DE4103672C2

DE4103672C2 - Käfig zur Führung der Wälzkörper eines Umlaufschuhs für eine Linearführung

Info

Publication number: DE4103672C2
Application number: DE19914103672
Authority: DE
Inventors: Erich Lunz
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1991-02-07
Filing date: 1991-02-07
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2011-02-08
Also published as: DE4103672A1; WO1992014070A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Käfig zur Führung der Wälz körper eines Umlaufschuhs für eine Linearführung, welcher die Wälzkörper endlos entlang einer Traglaufbahn, einer Rücklaufbahn und deren beiden Enden verbindenden Umlenk bahnen in zu diesen hin offenen Taschen führt, welche durch beiderseits der Wälzkörper verlaufende Gurtabschnit te und diese quer verbindende, zwischen den Wälzkörpern hindurchverlaufende Stege gebildet sind, wobei die Gurtab schnitte aus Kunststoff bestehen und seitlich jeweils eine sich entlang derselben erstreckende Verstärkungseinlage eingelegt ist.

Bei einem derartigen aus der DE 36 35 261 A1 bekannten Käfig für den Umlaufschuh einer Linearführung ist der Käfig abschnittsweise aufgebaut, wobei die einzelnen Ab schnitte die Taschen für die Führung der Wälzkörper auf weisen und durch Schlitzausbildungen im Bereich der Stege flexibel gestaltet sind. In den seitlichen Gurtabschnit ten, die durch die Stege miteinander verbunden sind, sind Nuten vorgesehen, in welche wahlweise eine Verstärkungs einlage in Form eines Drahtes, einer Spiralfeder oder dgl. eingelegt werden kann. Diese dienen dazu, dem Käfig die nötige Steifigkeit zu vermitteln. Die Nuten, in welche die Verstärkungseinlagen nachträglich einlegbar sind, sind mit ihrer Mittellinie auf der parallel zu der die Mittelpunkte der Wälzkörper enthaltenden Bewegungslinie angeordnet.

Die vorgeschlagene Ausführungsform ist jedoch nur für solche Lager sinnvoll, bei denen das Käfigband keiner Verformung unterliegt. So können beispielsweise solche mit einer Verstärkung versehenen Käfigbänder in Linear führungen mit einer hin- und hergehenden Bewegung des Käfigs eingesetzt werden. Desweiteren ist auch der Einsatz eines solchen mit einer Stahldrahteinlage verstärkten Käfigs für Ringlager denkbar.

Bei Linearlagern, welche Umlaufschuhe aufweisen, in denen die Wälzkörper in einer endlosen Reihe umlaufend geführt sind, tritt an den Umlenkbahnen eine Ablenkung des Käfigs ein. Aus diesem Grunde sind bisher auch die Käfige aus einzelnen Gliedern aufgebaut, die gelenkig miteinander verbunden sind oder aber es wird auf eine Umfassung der Wälzkörper im Sinne einer Zugkette verzichtet und ledig lich zwischen den einzelnen aufeinanderfolgenden Wälzkör pern ein Druck- oder Führungsstück eingelegt. Diese Führ ungselemente stellen sich in Hinsicht auf die Bewegung der Wälzkörper auch in den Umlenkbereichen frei ein, haben aber jedoch den Nachteil, daß bei Führungen mit einer großen Führungslänge ein Haken auftreten kann. Das einwandfreie Abrollen der Wälzkörper wird hierdurch einge schränkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Käfig zur Führung der Wälzkörper vorzuschlagen, bei dem sich das Band möglichst ohne großen Widerstand umlenken läßt und die zwischen den einzelnen Wälzkörpern befindlichen Führungselemente in geometrisch richtiger Weise, insbesondere in den Umlenkbereichen, auf die veränderte Lage einstellen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gurtabschnitte durchgehend ausgebildet sind und daß die Mittelachse der Verstärkungseinlage und die neutrale Fa ser des Gurtabschnittes im Tragabschnitt in einem konstanten Abstand zur Längsachse des Umlaufschuhs und im Umlenk- und Übergangsbereich auf einer Kurve geführt sind, die sich dem Mittelpunkt der mit einem konstanten Radius verlaufenden Umlenkbahn für die Wälzkörper derart annähert, daß eine ge dachte geradlinig verlaufende Verbindungslinie zwischen den Drehachsen zweier unmittelbar benachbarter Wälzkörper beim Passieren der Umlenkbereiche und der Übergangsbereiche die Mittelachse im Umlenkbereich tangiert und dabei eine kon stante Länge aufweist.

