzt weiter Kugelrücklaufbohrungen 7a, die den Laufrillen 6 fur belastete Kugeln jeweils zugeordnet sind und Kugelrücklaufbahnen 7 bilden. Ein Paar Kunststoff-Endplatten sind an die beiden Stirnseiten jeder Lagergehäusehälfte 1 mit Hilfe von Befestigungsbolzen 9 befestigt, wobei jede Endplatte 8 Führungsnuten 8a besitzt, welche jede Laufrille 6 für belastete Kugeln mit der zugehörigen Kugelrücklaufbohrung 7a verbinden und dadurch eine Endlosbahn definieren. In jeder Endlosbahn befinden sich mehrere Kugeln 10. Die Kugeln 10 laufen in den Endlosbahnen um und nehmen eine Last auf, wenn sie in dem Bereich zwischen den Laufrillen 6 für belastete Kugeln jeder Lagergehäusehälfte 1 und den entsprechenden Kugellaufrillen 17 (diese werden weiter unten noch näher beschrieben) in der Führungsschiene 4 laufen. Außerdem besitzt jede Lagergehäusehälfte 1 mehrere (im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei) Gewindelöcher 11, die zum Montieren der Oberplatte 3 verwendet werden, sowie mehrere (im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei) Bolzenaufnahme-Bohrungen 12, die zum Montieren der Lager-

gehäusehälfte 1 an einem beweglichen Teil A, zum Beispiel einem Schlitten, verwendet werden. Im vorliegenden Fall befinden sich die Bolzenaufnahme-Bohrungen 12 zwischen den Laufrillen 6 für belastete Kugeln und den Kugelrücklaufbohrungen 7a. Jede Bolzenaufnahme-Bohrung 12 besitzt einen Anschlag 12a, der mit dem Kopf 13a eines Befestigungsbolzens 13 in Eingriff gelangt. Der in Form einer Stufe ausgebildete Anschlag 12a befindet sich in der Bolzenaufnahme-Bohrung 12 in einer Position, die unterhalb der Belastungsmitte liegt, wenn das Lager an dem beweglichen Teil A montiert ist.

Die Oberplatte 3 besteht beispielsweise aus einer Stahlplatte mit einem dünnwandigen Abschnitt 14 im Mittelbereich, so daß die Oberplatte 3 in diesem dünnwandigen Abschnitt 14 elastisch verformbar ist. Es ist jedoch nicht immer notwendig, daß der Mittelabschnitt der Oberplatte 3 eine verringerte Dicke besitzt. Der Mittelabschnitt der Oberplatte 3 kann beispielsweise in der aus Fig. 8 ersichtlichen Weise gebogen sein, so daß die Oberplatte 3 in dem gebogenen Abschnitt 15 elastisch verformbar ist. Die Oberplatte 3 ist an den Lagergehäusehälften 1 mit Hilfe von Befestigungsschrauben 16 derart festgemacht, daß die gesamte Oberseite jeder Lagergehäusehälfte 1 und der Endplatten 8 abdeckt und etwas in Längsrichtung des Lagers über die Endplatten 8 übersteht (vgl. Fig. 2). Der Grund dafür, daß die beiden Enden der Oberplatte 3 über die entsprechenden Endplatten 8 vorstehen, besteht darin, daß die Endplatten 8 vor einer möglichen Kollision mit einem feststehenden Teil einer Maschine oder Anlage, wo das erfindungsgemäße Lager eingesetzt wird, an den Bewegungshub-Enden des Lagers geschützt werden muß.

Die Führungsschiene 4 besitzt, wie in den Fig. 1, 9 und 10 gezeigt ist, in ihrem oberen Abschnitt auf beiden Seiten Vorsprünge 17 etwa trapezförmigen Querschnitts. Jeder Vorsprung 17 besitzt auf seinen beiden Seitenflächen besitzt auf seinen beiden Seitenflächen Kugellaufrillen 18 etwa kreisförmigen Querschnitts, die den entsprechenden Laufrillen 6 für belastete Kugeln derart gegenüberliegen, daß Zonen für belastete Kugeln gebildet werden.

Die Führungsschiene 4 besitzt in geeigneten Längsabständen mittige Bolzenaufnahme-Bohrungen 19 zur Aufnahme von Befestigungsbolzen 20, mit deren Hilfe die Führungsschiene 4 an einem Bett B einer Maschine oder Anlage befestigt wird.

