DE4219026A1 - Linearfuehrung - Google Patents

Description

1) Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Linearführung zur Montage in unterschiedlichen mechanischen Vorrichtungen mit einem solchen Linear-Bewegungsteil wie in Meßinstrumenten und Werkzeugmaschinen, so daß der Linear-Bewegungsteil durch eine kleine Kraft verstellt werden kann. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen zylindri­ schen Käfig aus Kunststoff, der leicht durch Spritzguß herge­ stellt werden kann, fertig montiert mit Kugeln darin und fehler­ freiem Halten der so montierten Kugeln.

2) Beschreibung des Standes der Technik

Um die erforderliche Kraft für ein Verstellen eines Linear-Bewe­ gungsteils zu verringern, wurden bereits Linearführungen mit meh­ reren darin montierten Kugeln vorgeschlagen, wie sie z. B. in den JP-GM (Kokodu) SHO 40-15 222, SHO 53-42 672 und SHO 61-36 811 sowie in dem offengelegten JP-GM (Kokai) 58-1 69 220 offenbart sind.

Fig. 3-4 stellen ein Beispiel solcher heutzutage bekannter Li­ nearführungen dar. Eine äußere (Imfangswandung 2 einer Welle 1 als ein Innenbahn-Teil und eine innere Umfangswandung 4 eines Außen­ rings 3 werden als entsprechende zylindrische Wandungen ausge­ bildet. Innerhalb eines ringförmigen Raumes 5 zwischen der äuße­ ren Umfangswandung 2 der Welle 1 und der inneren Umfangswandung 4 des Außenrings 3 ist ein zylindrischer Käfig 6 für eine Axialverstellung eingefügt, nämlich verstellbar in einer Axial­ richtung (d. h. die horizontale Richtung in Fig. 3 und die Rich­ tung senkrecht zum Zeichnungsblatt von Fig. 4). Der Käfig 6, der durch Spritzguß eines synthetischen Kunststoffs, durch Pres­ sen eines Metallblechs oder durch spanende Bearbeitung einer Kupferlegierung hergestellt wurde, hält eine große Anzahl von Kugeln 7 zur Rotation zurück. Wenn diese Kugeln 7 im Käfig 6 ge­ halten werden, werden sie in Kontakt mit der äußeren Umfangswan­ dung 2 der Welle 1 und auch mit der inneren Umfangswandung 4 des Außenrings 3 gehalten.

Wenn die Linearführung wie oben beschrieben hergestellt ist, kann eine relative Axialverstellung zwischen der Welle 1 und der Außenbahn 3 wegen des Rollens von einer großen Anzahl von Kugeln 7 von einer kleinen Kraft bewirkt werden.

In der konventionellen Linearführung, die, wie oben beschrieben, hergestellt ist, ist eine große Anzahl von Kugeln 7 gleichförmig in der Axialrichtung im Käfig 6 angeordnet, so daß die konventi­ onelle Konstruktion Probleme bedingt, wie sie im folgenden be­ schrieben werden.

Es entsteht solange kein Problem, wie die Welle 1 und die Außen­ bahn 3 eine Axialverstellung relativ zueinander durchmachen, wäh­ rend sie parallel zueinander gehalten werden. Wenn ein Moment zwischen der Welle 1 und der Außenbahn 3 in der Weise ausgeübt wird, daß die Welle 1 und die Bahn 3 sich nicht parallel zueinan­ der verhalten, werden die an axial entgegengesetzten Endabschnit­ ten angeordneten Kugeln 7 stark gegen die Umfangswandungen 2 bzw. 4 gedrückt, so daß die Lagerbelastung an diesen Endabschnitten außerordentlich groß wird. Dies führt zu solch einem Problem, daß die Haltbarkeit verglichen mit der Anwendung von Belastungen in einer Richtung parallel zur Welle 1 außerordentlich verringert ist oder daß, in einem extremen Fall, sich Eindrücke in den Um­ fangswandungen 2, 4 bilden, die ein sanftes Rollen der Kugeln 7 verhindern und sich deshalb in der Notwendigkeit einer größeren Kraft für eine Relativverstellung zwischen der Welle 1 und der Außenbahn 3 auswirken.