Von Vorteil bei einer solchen Ausbildung ist, daß die Ver stärkungseinlage in Bewegungsrichtung, d. h. in Längsrichtung des Käfigbandes, eine hohe Festigkeit aufweist und damit die genügende Stabilität zur Führung erzeugt, während jedoch die Verstärkungseinlage in den Umlenkbereichen in Querrichtung der Verformung einen geringstmöglichen Widerstand entgegen setzt und damit zu einer hohen Lebensdauer und geringen Reibungsverlusten führt. Ein weiterer Vorteil ist darin be gründet, daß der Verlauf der neutralen Faser im Übergangs- und Umlenkbereich bewirkt, daß sich die Stege, die die Wälz körper führen in die geometrisch richtige Position gegenüber den Wälzkörpern einstellen können. Es wird beispielsweise hierdurch eine Annäherung der Gurtabschnitte in Richtung auf den Mittelpunkt des Umlenkbereiches bewirkt, damit ein gleichbleibender Abstand der Drehachsen der Wälzkörper ge währleistet ist, um eine möglichst geringe Reibung zu errei chen und ein Haken zu vermeiden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Mit telachse der Verstärkungseinlage und die neutrale Faser des Gurtabschnittes im Tragabschnitt mit der Bewegungslinie der Drehachsen übereinstimmen.

Hierdurch erfolgt eine Einleitung der Zugkräfte der Wälz körper unmittelbar im Bereich der neutralen Faser in die Gurtabschnitte und verhindert beispielsweise ein Abheben der Gurtabschnitte im Umlenkbereich.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Ver stärkungseinlage jeweils aus einem aus einer Vielzahl von einzelnen Drähten oder Fäden gebildeten Seil besteht. Hierbei besteht das Seil bevorzugt aus einer Vielzahl von Stahldrähten. Es ist jedoch auch möglich, daß Seil aus einem Faserwerkstoff mit Langfasern herzustellen, die eine hohe Zugfestigkeit aufweisen. Dies ist beispielsweise bei Kohle- oder Aramidfasern gegeben.

Da die Stege und die Gurtabschnitte unterschiedlichen Forderungen unterliegen, ist nach einem weiteren wesent lichen Merkmal vorgesehen, die Stege aus einem verschleiß festen und günstige Reibeigenschaften aufweisenden ersten Kunststoff auszubilden, während die Gurtabschnitte aus flexiblem und eine hohe Biegewechselfestigkeit aufweisen den zweiten Kunststoff bestehen. Beide sind stoffschlüssig miteinander verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch ein Zweikomponentenspritzverfahren oder dgl. Fertigungsverfahren erzielt werden. Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, die Stege separat herzustellen und mit Ösen zu versehen, mit denen sie schon auf den beiden Seilen aufgefädelt und in den nötigen Ab ständen festgelegt sind. Anschließend werden diese wieder in der Gesamtheit in ein Werkzeug eingelegt und es werden die Gurtabschnitte hergestellt. Dabei ist es auch möglich, daß die Stege als separate Bauteile hergestellt werden, ohne Ösen für die Seile aufzuweisen.

Die Stege unterliegen einer höheren Reibung infolge der Relativbewegung zwischen den Wälzkörpern und den Ausneh mungen der Taschen, die durch die Stege gebildet werden.

Die Gurtabschnitte unterliegen jedoch einer ständig wechselnden Biegung und müssen entsprechend flexibel sein, um die Reibverhältnisse insgesamt günstig zu beeinflussen. Ein entsprechend biegeweicher Werkstoff ist daher zu wählen, der eine hohe Biegewechselfestigkeit aufweisen muß.

Zur Verstärkung der Gurtabschnitte kann vorgesehen sein, daß mindestens auf einer der Flächen der Gurtabschnitte zahnartige Vorsprünge verteilt angeordnet sind. Diese behindern die Biegung nicht.

Es sind verschiedene Führungsmöglichkeiten für den Käfig denkbar. So ist es möglich, den Käfig ausschließlich an den Wälzkörpern zu führen. Hierzu sind entsprechend enge Toleranzen der Taschen, in denen die Wälzkörper aufgenom men sind, vorzusehen. Alternativ ist es möglich, die ebene Fläche der Gurtabschnitte zu nutzen, um damit den Käfig an einem innen- oder außenliegenden Führungsbord seitlich der beiden Laufbahnen abzustützen. Die Führung kann über die ebene Fläche an einem außen- oder innenliegenden Bord, erfolgen.

