DE3742868A1 - Leichtgewichtiges linearkugellager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein leichtgewichtiges Linearkugel­ lager, insbesondere ein Linearkugellager, welches sich für Kleinmaschinen eignet, die relativ kleinen Lasten aus­ gesetzt sind. Beispiele für den Einsatz der leichtge­ wichtigen Linearkugellager in solchen Maschinen und Geräten sind die Gleitabschnitte optischer Meßinstrumente oder elektronischer Kleinrechner.

Die japanische Patent-Offenlegungsschrift 1 36 018/1986 be­ schreibt ein leichtgewichtiges Endlos-Linearkugellager, welches unter Verwendung einer dünnen Stahlplatte gebildet ist, die durch plastische Verformung in eine vorbestimmte Gestalt gebracht worden ist.

Fig. 10 und 12 zeigen in perspektivischer bzw. Querschnitt- Darstellung ein bereits entwickeltes leichtgewichtiges Linearkugellager. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht ein als Außengehäuse dienendes Bett 1 aus einer dünnen Stahlplatte, die so durch Pressen geformt ist, daß sie ent­ lang den beiden Seitenkanten zwei Flanschabschnitte auf­ weist. Ein als Innengehäuse dienender Tisch 2 besteht eben­ falls aus einer dünnen Stahlplatte, die zu einer ähnlichen Form gepreßt ist und Flanschabschnitte entlang den beiden Seitenkanten aufweist. Die einander gegenüberliegenden Flächen der beiden Flanschabschnitte des Betts 1 und des Tisches 2 sind mit Spurnuten 1 a bzw. 2 a ausgestattet. Zwischen dem Bett 1 und dem Tisch 2 sind ein oberer Deckel 4 und ein Käfig 6 an einem unteren Deckel 5 befestigt, wobei in dem unteren Deckel 5 Kugelumlenkbahnen sowie Rücklauf­ bahnen 5 b als Einheit derart gebildet sind, daß eine große Anzahl von Kugeln 3 durch die Bahnen rollen kann.

Da bei dem in oben beschriebener Weise ausgebildeten Ku­ gellager der obere Deckel 4 zwischen dem Tisch und dem unteren Deckel 5 liegt, um eine Wand der Kugellaufbahnen zu bilden und das Herausfallen der Kugeln zu verhindern, befindet sich der Tisch 2 an einer höheren Stelle, wenn das Kugellager zusammengebaut ist. Das heißt: der Abstand H zwischen der Oberseite des Tisches 2 und dem Mittelpunkt der belasteten Kugeln 3 erhöht sich um einen Wert, welcher der Dicke des oberen Deckels 4 entspricht, wie in Fig. 11 gezeigt ist. Dadurch erhöht sich das Moment, welches durch seitlich auf den Tisch 2 einwirkende Lasten entsteht, und mithin wird die Starrheit des Tisches 2 abträglich beein­ flußt.

Der Käfig 6 befindet sich ebenfalls innerhalb des Betts 1, derart, daß die belasteten Kugeln 3 nicht aus den Kugel­ laufnuten 1 a und 2 a herausgelangen können. Der Käfig 6 be­ sitzt die in Fig. 12 dargestellte Gestalt. Der Käfig 6 trägt zur Erhöhung der Teile-Anzahl bei, erhöht den Aufwand beim Preßvorgang und beim Zusammenbau und steigert mithin die Herstellungskosten.

Fig. 13 zeigt den Aufbau eines anderen bereits entwickelten Typs eines Linearkugellagers, bei dem der Käfig 6 fehlt. Bei diesem Lager besitzen der obere Deckel 4 und der untere Deckel 5 Erweiterungsabschnitte 4 a bzw. 5 a, und die distalen Enden der Erweiterungsabschnitte 4 a und 5 a, die sich auf jeder Seite des oberen Deckels 4 bzw. des unteren Deckels 6 befinden, sind mit Innenvorsprüngen 4 b bzw. 5 b ausgestattet, in denen die belasteten Kugeln 3 unter Verzicht auf einen Käfig gehalten werden können.