Mit einer Aussicht, mit solchen Problemen fertig zu werden, schlägt das JP-GM (Kokodu) SHO 53-42 672 vor, den Außendurchmesser der Kugeln 7 auf die axialen Enden zu fortschreitend zu verrin­ gern. Dadurch, daß die Außendurchmesser der Kugeln 7 unterschied­ lich gemacht werden, wie oben vorgeschlagen, wird es möglich. Die Anwendung einer großen Preßkraft auf die an beiden Enden angeord­ neten Kugeln 7 zu vermeiden, sogar wenn ein Moment auftritt. Die­ ser Lösungsweg bringt jedoch ein anderes Problem, wie nachstehend beschrieben wird.

Wenn der Außendurchmesser der Kugeln 7 in der Axialrichtung des Käfigs unterschiedlich gemacht wird, sind die Unterschiede außer­ ordentlich klein, so daß sie vom Augenschein her nicht auseinan­ dergehalten werden können. Es ist auch schwierig, diese Unter­ schiede durch eine automatische Lagermontage-Vorrichtung ausein­ anderzuhalten. Höchste Sorgfalt wird deshalb bei ihrer Montage gefordert, was zu einem unvermeidbaren Anstieg der Herstellungs­ kosten für die Linearführung führt.

Ferner schließen konventionelle, aus Kunststoff hergestellte Kä­ fige z. B. einen solchen Käfig ein, wie er in dem offengelegten JP-GM (Kokai) SHO 49-1 36 941 (erstes konventionelles Beispiel) offenbart ist. Es ist dies ein aus Kunststoff hergestellter Schnapp-Lagerkäfig, in dem Aussparungen in einem der inneren und äußeren Umfangswandungen des Käfig-Hauptkörpers, die das eine Ende der Umfangswandung erreichen - die Kugeltaschen sind an die­ sem Ende offen - zwischen den Kugeltaschen vorgesehen sind, um dünnwandige Abschnitte zwischen den Aussparungen und den Öffnun­ gen der angrenzenden Kugeltaschen zu bilden.

Weiterhin offenbart das JP-GM (Kokodu) SHO 53-5 314 einen aus Kunststoff hergestellten Käfig, in dem eine große Anzahl von Ku­ geln zur Rotation zwischen einem Außenzylinder und einem Innenzy­ linder angeordnet ist, um Stoßenergie zu absorbieren, und unter Druck in Kugelkäfigtaschen eines aus synthetischem Kunststoff her­ gestellten Käfigringes eingefügt ist und der Käfig der folgenden dimensionalen Beziehung genügt: Der Innendurchmesser jeder kugel­ aufnehmenden Tasche < der Durchmesser jeder Kugel < der größte Innendurchmesser der aufnehmenden Tasche (zweites konventionelles Beispiel).

Andererseits offenbart die offengelegte JP-Patentanmeldung (Kokai) SHO 48-14 932 (1) einen aus Kunststoff hergestellten Kugelkäfig (drittes konventionelles Beispiel) und ebenso (2) einen aus Metall hergestellten Kugelkäfig (zweites konventionelles Beispiel). Der aus Kunststoff hergestellte Kugelkäfig (1) wird durch Spritzguß eines dickwandigen, zylindrischen synthetischen Kunststoffkörpers mit darin eingefügten kugelförmigen Kernstücken erzielt, wobei die Kernstücke entfernt werden, bevor der Zylinderkörper abkühlt, und Metallkugeln in die sich ergebenden Taschen eingefügt werden und dann dem Zylinderkörper gestattet wird, so abzukühlen, daß die Kugeln durch das sich ergebende Zusammenziehen gehalten wer­ den. Der aus Metall hergestellte Kugelkäfig (2) wird durch Vorse­ hen eines Metallblechs mit Haltetaschen für darin eingefügte Ku­ geln und danach durch Versehen jeder Haltetasche mit einer hoch­ gezogenen Kante an einer Seite des Metallblechs - wobei diese ei­ ne Seite eine Innenwandung wird, wenn das Metallblech zu einem Zylinder geformt wird, und die Kante schräg gestellt wird, um ei­ nen etwas kleineren Durchmesser als den der Kugel festzulegen - und mit einer anderen hochgezogenen Kante an der anderen Seite des Metallblechs - wobei diese andere Seite eine Außenwandung wird, wenn das Metallblech zu einem Zylinder geformt wird, und diese an­ dere Kante schräg gestellt wird, um einen etwas größeren Durchmes­ ser als den der Kugel festzulegen - so daß die hochgezogene Kante an der Außenwandung gedrückt wird, nachdem die Kugel von außen her in die Haltetasche eingefügt wurde, um die Kugel in der Halteta­ sche zu halten (viertes konventionelles Beispiel).