Als bevorzugter Werkstoff für die Stege kommt Polyamid in frage. Ferner wird als bevorzugter Werkstoff für die Gurt abschnitte Polyesterurethan vorgeschlagen oder die Gurt abschnitte und Stege können einstückig aus Polyester urethan oder sonstigen flexiblen Kunststoff bestehen.

Der Käfig nach der Erfindung ist sowohl für Wälzkörper in Form von Kugeln als auch für Rollen einsetzbar. Das bevor zugte Einsatzgebiet sind jedoch Rollenumlaufschuhe und Rollenumlaufeinheiten.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Rollenumlauf schuh,

Fig. 2 einen Querschnitt zu Fig. 1 im Bereich des Grundkörpers,

Fig. 3 im vergrößerten Maßstab eine perspektivische Ansicht des Käfigs,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Abschnitts des Käfigs,

Fig. 5 einen Querschnitt zu Fig. 4 durch die die Drehachse enthaltende Mitte einer Tasche,

Fig. 6 im vergrößerten Maßstab nur einen Teilbereich unter Hinweglassung von Einzelheiten bezüg lich des Grundkörpers und der Umlenkkopf stücke bezüglich des Verlaufes des Käfigs und der Anordnung der neutralen Faser des einge betteten Seiles,

Fig. 7 eine Alternative zu Fig. 2, aus der erkenn bar ist, daß der Käfig mit einer ebenen Fläche an einem äußeren Führungsbord geführt ist.

Der in den Fig. 1, 2 und 7 dargestellte Umlaufschuh 1 ist zur Bildung eines Linearlagers entlang einer Lauf fläche 2 geradlinig bewegbar. Die Lauffläche 2 kann Be standteil einer Laufschiene, eines Maschinenbettes oder dgl. Elementes sein. Der Umlaufschuh 1 besteht aus dem Grundkörper 3 mit der der Lauffläche 2 zugewandten Trag laufbahn 4 und der dieser abgewandten Rücklaufbahn 7. Traglaufbahn 4 und Rücklaufbahn 7 sind als Nuten gestal tet, in denen die Wälzkörper in Form der Rollen 8 geführt sind. Hierzu erfolgt eine Führung der Stirnflächen 9 der Rollen 8 an den seitlichen Borden 10 der Traglaufbahn 4 und Rücklaufbahn 7. Traglaufbahn 4 und Rücklaufbahn 7 setzen sich im Umlenkbereich 27 in Umlenkbahnen 5 fort, die durch an den Enden des Grundkörpers 3 angebrachten Kopfstücken 6 gebildet werden.

Im Umlenkbereich 27 erfolgt eine Ablenkung der Rollen 8 von der Traglaufbahn 4 zur Rücklaufbahn 7 bzw. von der Rück laufbahn 7 zur Traglaufbahn 4 hin. Die Umlenkbahnen 5 für die Wälzkörper 8 weisen hierbei einen konstanten Radius R₁ auf, wobei die Bewegungslinie der Drehachsen 11 mit 12 be zeichnet ist. Die Führung der Mittelachse 25 der Verstär kungseinlage 23 und der neutralen Faser der Gurtabschnitte 15 erfolgt hingegen im Übergangsbereich 28 der Traglauf- 4 und Rücklaufbahn an den Enden zu den beiden Umlenkbahnen 5 sowie im Umlenkbereich 27 auf einer Führungsbahn 29, die eine Kurve beschreibt.