Dennoch ist bei diesem Aufbau noch der obere Deckel 4 notwendig, so daß das die Widerstandsfähigkeit des Tisches 2 gegenüber seitlichen Lasten betreffende Problem noch nicht gelöst ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leichtge­ wichtiges Linearkugellager zu schaffen, welches unter Verzicht auf einen oberen Deckel und einen Käfig ausge­ bildet werden kann, so daß die Anzahl der Lager-Einzelteile herabgesetzt und damit der Abstand zwischen der Oberfläche eines Tisches und der Mitte der belasteten Kugeln minimiert werden kann. Dadurch soll eine ausreichende Widerstands­ fähigkeit gegenüber seitlich auf den Tisch einwirkenden Laster erzielt werden, damit das Kugellager eine lange Lebensdauer erhält, Betriebsgeräusche weitestgehend beseitigt und eine extrem billige Herstellung möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein leichtgewichtiges Linearkugellager,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Außengehäuse des Linearkugellagers nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 3,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Innengehäuse des in Fig. 1 dargestellten Linearkugellagers,

Fig. 6 eine seitliche Ansicht des Innengehäuses nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in Fig. 5,

Fig. 8 eine Draufsicht auf ein Kugelgehäuse des Linearkugellagers nach Fig. 1,

Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie D-D in Fig. 8, und

Fig. 10 bis 13 ein bereits entwickeltes Linearkugellager.

Nach den Fig. 1 bis 9 ist ein Linearkugellager mit einem Außengehäuse 100 vorgesehen (das Außengehäuse 100 ent­ spricht dem in Fig. 10 dargestellten Bett). Das Außenge­ häuse wird in der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Weise unter Verwendung einer dünnen Stahlplatte wie folgt herge­ stellt: in der Nähe der Seitenkanten der Stahlplatte wer­ den Kugellaufnuten 101 so hergestellt, daß sie parallel zueinander in Längsrichtung verlaufen. Dies geschieht durch plastische Verformung der Stahlplatte. Anschließend wird die Stahlplatte an den seitlichen Kantenabschnitten zu einer U-förmigen Einheit gebogen. Dies geschieht mit Hilfe einer Presse derart, daß zwei Flanschabschnitte 102 des Außengehäuses 100 gebildet werden. Nun befinden sich die Kugellaufnuten 101 in den einander zugewandten Innen­ flächen der Flanschabschnitte 102. In dem Abschnitt der dünnen Stahlplatte, der den Rücken des Außengehäuses 100 bildet, wenn die Platte zu dem Außengehäuse verformt ist, werden mehrere Löcher 103 gebildet. Die Löcher 103 nehmen Bolzen auf, wenn das Linearkugellager an einem Instrument montiert wird. Anschließend werden die Kugellaufnuten 101 mit Hilfe eines Schleifsteins geschliffen.

Ein Innengehäuse 200 (welches dem Tisch des Kugellagers nach Fig. 10 entspricht) besteht ebenfalls aus einer dünnen Stahlplatte, wie in den Fig. 5 bis 7 gezeigt ist. Zunächst werden durch eine Presse parallele Kugellaufnuten 201 an solchen Stellen gebildet, an denen die Nuten 201 den ent­ sprechenden Kugellaufnuten 101 gegenüberliegen, wenn das Innengehäuse 200 in das Außengehäuse 100 eingesetzt ist. Anschließend werden an den Kanten der flachen Abschnitte 203, die an den zwei Längs-Endabschnitten der Platte stehen­ bleiben, Kugelhalterabschnitte 202 gebildet, und die zwei inneren Kantenabschnitte der Stahlplatten werden gebogen, so daß die Platte etwa U-förmigen Querschnitt besitzt und folglich Flanschabschnitte 204 sowie einen flachen Mittel­ abschnitt 207 bildet, wodurch das Innengehäuse 200 etwa U-förmigen Querschnitt erhält. Die Laufnuten 201 werden anschließend mit einem Schleifstein geschliffen.

Wie aus den Fig. 5 bis 7 ersichtlich ist, besitzt der mittlere flache Abschnitt 207 des Innengehäuse 200 mehrere Durch­ gangslöcher 205, durch die Eingriffsstifte laufen, wenn ein unten noch zu beschreibendes Kugelgehäuse 300 an dem Innen­ gehäuse 200 montiert wird. Die Durchgangslöcher 205 sind mit einer Gegensenkung ausgestattet. Jeder der flachen Abschnitte 203 an den beiden Längs-Endabschnitten des Innen­ gehäuses 200 besitzt ein Loch 206.