Das erste konventionelle Beispiel wird jedoch von dem Problem be­ gleitet, daß, da die Umfangskante jeder Kugeltasche, in der die Kugel gehalten wird, örtlich nur in Abschnitten zwischen der Öff­ nung der Kugeltasche und ihren angrenzenden Aussparungen dünner ist, die Umfangskante der Kugeltasche nicht leicht in einem aus­ reichenden Ausmaß beim Anbringen der Kugel in der Kugeltasche ver­ formt werden kann und deshalb eine große Kraft für das Anbringen erforderlich ist. Es bedingt auch das Problem, daß Schwierigkei­ ten aufstoßen beim Ausziehen der Kernstifte, die für die Herstel­ lung der inneren Umfangswandung der Taschen beim Spritzguß ver­ wendet werden, aus dem so gegossenen Käfig.

Das zweite konventionelle Beispiel bedingt das Problem, daß die Kugel, da der Innendurchmesser jeder kugelaufnehmenden Tasche kleiner ist als der Kugeldurchmesser innerhalb der Dicke des zy­ lindrischen Käfigs aus synthetischem Kunststoff, unter Preßdruck in die kugelaufnehmende Tasche eingesetzt werden muß und eine große Kraft für das Einsetzen der Kugel erforderlich ist wie in dem ersten konventionellen Beispiel. Jeder Versuch, dieses Problem durch eine Verringerung in der Dicke des Käfigs zu überbrücken, endet jedoch in dem Problem, daß Schwierigkeiten im starren Kugel­ zurückhalten entstehen.

Das dritte konventionelle Beispiel ist von den Problemen beglei­ tet, daß das Gießverfahren kompliziert ist und wegen der Notwen­ digkeit, die Kernstifte herauszuziehen, bevor der gegossene zylin­ drische Körper abkühlt, das Endprodukt nur schwer mit hoher dimen­ sionaler Genauigkeit hergestellt werden kann, da es Schwierigkei­ ten macht, die Kugeln starr zu halten.

Das vierte konventionelle Beispiel wird aus Metall hergestellt, so daß es dünner als die aus synthetischem Kunststoff hergestell­ ten Käfige des ersten bis dritten Beispiels hergestellt werden kann. Es ist jedoch von dem Problem begleitet, daß sein Herstel­ lungsverfahren kompliziert ist wegen der Notwendigkeit zum Bilden der hochgezogenen Kanten zum Halten der Kugeln und auch zum Fal­ ten der hochgezogenen Kanten nach dem Einsetzen der Kugeln in die Haltetaschen.

Das erste bis vierte konventionelle Beispiel ist begleitet von weiteren Problemen. Wenn ein zylindrischer Käfig in einer Linear­ führung für ein in Öl getauchtes Magnetventil verwendet wird, erzeugen die Konstruktionen gemäß dem ersten bis dritten konven­ tionellen Beispiel alle einen großen Strömungswiderstand gegen­ über dem axial fließenden Öl. Ein Käfig gemäß dem vierten kon­ ventionellen Beispiel ist aus Metall, so daß sein Gewicht so groß wie etwa sechsmal das Gewicht eines Käfigs aus Kunststoff ist, wobei es eine große Massenkraft erzeugt. Das vierte konven­ tionelle Beispiel hat deshalb in untauglicher Weise ein schwa­ ches Ansprechen in Axialbewegungen.