Aus Fig. 6 ist erkennbar, daß diese Änderung der Führungs bahn 29 bezüglich des Mittelpunktes M des Umlenkbereiches 27, der sich auf der Längsachse befindet, durch einen ver ringerten Abstand und symmetrisch zur Längsachse des Umlauf schuhes 1 erfolgt. Eine Änderung der Führungsbahn 29 erfolgt in der Art, daß gemäß Fig. 6 ein Übergang zu einer ellip senähnlichen Form gegeben ist, wobei die Führungsbahn 29 durch das Führungsbord 26 des Umlaufschuhes 1 vorgegeben ist. Somit wird der Abstand der Drehachsen 11 zweier benach barter Wälzkörper 8 über den ganzen Umfang des Umlaufschuhes 1 konstant gehalten. Hierdurch wird eine besondere Führung erreicht, da bezüglich des als endloses Band gestalteten Käfigs 14 keine Dehnung oder Stauchung als Folge aus Ab standsänderungen zwischen den Mittelpunkten zweier aufeinanderfolgender Rollen 8 beim Übertritt in die Umlenkbahnen 5 ergibt. Die Rollen 8 wälzen um ihre Dreh achsen 11 in den Laufbahnen 4, 5, 7 ab. Die Mittelachse 25 der Gurtabschnitte 15 und die neutrale Faser 25 der Ver stärkungseinlage 23 ist im Übergangs- 28 und Umlenkbereich 27 auf einer Kurve geführt, so daß die Verbindungslinie 24 zweier aufeinander folgender Rollen 8 in den Umlenkbe reichen 27 eine Tangente an die neutrale Faser 25 bildet. Die Rollen 8 werden durch einen Käfig 14 gehalten, welcher entsprechend den Fig. 3 bis 6 ausgebildet ist. Dort ist erkennbar, daß der Käfig 14 seitlich der Rollen 8 angeord nete Gurtabschnitte 15 umfaßt, welche durch zwischen den aufeinanderfolgenden Rollen quer verlaufende Stege 16 mit einander verbunden sind. Die Gurtabschnitte 15 sind in Nuten 13 des Grundkörpers 3, welche seitlich der Traglauf bahn 4 und der Rücklaufbahn 7 angeordnet sind, geführt bzw. laufen in diesen. Die Nuten 13 setzen sich im Bereich der Nuten der Umlenkbahnen 5 fort. Der Käfig 14 ist nun anhand der Fig. 3 bis 6 im einzelnen beschrieben. Es ist erkennbar, daß zwischen den Stegen 16 jeweils Taschen 17 gebildet sind, die zur Aufnahme der Rollen 8 dienen. Die seitlichen Führungsflächen 18, 19 zweier zueinander beabstandeter Stege 16 sind konkav oder schräg verlaufend ausgebildet und ihre Wölbung oder Schräge ist der der Rol len 8 angepaßt. Es ist einfach jedoch auch denkbar, daß die Stege 16 im Querschnitt gesehen an einem Ende konkav oder schräg und an dem anderen Ende von der Mitte aus gehend, rechtwinklig ausgebildet sind, wobei das recht winklige Ende in seiner Breite der mittleren Breite ent spricht. Zur Verbesserung der Flexibilität der Stege 16 zum Eindrücken der Wälzkörper 8 in die Taschen 17 sind Ausnehmungen 20 vorhanden. Die Taschen erlauben einen radialen Durchtritt der Außenkontur der Wälzkörper 8, damit diese in Kontakt zu der Lauffläche 2 bzw. zum Bahn grund der Traglaufbahn 4 gelangen können. Die Mittelpunkte der Taschen, die im Querschnitt gesehen mit den Führungs flächen 18, 19 als Teilbogen den Querschnitt der Rollen um fassen, entspricht dem Mittelpunkt bzw. der Lage der Dreh achsen 11 der Rollen 8. Da eine Relativbewegung zwischen der Außenkontur der Rollen 8 und den Führungsflächen 18, 19 der Stege 16 eintritt, sind diese bevorzugt aus einem rei bungsarmen und verschleißfesten Kunststoffmaterial, insbe sondere Polyamid, hergestellt, während die seitlichen Gurtabschnitte 15 aus einem flexibleren und für eine hohe Biegewechselzahl und damit hohe Standzeit geeigneten Kunststoffwerkstoff, insbesondere Polyesterurethan, be stehen.

Die Biegeweichheit und das Erfordernis einer hohen Ge nauigkeit der Abstandshalterung, d. h. geringe Längendeh nung der Gurtabschnitte 15 in Längsrichtung wird durch die Verwendung und Einbettung von Verstärkungseinlagen 23 in Form von beispielsweise Seilen in die Gurtabschnitte 15 gewährleistet. Die Seile bestehen entweder aus einer Viel zahl von Stahldrähten oder aber auch aus einem Faserwerk stoff, dessen Langfasern zu einem endlosen Seil verarbei tet sind. Hierzu eignen sich besonders Kohlefasern, Kevlar oder dgl.. Diese Werkstoffe weisen eine sehr hohe Zug festigkeit auf. Ihre Verarbeitung zu Seilen und die Ver wendung von dünnen einzelnen Stahldrähten bzw. Fasern erlaubt aber quer zur Zugrichtung ein einfaches Verbiegen.

Dem Verbiegen der Gurtabschnitte 15 in den Umlenkbahnen 5 wird daher nur ein äußerst geringer Widerstand entgegenge setzt, während jedoch in Zugrichtung, d. h. in Längsrich tung des Käfigs 14, eine hohe Genauigkeit der Abstandshal terung der Stege 16 und damit Führungsgenauigkeit der Laufrollen 8 erzielt wird. Eine geometrisch genaue Ein stellung der Stege 16 bezüglich der Wälzkörper 8 in den Übergangsbereichen 28 wird dadurch erreicht, daß die Mit telachse 25 der Gurtabschnitte 15 und die neutrale Faser 25 der Seile einen wie bereits beschriebenen Kurvenverlauf annimmt.

