DE3734450A1 - Axial-rillenkugellager - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Axial-Rillenkugellager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Axial-Rillenkugellager dieser Art werden am Markt in den verschieden­ sten Ausführungsformen, beispielsweise als einseitig oder zweiseitig wir­ kende Lager oder als Einscheiben- oder Mehrscheibenlager vertrieben. Sie haben sich im wesentlichen gut bewährt, sie haben jedoch den Nachteil, daß sie entsprechend ihrer Bezeichnung zur Aufnahme lediglich von axialen La­ sten geeignet sind und bei Einsatz in Anordnungen, in denen außer axialen Kräften auch radiale Kräfte aufgenommen werden müssen, (jeweils) ein wei­ teres, für diesen Zweck speziell geeignetes Radiallager eingesetzt werden muß. Eine solche Anforderung tritt etwa in Spindeltrieben, Schwenkmotoren und dergl. Einrichtungen auf, in denen die doppelte Lagerung nicht nur einen erheblichen Konstruktionsaufwand und Platzbedarf erfordert sondern darüber hinaus der weitere Nachteil auftritt, daß eine Montage der Lager mit Nullspiel nicht möglich ist mit der weiteren Folge, daß eine toleranz­ freie Betätigung eines Regelteils bei Einsatz einer derart doppelt gela­ gerten Kraftübertragung nicht möglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß als Aufgabe die Schaffung eines Axial-Rillenkugellagers der beschriebenen Art mit Null-Toleranz zugrunde. Diese Aufgabe wird mit einem Axial-Rillenkugellager mit den im Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmalen gelöst.

Durch die Erfindung ist ein Axial-Rillenkugellager geschaffen, bei dem durch einerseits fallweise Wahl der zum jeweils hälftigen Eingriff in die beiden Wellenscheiben und die drehende Welle bestimmten Kugeln und ande­ rerseits die auf die Gehäusescheiben aufgebrachte Vorspannung die bei der Fertigung unvermeidbar auftretenden Fertigungstoleranzen während der Montage in jedem Einzelfall individuell ausgeglichen werden können, so daß die Kraftübertragung mit Nulltoleranz eingerichtet werden kann. In ent­ sprechender Weise können im Betrieb unvermeidlich auftretende Ausarbei­ tungen der Kugelführungsbahnen und ein sich hierdurch ergebendes Wegespiel bei der Kraftübertragung durch einfachen Austausch der ursprünglich mon­ tierten Kugeln durch Kugeln mit einem entsprechend der eingetretenen Aus­ arbeitung größeren Durchmesser ausgeglichen werden, wobei die Ausarbei­ tungen nicht nur der in der drehenden Welle und den Außenkanten der Wel­ lenscheiben sondern auch die Ausarbeitungen der in den Axiallagerflächen angeordneten Kubelbahnen ausgeglichen werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Lagers gemäß Erfindung besteht auch darin, daß es außer zur Aufnahme von axialen Kräften auch zur Aufnahme von radialen Kräften ge­ eignet ist und gleichzeitig auch der Führung der gelagerten Welle dient. Es wird damit mit Hilfe des erfindungsgemäßen Lagers der bisher erforder­ liche Platzbedarf wesentlich verringert, ebenso der konstruktive und damit finanzielle Aufwand bei der Lagerung drehender und sowohl axial als auch radial belasteter Maschinenteile.

Aufgrund dieser Eigenschaft, sowohl axial wirkende als auch radial wirkende Kräfte aufnehmen und weiterleiten zu können, besteht der weitere wesentliche Vorteil der Erfindung, daß das Lager nach geringfügigsten konstruktiven Änderungen in kinematischer Umkehrung seiner Funktionen als - ungewöhnlich leistungsfähiger - Spindeltrieb bzw. Linearmotor eingesetzt werden kann.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung, in der die Erfindung anhand der Zeich­ nung beispielsweise erläutert ist. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein einreihiges Axial-Rillenkugel­ lager gemäß Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach A-A durch Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein zweireihiges Axial-Rillenkugellager,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein dreireihiges Axial-Rillenkugellager.