Übersicht über die Erfindung

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, die oben mit Bezug auf die konventionellen Linearführungen erwähnten Probleme zu überwinden und deshalb eine Linearführung vorzusehen, die hohe Haltbarkeit aufweist, sogar wenn ein Moment zwischen einem inneren Käfigteil und einem äußeren Käfigteil in solcher Weise angewendet wird, daß das innere Käfigteil und das äußere Käfigteil sich nicht pa­ rallel zueinander verhalten und die Lagerbelastung an entgegen­ gesetzten Enden der Linearführung extrem groß wird.

Ein anderes Ziel dieser Erfindung besteht darin, die vorstehend im Hinblick auf die konventionellen Käfige beschriebenen Proble­ me zu überwinden und deshalb einen zylindrischen Käfig aus Kunststoff vorzusehen, der eine leichte Herstellbarkeit durch Spritzguß, eine Fertigmontage von Kugeln darin und ein fehler­ freies Halten der so montierten Kugeln erlaubt, der ein leich­ tes Gewicht aufweist und der einen geringen Strömungswiderstand gegen einen axialen Ölfluß hervorruft, so daß er, wenn er in ei­ ner Linearführung für ein in Öl getauchtes Magnetventil verwen­ det wird, das betriebliche Ansprechen des Ventils verbessern kann.

Zu einem andern Aspekt dieser Erfindung wird eine Linearführung hergestellt aus einem Innenbahn-Teil, daran mindestens eine äu­ ßere Umfangswandung, die als zylindrische Wandung ausgebildet ist, einem Außenbahn-Teil, daran mindestens eine innere Umfangs­ wandung, die als zylindrische Wandung ausgebildet ist, einem zylindrischen Käfig mit darin abgegrenzten Taschen und für eine Axialverstellung innerhalb eines ringförmigen Raumes zwischen der äußeren und der inneren Umfangswandung sowie einer großen Anzahl für eine Drehung in den Taschen gehaltener und in Kontakt mit der äußeren und der inneren Umfangswandung stehender Kugeln. Die Linearführung ist wie der Käfig mit einem einen Käfig ab­ grenzenden Taschen versehen, die dichter an dessen axial entge­ gengesetzten Endabschnitten ausgebildet sind, wobei die große Anzahl an Kugeln (7) dichter an den axial entgegengesetzten End­ abschnitten angeordnet ist.

Vorzugsweise hat jede der Taschen einen Kugelhalteabschnitt, der sich radial und nach außen von der äußeren Umfangswandung des zylindrischen Käfigs erstreckt. Eine innere Umfangswandung des Kugelhalteabschnitts weist eine kugelförmige Oberfläche entsprechend dem Radius der zugeordneten Kugel auf. Eine Rück­ wand des Kugelhalterabschnitts wird von einem niedrigen Ab­ schnitt einer konischen oder halbkugelförmigen Wandung mit einem Scheitelpunkt auf einer imaginären Linie (L₁) gebildet, die sich durch einen Mittelpunkt O₁ der kugelförmigen Oberfläche der in­ neren Umfangswandung des Kugelhalteabschnitts und auch durch ei­ ne radiale Mitte O₂ des zylindrischen Käfigs und radial außerhalb der äußeren Umfangswandung des zylindrischen Käfigs erstreckt. Wünschenswerterweise wird der Käfig aus Kunststoff hergestellt, z. B. aus glasfaserverstärktem Polyphenylensulfid-Kunststoff.

Wie die oben beschriebene konventionelle Linearführung kann die Linearführung gemäß der vorliegenden Erfindung die erforderliche Kraft für eine axial bewirkende Relativverstellung zwischen dem Innenbahn-Teil und dem Außenbahn-Teil wegen des Rollens der gro­ ßen Anzahl von Kugeln verringern.