Die Gurtabschnitte 15 des Käfigs 14 können zwei ebene Gurtflächen 21 aufweisen, welche außen bzw. innen liegen. Es ist jedoch auch möglich eine der Gurtflächen 21 mit zahnartigen Vorsprüngen 22 zu versehen, die die Festigkeit der Gurtabschnitte 15 unterstützen, deren Biegung im Be reich der Umlenkbahnen 5 aber nicht behindern.

Bezugszeichenliste

1

Umlaufschuh

2

Lauffläche

3

Grundkörper

4

Traglaufbahn

5

Umlenkbahn

6

Kopfstück

7

Rücklaufbahn

8

Wälzkörper/Rollen

9

Stirnfläche

10

Bord

11

Drehachse der Rollen

12

Bewegungslinie der Drehachsen

13

Nut

14

Käfig

15

Gurtabschnitt

16

Steg

17

Tasche

18

,

19

Führungsflächen der Stege

20

Ausnehmung in Stegen

21

ebene Gurtfläche

22

Vorsprünge/Zähne

23

Verstärkungseinlage

24

Verbindungslinie

25

Mittelachse/neutrale Faser

26

Führungsbord

27

Umlenkbereich

28

Übergangsbereich

29

Führungsbahn
MMittelpunkt
R₁

Radius der Umlenkbahnen

Claims

1. Käfig zur Führung der Wälzkörper (8) eines Umlaufschuhs (1) für eine Linearführung, welcher die Wälzkörper (8) endlos entlang einer Traglaufbahn (4), einer Rücklauf bahn (7) und deren beiden Enden verbindenden Umlenkbah nen (5) in zu diesen hin offenen Taschen (17) führt, mit beiderseits der Wälzkörper (8) verlaufenden Gurtab schnitten (15) und diese quer verbindenden, zwischen den Wälzkörpern (8) hindurchverlaufenden Stegen (16), wobei die Gurtabschnitte (15) aus Kunststoff bestehen und in diese jeweils eine sich entlang derselben er streckende Verstärkungseinlage (23) eingelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtabschnitte (15) durchgehend ausgebildet sind und daß die Mittelachse (25) der Verstärkungsein lage (23) und die neutrale Faser des Gurtabschnittes (15) im Tragabschnitt in einem konstanten Abstand zur Längsachse des Umlaufschuhs (1) und im Umlenk- (27) und Übergangsbereich (28) auf einer Kurve geführt sind, die sich dem Mittelpunkt (M), der mit einem konstanten Ra dius (R₁) verlaufenden Umlenkbahn (5) für die Wälzkör per (8) derart annähert, daß eine gedachte, geradlinig verlaufende Verbindungslinie (24) zwischen den Drehach sen (11) zweier unmittelbar benachbarter Wälzkörper (8) beim Passieren der Umlenkbereiche (27) und der Über gangsbereiche (28) die Mittelachse (25) im Umlenkbe reich (27) tangiert und eine konstante Länge aufweist.

2. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (25) der Verstärkungseinlage (23) und die neutrale Faser des Gurtabschnittes (15) im Tragabschnitt mit der Bewegungslinie (12) der Dreh achsen (11) übereinstimmen.

3. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinlagen (23) aus einem aus einer Vielzahl von einzelnen Drähten oder Fäden gebildeten Seil bestehen.

4. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil aus Stahldrähten besteht.

5. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil aus Langfasern hoher Zugfestigkeit, ins besondere Kohle- oder Aramidfasern, besteht.

6. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (16) aus einem verschleißfesten und günstige Reibeigenschaften aufweisenden ersten Kunst stoff und die Gurtabschnitte (15) aus flexiblen und eine hohe Biegewechselfestigkeit aufweisenden zweiten Kunststoff bestehen und beide stoffschlüssig mitein ander verbunden sind.

7. Käfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf einer der Flächen der Gurtab schnitte (15) zahnartige Vorsprünge (22) verteilt angeordnet sind.

8. Käfig nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtabschnitte (15) mit einer ebenen Fläche (21) an einem innen- oder außenliegenden Führungsbord (26) seitlich der Laufbahnen (4, 5, 7) abgestützt sind.

9. Käfig nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (16) aus Polyamid bestehen.

10. Käfig nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtabschnitte (15) aus Polyesterurethan bestehen.

11. Käfig nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (8) Rollen sind.