Das in Fig. 1 der Zeichnung beispielsweise wiedergegebene Axial-Ril­ lenkugellager dient der Lagerung einer drehenden Welle 1. Es besteht aus zwei äußeren Gehäusescheiben 2, 3 und einer inneren Wellenscheibe 4, wobei die tragende Verbindung zwischen der Wellenscheibe 4 und den beiden Gehäu­ sescheiben jeweils von einer Kugelreihe 5 bewirkt wird. Erfindungsgemäß ist das Lager zur Bildung einer Doppelwellenscheibe mit einer weiteren Wellenscheibe 6 versehen, wobei die beiden Wellenscheiben 4, 6 an ihren gegeneinanderweisenden inneren Kanten mit jeweils einer etwa viertelkreis­ förmigen Hohlkehlung 8, 9 versehen sind, die gemeinsam eine Halbkugelnut für eine Kugelreihe 10 bilden, die mit ihrer anderen Hälfte in einer in die drehende Welle 1 eingearbeitete Halbkugelnut 11 eingreift, die im Falle der einfachen Lagerung einer drehenden Welle von einer rundumlau­ fenden Nut gebildet ist. In diesem Falle dienen die Kugeln nicht nur wie im Falle der einfachen Wellenlagerung der Aufnahme von Lagerkräften son­ dern der Kraftübertragung zwischen der Gewindespindel und der Gewinde­ muffe. Hierbei verläuft der Kraftfluß bei der Lagerung bzw. Kraftübertra­ gung etwa wellenförmig von der Gehäusescheibe 2 über die dieser Scheibe benachbarte Kugelreihe 5 zur Wellenscheibe 4, von dort über die Kugelreihe 10 zur Wellenscheibe 6 und schließlich über die dieser Wellenscheibe benachbarte Kugelreihe 5 zur Gehäusescheibe 3, wobei die "Wellenscheiben" 4 und 6 nicht mehr wie bei den bekannten Axial-Kugellagern direkt auf der Welle aufgekeilt sondern indirekt über die Kugelreihe 10 mit der Welle 1 gekoppelt sind. Zur Übertragung geringerer Kräfte genügt die Lagerung der Teile auf den Kugelreihen 5 und 10, zur Übertragung größerer Kräfte wird im Hinblick auf den wellenförmigen Kraftverlauf durch das Lager und das hierdurch bedingte Auftreten richtungsunbestimmter Kraftkomponenten zwi­ schen den Wellenscheiben 4, 6 eine weitere stützende Kugelführung 12 vor­ gesehen.

Im vorliegenden Beispiel ist die Erfindung anhand einer einfachen La­ gerung einer drehenden Welle dargestellt. Das erfindungsgemäße Lager kann jedoch auch aufgrund seiner Eigenschaft, sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufnehmen zu können, nach nur geringfügiger konstruktiver Änderun­ gen in kinematischer Umkehrung als Linearantrieb bzw. Schwenkmotor zur Übertragung von Kräften zwischen der in diesem Falle als Gewindespindel ausgebildeten Welle 1 und den als "Kolben" wirkenden Gehäusescheiben 2, 3 eingesetzt werden. Es bedarf hierzu lediglich der Befestigung des die Kugeln 10 führenden und in diesem Falle entsprechend den zu übertragenden Kräften stärker ausgelegten Kugelkäfigringes an den mit einer Axialführung im Gehäuse zu versehenden Gehäusescheiben, wobei der Kugelkäfig die Funk­ tion der Antriebsmutter des Linearmotors übernimmt. Es hat sich gezeigt, daß in dieser Weise ausgebildete Linearantriebe mit Gewindesteigungen bis zu dem zehnfachen des Spindeldurchmessers störungsfrei arbeiten, wohin­ gegen herkömmliche Linearantriebe mit Wegeübersetzungen von maximal dem zweifachen des Spindeldurchmessers eingesetzt werden können.