Das Kugelgehäuse 300, welches in das Innengehäuse 200 ein­ gesetzt wird, besteht aus einem wärme- und verschleißbe­ ständigem, selbstschmierenden Kunststoff. Das Teil wird in einer Spritzgußmaschine hergestellt. Wie Fig. 8 und 9 zei­ gen, besitzt das Kugelgehäuse 300 Wandabschnitte 301, die in Innenseiten 241 und 242 der Flanschabschnitte 204 des Innengehäuses 200 passen, wenn das Kugelgehäuse in das Innen­ gehäuse 200 eingesetzt wird. Jeder der Wandabschnitte 201 besteht aus einem horizontalen Abschnitt 3011 und einem ge­ krümmten Abschnitt 3012. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, ist an der Innenseite jedes Wandabschnitts 301 in Längsrichtung eine Umlaufnut 302 für unbelastete Kugeln gebildet, welche einen geringfügig größeren Krümmungsdurchmesser besitzt als die Kugeln. Eine Kugelumlenknut 303 schließt sich an die Umlaufnut für unbelastete Kugeln, 302, an jedem Längs-Ende jedes Wandabschnitts 301 an. Das distale Ende jeder Kugel­ umlenknut 303 kann mit einem Kugelhalte-Zungenteil 3031 ausgestattet sein, falls nötig, um zu gewährleisten, daß die Kugeln exakt abrollen.

Das Kugelgehäuse 300 besitzt außerdem flache Abschnitte 304 an den beiden Längsenden, und die beiden Kanten jedes der flachen Abschnitte 304, in denen die Kugelumlenknuten 303 an die Umlaufnuten für nicht belastete Kugeln, 302, an­ schließen, sind mit geneigten Flächen 3041 ausgestattet, die etwa dreieckigen Querschnitt aufweisen. Der flache Abschnitt 304 besitzt ferner eine Ausnehmung 305. Ein Mittelwandab­ schnitt 307 zwischen den beiden Umlaufnuten für nicht be­ lastete Kugeln, 302, besitzt mehrere Positionierstifte 306, die in die Durchgangslöcher 205 des Innengehäuses 200 eingesetzt werden und dort durch geeignete Mittel, z.B. durch Schmelzverschweißung, fixiert werden, wenn das Kugelgehäuse 300 in das Innengehäuse 200 eingesetzt wird. Der Mittelwandabschnitt 307, die Seitenwandabschnitte 301 und die flachen Abschnitte 304 sind in der gleichen Ebene gebildet.

Das oben beschriebene Außengehäuse 100, das Innengehäuse 200 und das Kugelgehäuse 300 werden zur Bildung eines leichtgewichtigen Linearkugellagers zusammengesetzt. Fig. 1 und 2 sind eine Draufsicht bzw. eine Querschnittansicht des Kugellagers.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, sind bei dem leichtge­ wichtigen Linearkugellager die Eingriffsstife 306 des Kugelgehäuses 300 fest in die Durchgangslöcher 205 des Innengehäuses 200 eingepaßt, so daß die Seitenwandabschnitte 301, der Mittelwandabschnitt 307 und die flachen Abschnitte 304 des Kugelgehäuses 300 eng in den flachen Mittelabschnitt 207 und die beiden Montageabschnitte 203 des Innengehäuses 200 aufgenommen werden können. Dieser Aufbau ermöglicht den Verzicht auf ein Teil, wie es z.B. der obere Deckel des Kugellagers nach den Fig. 10 bis 13 darstellt. Außerdem kann der Abstand d (Fig. 2) zwischen der Mitte der unbe­ lasteten Kugeln 7 und der Außenfläche des Innengehäuses 200 im Vergleich zu dem herkömmlichen Kugellager verringert werden. Ein solches Kugellager besitzt auch angemessene Widerstandsfähigkeit gegenüber seitlichen Lasten, die auf das Innengehäuse einwirken.

Bei dem erfindungsgemäßen Kugellager können, da die Kugel­ umlenknuten und die Umlaufnuten für unbelastete Kugeln innerhalb des Kugelgehäuses durchgehend ausgebildet sind und die Umlaufbahnen für unbelastete Kugel im Verein mit diesen Nuten und dem flachen Mittelabschnitt des Innenge­ häuses gebildet sind, ruhig und glatt abrollen, ohne daß ein Halteteil, wie z.B. ein Käfig, benötigt wird.