Obschon bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Lagergehäusehälften 1 und die Oberplatte 3 mit Hilfe von Befestigungsschrauben 16 verbunden sind, muß man nicht immer solche Befestigungsschrauben 16 verwenden, sondern man kann stattdessen andere Verbindungsmittel einsetzen, zum Beispiel Schweißverbindungen.

Das den oben erläuterten Aufbau aufweisende Linearkugellager kann in einen Verschiebetisch oder Schlitten eingebaut sein, der eine lineare Hin- und Herbewegung verschiedener Maschinen- oder Werkzeug.teile führt. Wie als Beispiel in Fig. 11 gezeigt ist, sind zwei Führungsschienen 4 mit Hilfe von Befestigungsbolzen auf einer Aufnahmefläche C des Bettes B befestigt, wobei letztere an einer Maschine oder einem Werkzeug montiert ist. Zwischen den jeweiligen Oberseiten der Lager, d.h. auf den Lagergehäusehälften 1 und der Ober-

platte 3, die in Kombination jedes der Lager bilden und entlang der zugehörigen Führungsschiene 4 gleiten, wird ein starres bewegliches Teil A angeordnet. Das Teil A und die Lager werden dann mit Hilfe von Befestigungsbolzen 13 aneinander befestigt. Um nun auf jedes der Lager eine vorbestimmte Vorspannung aufzubringen, wird eine der Lagergehäusehälften 1 mit Hilfe eines an der Außenseite des beweglichen Teils A aus eingeschraubten Justierbolzen 21 in Richtung auf die Führungsschiene 4 gepreßt. Daraufhin verformt sich die Oberplatte 3 jedes Lagers elastisch zwischen den Lagergehäusehälften 1. Auf diese Weise ist es möglich, mit Hilfe dieser elastischen Verformung das Spiel zwischen den Lagergehäusehälften 1 und der Führungsschiene 4 nach Maßgabe des beabsichtigten Einsatzes der Anlage einzustellen. Da außerdem die Anlagestufe 12a jeder Bolzenaufnahme-Bohrung 12, die in Eingriff kommt mit dem Kopf 13a des zugehörigen Befestigungsbolzens 13, unterhalb der Belastungsmitte liegt, steht nicht zu befürchten, daß bei einer auf das bewegliche Teil A nach oben oder nach unten einwirkenden Belastung irgend ein unerwünschtes Spiel zwischen den Lagergehäusehälften 1 und der Führungsschiene 4 auftritt. Es ist mithin möglich, die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen.

Die Erfindung schafft also ein Linearkugellager, welches sich zusammensetzt aus einem Paar Lagergehäusehälften mit einer Mehrzahl von Kugeln, und einer Oberplatte, die die jeweiligen Oberseiten der Lagergehäusehälften derart miteinander verbindet, daß eine Ausnehmung gebildet wird, in die der obere Abschnitt einer Führungsschiene mit vorbestimmtem Spiel eingepaßt ist. Die Oberplatte ist zwischen den Lagergehäusehälften elastisch verformbar.

Die Montage des Lagers an einem zu bewegenden Teil ist also im Vergleich zum Stand der Technik erleichtert. Außerdem ist es möglich, die Vorspannung je nach vorgesehenem Einsatz des Lagers zu justieren, und ferner besteht die Möglichkeit, die Vorspannung auf das gewünschte Maß neu einzustellen. Da es möglich ist, die Lagergehäusehälften unter Ausnutzung der Steifigkeit des zu bewegenden Teils zu montieren, läßt sich die Dicke der Oberplatte reduzieren. Wenn also auf das zu bewegende Teil in horizontaler Richtung Belastungen einwirken, befindet sich der Lastangriffspunkt vorzugsweise in einer sehr niedrigen Lage, so daß die Stabilität des zu bewegenden Teils erhöht wird. Außerdem ist es in vorteilhafter Weise möglich, den Abstand zwischen dem Kontaktpunkt jeder belasteten Kugel und dem Angriffspunkt einer externen Kraft zu reduzieren, da die Bolzen, die zum Montieren jeder Lagergehäusehälfte an dem zu bewegenden Teil verwendet werden, sich zwischen den LaufriIlen für belastete Kugeln und den Kugelrücklaufbohrungen der jeweiligen Lagergehäusehälfte befinden, und weil die Anlage jeder Bolzenaufnahme-Bohrung an dem Kopf des zugehörigen Bolzens unterhalb der Belastungsmitte erfolgt. Aus diesem Grund besteht selbst dann, wenn während des Betriebs eine äußere Kraft einwirkt, nicht die Gefahr, daß sich zwischen den Lagergehäusehälften und der Führungsschiene ein unerwünschtes Spiel ergibt. Hierdurch ist eine stabile lineare Hin- und Herbewegung des Lagers möglich.