Zur Montage des Lagers werden in der erforderlichen Reihenfolge die Gehäuse- und Wellenscheiben 2, 3, 4, 6 sowie die Kugelkäfigringe 5, 10 und gegebenenfalls 12 eingelegt, wobei die Kugelstärke der Kugelkäfigringe 10 und 12 in Abhängigkeit von dem sich aus der fertigungstechnischen Toleranz ergebenden Spiel zwischen wellenseitiger Nut 11 und wellenscheibenseitiger Nut 8, 9 ausgewählt werden. Es werden danach die Gehäusescheiben 2 und 3 gegeneinander verspannt mit der Wirkung, daß die Kugeln des Käfigringes 10 infolge der Ausbildung der Kehlungen 8 und 9 als Viertelkreisnut in die Wellennut 11 eingedrückt werden. Es wird hierdurch eine feste und absolut spielfreie Montage der Welle in dem Lager und damit in dem Gehäuse ermög­ licht. Entsprechend kann später auftretendes (geringes) Spiel durch nach­ trägliches weiteres Spannen der Gehäusescheiben 2, 3 gegeneinander ausge­ glichen werden, während größeres Spiel durch einfachen Austausch des Ku­ gelkäfigringes 10 gegen einen Kugeln mit größerem Durchmesser enthaltenden Kugelkäfigring ausgeglichen werden kann.

Das Lager kann - im Sinne der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungs­ form - als einreihiges Lager ausgebildet sein, es kann jedoch auch als beliebig mehrreihiges Lager ausgebildet sein, in welchem Falle jede der Wellenscheiben 4 durch Hinzufügen einer weiteren Wellenscheibe 6 zu einer Doppelscheibe ergänzt und die Wellenscheiben mittels eines Kugelkäfigrin­ ges 10 miteinander und mit der Welle 1 gekoppelt werden. Ein in diesem Sinne ausgebildetes zweireihiges Lager ist in Fig. 2 und ein dreireihiges Lager in Fig. 4 wiedergegeben. Es ist erkennbar, daß die Zahl der Reihen in dieser Weise beliebig vergrößert werden kann, so daß das Lager unbe­ grenzt für grundsätzlich jede beliebige Tragfähigkeit ausgelegt werden kann.

Claims (4)

1. Axial-Rillenkugellager für Wellen, Gewindespindeln oder dergl. dre­ hende Kraftübertragungselemente, bestehend aus zwei äußeren Gehäuseschei­ ben und einer inneren Wellenscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager mit einer sich parallel zur Wellenscheibe (4) erstreckenden weiteren Wel­ lenscheibe (6) versehen ist und die beiden Wellenscheiben (4, 6) an ihren gegeneinanderweisenden inneren Kanten mit jeweils einer viertelkreisförmi­ gen Hohlkehlung (8, 9) oder einer Anphasung versehen sind, die gemeinsam eine Halbkugel- bzw. Keilnut als Laufbahn für eine Kugelreihe bilden, de­ ren Kugeln (10) mit ihrer anderen Hälfte in eine in die drehende Welle (1) eingearbeitete Halbkugelnut (11) bzw. entsprechende Keilnut eingreifen.

2. Axial-Rillenkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kraftübertragung zwischen der in diesem Falle als gesondert im Gehäuse gelagerten Gewindespindel ausgebildeten Welle (1) und den in diesem Falle axial im Gehäuse geführten Gehäusescheiben (Linearantrieb) die Kugeln (10) in einem an den Gehäusescheiben befestigten Kugelkäfig gehalten sind.

3. Axial-Rillenkugellager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wellenscheiben (4, 6) zur Abstützung richtungsunbestimmter Lagerkräfte mit einer umlaufenden Kugelabstützung (12) versehen sind.

4. Axial-Rillenkugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung mehrreihiger Lager jede der Wellenscheiben (4) durch eine weitere Wellenscheibe (6) ergänzt ist und die Wellenschei­ ben (4, 6) jeweils paarweise mittels einer Kugelreihe (10) sowie gegebe­ nenfalls einer Kugelabstützung (12) miteinander sowie mit der Welle (1) gekoppelt sind.