Da weiterhin das Außengehäuse und das Innengehäuse zum Lagern der belasteten Kugeln jeweils aus einer dünnen Stahl­ platte hergestellt sind, welche ausreichende Festigkeit und Elastizität aufweist, und weil ferner das zum Leiten der unbelasteten Kugeln dienende Kugelgehäuse aus einem ein­ stückigen Kunststoffteil besteht, kann das Kugellager in seiner Gesamtheit sehr dünn ausgebildet werden, wodurch das Kugellager sowohl bezüglich seiner Funktions- und Arbeits­ weise als auch im Hinblick auf seine Wirtschaftlichkeit vorteilhaft ist.

Da außerdem das Kugelgehäuse aus einem einstückigen Kunst­ stoffteil besteht, laufen die Kugeln glatt und ruhig bei mini­ maler Geräuschentwicklung durch die Umlaufnuten für unbe­ lastete Kugeln.

Wenn das distale Ende jeder der Kugelumlenknuten mit einem Zungenstück versehen wird, können die belasteten Kugeln durch dieses Zungenstück gehalten und weitergeleitet werden, um aus der Umlaufbahn für unbelastete Kugeln glatt in die Nuten für belastete Kugeln überzugehen, wodurch die Geräuschent­ wicklung weiter minimiert wird.

Claims (4)

1. Leichtgewichtiges Linearkugellager, mit

• - einem aus einer flachen, dünnen Stahlplatte gebildeten Außengehäuse (100) mit etwa U-förmigem Querschnitt, bei dem durch Biegen der beiden Seitenkantenabschnitte der Stahlplatte Flanschabschnitte (102) gebildet sind, deren einander zugewandte Innenseiten mit parallelen Kugellauf­ nuten (101) versehen sind,
• - einem in das Außengehäuse (100) eingepaßten, etwa U-förmi­ gen Querschnitt aufweisenden Innengehäuse (200), das aus einer flachen, dünnen Stahlplatte hergestellt ist und
• - mit Ausnahme der beiden Längs-Endabschnitte (203) - durch Biegen der Seitenkantenabschnitte der Stahlplatte ge­ bildete Flanschabschnitte (204) und einen flachen Mittel­ abschnitt (207) aufweist, wobei die Längs-Endabschnitte (203) flache Montageabschnitte bilden und die Außenseiten der Flanschabschnitte (204) Kugellaufnuten (201) auf­ weisen, und
• - einem aus einem Flachmaterial hergestellten Kugelgehäuse (300), welches aufweist:
  • - an zwei Längsenden gebildete Montageabschnitte (204),
  • - Seitenwandabschnitte (301), die mit den Innen­ seiten (2041, 2042) der Flanschabschnitte (204) des Innengehäuses (200) in Eingriff stehen, und
  • - einen Mittelwandabschnitt (307), der im Verein mit den Seitenwandabschnitten (301) Umlaufnuten (302) für unbelastete Kugeln bildet, wobei das Kugelgehäuse (300) an den Längsenden jedes Seiten­ wandabschnitts Kugelumlenknuten (303) besitzt, die an die Umlaufnuten (302) für unbelastete Kugeln anschließen, wobei
• - die Oberseiten der beiden Seitenwandabschnitte (301), des Mittelwandabschnitts (307) und der beiden Montageab­ schnitte (304) in derselben Ebene liegen,
• - und, wenn Außengehäuse (100), Innengehäuse (200) und Kugel­ gehäuse (300) zusammengebaut sind, die Oberseiten der Seitenwandabschnitte (301), des Mittelwandabschnitts (307) und der beiden Montageabschnitte (304) des Kugelgehäuses (300) eng in dem flachen Mittelabschnitt (207) und den beiden Montageabschnitten (203) des Innengehäuses (200) sitzen, so daß Endlos-Umlaufbahnen durch die Umlaufnuten (302) für unbelastete Kugeln, die Umlenknuten (303) und die flachen Abschnitte des Innengehäuses (100) gebildet werden.

2. Linearkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelgehäuse (300) einstückig aus Kunststoff geformt ist.

3. Linearkugellager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flache Ab­ schnitt des Innengehäuses (200) zwischen den seitlichen Flanschabschnitten (204) mit mehreren Löchern (205, 206) ausgestattet ist, und daß der Mittelwandabschnitt des Ku­ gelgehäuses (300) mit mehreren Eingriffsstiften (306) aus­ gestattet ist, welche in die Löcher (205, 206) des Innen­ gehäuses eingepaßt sind, wenn Innengehäuse und Kugelge­ häuse zusammengefügt sind.

4. Linearkugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das distale Ende jeder Kugelumlenknut (303) des Kugelgehäuses (300) ein Kugelhalte-Zungenstück (3031) auf­ weist.