Claims

KUAKER-SCHMITT-MLSON HIRSGH BVTENTAN^ÄLTE ------- - - ΕΓΚΟίΐΛΝ PVTKNT \miRNR> K 22 792/7we Hiroshi TERAMACHI 2-34-8, Higashi-Tamagawa, Setagaya-Ku, Tokyo / Japan Linearkugellager Patentansprüche

1. Linearkugellager,
gekennzeichnet durch

- ein Paar Lagergehäusehälften (1) mit jeweils in deren gegenüberliegenden Seiten in Längsrichtung ausgebildeten Laufrillen (6) für belastete Kugeln, sowie mit sich durch sie in Längsrichtung erstreckenden Kugelrücklaufbohrungen (7a),

- eine die Oberseiten der Lagergehäusehälften (1) verbindende Oberplatte (3), die zwischen den Lagergehäusehälften (1) elastisch verformbar ist,

- eine mit ihrem oberen Abschnitt in den zwischen den Lagergehäusehälften (1) definierten Raum (2) mit vorbestimmtem Spiel eingepaßte Führungsschiene (4), die in den beiden den gegenüberliegenden Seiten der Lagergehäusehälften (1) zugewandten Seitenflächen Kugellaufrillen (18) aufweist, welche sich derart in Längsrichtung der Führungsschiene (4) erstrecken, daß sie den Laufrillen (6) für belastete Kugeln gegenüberliegen, wodurch Zonen für belastete Kugeln gebildet werden,

- zwei Paar Endplatten (8), die an die Stirnseite der Lagergehäusehälften (1) festgemacht sind und in ihren an letzeren anliegenden Seiten Führungsrillen (8a) besitzen, über die eine Verbindung besteht zwischen den einander zugehörigen Laufrillen (6) für belastete Kugeln und Kugelrücklaufbohrungen (7a), so daß Endlosbahnen gebildet werden, und

- eine Mehrzahl von Kugeln (10), die in den Endlosbahnen umlaufen und in den Zonen für belastete Kugeln zwischen den Lagergehäusehälften (1) und der Führungsschiene (4) eine Last aufzunehmen vermögen,

wobei die Oberplatte (3) während einer bei der Montage des Lagers an einem entlang der Führungsschiene (4) zu bewegenden Teil (A) vorgenommenen Vorspannungseinstellung elastisch verformbar ist, so daß das Spiel zwischen den Lagergehäusehälften (1) und der Führungsschiene eingestellt werden kann.

2. Linearkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberplatte (3) in ihrer Mitte einen elastisch verformbaren, dünnwandigen Abschnitt (4) aufweist.

3. Linearkugellager nach Anspruch 1,

dadurch gekenn ζ e i chn e t, daß die Oberplatte (3) in ihrer Mitte einen elastisch verformbaren Biegeabschnitt (15) besitzt.

4. Linearkugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberplatte (3) die gesamte Oberseite jeder der Lagergehäusehälften (1) und der Endplatten (8) abdeckt und geringfügig über jede der Endplatten (8) in Längsrichtung des Lagers übersteht.

5. Linearkugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn ζ e i chnet, daß in der Lagergehäusehälfte (1) zwischen der Laufrille (6) für belastete Kugeln und der Kugelrücklaufbohrung (7a) eine Bohrung (12) gebildet ist zur Aufnahme eines Befestigungsbolzens (13), der dazu verwendet wird, jede der Lagergehäusehälften (1) an dem zu bewegenden Teil (A) festzumachen, und daß ein Anschlag (12a) der Bolzenaufnahme-Bohrung (12), an dem der Kopf (13a) des Bolzens (13) zur Anlage kommt, sich unterhalb der Belastungsmitte befindet, wobei der Bolzen (13) sich durch die Bolzenaufnahme-Bohrung (12) hindurch in das zu bewegende Teil (A) hineinerstreckt.