Wenn ferner ein Moment zwischen dem inneren Käfigteil und dem äußeren Käfigteil in solcher Weise ausgelegt wird, daß sich das innere Käfigteil und das äußere Käfigteil nicht parallel zuein­ ander verhalten, wird dieses Moment durch die dicht an axial ent­ gegengesetzten Endabschnitten angeordneten Kugeln gestützt. Die zwischen jeder Kugel und der zugeordneten Umfangswandung hervor­ gerufene Druckkraft ist deshalb kleiner, indem sie es dadurch möglich macht, die Lagerbelastung gegenüber jeder Umfangswandung zu verringern. Die Linearführung wurde deshalb in ihrer Haltbar­ keit verbessert. Wenn es für die Linearführung gemäß der vorlie­ genden Erfindung ausreichend ist, dieselbe Nutzungsdauer wie die konventionellen Linearführungen aufzuweisen, kann die erstere ei­ ne größere Belastungskapazität aufnehmen. Die auf die Kugeln von dem Innenbahn-Teil, z. B. einer zwischengestalteten Welle, aufge­ tragene Lastverteilung ist am größten bei den Kugeln in den bei­ den äußersten Reihen relativ zur Länge des Käfigs und wird klei­ ner auf den Mittelpunkt des Käfigs in Längsrichtung zu. Die dich­ tere Anordnung der Kugeln auf den entgegengesetzten Endabschnit­ ten kann die Maximalbelastung verringern, die jede Kugel auf­ nimmt, wobei es dadurch möglich ist, den Widerstand beim Verstel­ len des Innenbahn-Teils zu verringern.

Wenn der bevorzugte Käfig aus Kunststoff ist, kann er leicht durch Spritzguß hergestellt werden. Jeder Kugelhalteabschnitt hat eine kugelförmige innere Wandung, und die konische oder halb­ kugelförmige äußere Wandung ist an seinem freien Endabschnitt dünn und kann dort mit Leichtigkeit verformt werden, ist aber dick an seinem Basisendabschnitt und hat dort eine große elasti­ sche Wiederherstellungs- und Haltefähigkeit. Um die Kugel in die Kugeltasche einzulegen, wird der Kugelhalteabschnitt elastisch verformt, um die Tasche zu erweitern. Nachdem die Kugel in die Tasche eingelegt ist, stellt der Kugelhalteabschnitt elastisch seine ursprüngliche Ausbildung wieder her, so daß die Kugel dort gehalten wird. Durch ein solches Herstellen der Kugelhalteab­ schnitte, daß sie ausreichend vom zylindrischen Körper vorragen, kann das Halten der Kugeln sichergestellt werden. Ferner wird durch Verringern der Wandungsdicke des zylindrischen Körpers der Widerstand gegen einen Axialfluß des Fluids verringert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die vorstehenden und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Patentansprüchen in Verbindung mit den begleiten­ den Zeichnungen klar, in denen ist:

Fig. 1 ein Längsschnitt einer Linearführung gemäß der einen Ausgestaltung des einen Aspekts der vorliegenden Er­ findung;

Fig. 2 ein schematisches Bild der Linearführung von Fig. 1 und einer konventionellen Linearführung;

Fig. 3 ein Längsschnitt der konventionellen Linearführung von Fig. 2;

Fig. 4 ein Querschnitt der konventionellen Linearführung in der Richtung der Pfeile IV-IV von Fig. 3;

Fig. 5 eine Ansicht eines zylindrischen Käfigs aus Kunststoff gemäß der einen Ausgestaltung eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein Querschnitt des Käfigs in der Richtung der Pfeile VI-VI von Fig. 5;

Fig. 7 ein vergrößerter abgebrochener Schnitt von Fig. 6;

Fig. 8 ein schematischer Querschnitt des Käfigs und der da­ rin eingelegten Kugeln, die zwischen einer Lagerau­ ßenbahn und einer Welle montiert sind,;

Fig. 9 ein Längsschnitt, der einen Käfig-Kugel-Zusammenbau zeigt, angewandt als eine Linearführung für einen Tauchkolben eines in Öl getauchten Magnetventils;

Fig. 10(a) u. 10(b) jeweils eine Ansicht von Änderungen des in Fig. 5 dargestellten Käfigs, die geeignet sind zur Verwendung in der Linearführung von Fig. 1; und

Fig. 11(a) u. 11(b) jeweils eine Ansicht von noch weiteren Än­ derungen des in Fig. 5 dargestellten Käfigs, die geeignet sind zur Verwendung in der Linearführung von Fig. 1.

Genaue Beschreibung der Erfindung und bevorzugte Ausgestaltungen

Die Linearführung gemäß der einen Ausgestaltung des einen Aspekts dieser Erfindung wird hiernach mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Eine äußere Umfangswandung 2 einer Welle 1 als ein Innenbahn-Teil und die innere Umfangswandung 4 eines Außenbahn-Teils sind jeweils als zylindrische Wandungen ausgebildet. Innerhalb eines ringförmi­ gen Raumes 5 zwischen der äußeren Umfangswandung 2 der Welle 1 und der inneren Umfangswandung 4 der Außenbahn 3 ist ein zylin­ drischer Käfig 16 für eine Axialverstellung eingefügt. Der Käfig 16, der durch Spritzguß eines synthetischen Kunststoffs, durch Preßformen eines Metallblechs oder durch spanende Verarbeitung ei­ ner Kupferlegierung hergestellt ist, hält eine große Anzahl von Kugeln 7 zum Drehen. Diese große Anzahl von Kugeln 7 wird in Kon­ takt mit der äußeren Umfangswandung 2 der Welle 1 und auch mit der inneren Umfangswandung 4 der Außenbahn 3 gehalten, während sie durch den Käfig 16 gehalten werden.

Die Linearführung ist ähnlich den oben beschriebenen konventionel­ len Linearführungen, soweit wie es die oben beschriebene Kon­ struktion betrifft. In der Linearführung gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch die große Anzahl von Kugeln 7 nicht an ei­ nem zentralen Abschnitt des Käfigs 16 vorgesehen, sondern dicht an entgegengesetzten Endabschnitten des Käfigs 16 angeordnet. Tatsächlich ist eine gleiche große Anzahl von Taschen 18 für ein drehbares Halten der Kugeln 7 in einem Zickzackmuster an den ent­ gegengesetzten Endabschnitten des Käfigs 16 vorgesehen, wobei die Kugeln 7 dicht an den entgegengesetzten Endabschnitten des Kä­ figs 16 angeordnet sind.

Die Linearführung gemäß der Erfindung, die wie oben beschrieben konstruiert ist, ist ähnlich den oben beschriebenen konventionel­ len Linearführungen, soweit es ihre Funktion selbst betrifft, d. h. eine Verringerung in der erforderlichen Kraft für eine relative Axialverstellung zwischen der Welle 1 und der Außenbahn 3, die auf dem Rollen der großen Anzahl von Kugeln 7 basiert.

Wenn ein Moment zwischen der Welle 1 und der Außenbahn 3 der Li­ nearführung nach dieser Erfindung in solch einer Richtung ange­ legt wird, daß die Welle 1 und die Außenbahn 3 sich nicht paral­ lel verhalten würden, wird dieses Moment durch die große Anzahl dicht angeordneter Kugeln 7 aufgenommen. Als ein Ergebnis wird die zwischen jeder Kugel 7 und ihrer entsprechenden Umfangswan­ dung 2 oder 4 hervorgerufene Druckkraft verringert, so daß die hervorgerufene Lagerbelastung zwischen den Umfangswandungen 2 und 4 verkleinert wird.

Die obige Betriebsweise wird ferner mit Bezug auf die Fig. 2 be­ schrieben, in der die Linearführung entsprechend der vorliegen­ den Erfindung und die konventionelle Linearführung schematisch dargestellt sind. Mit der Kennziffer 9 sind in Fig. 2 Federn bezeichnet, die zwischen der Außenbahn 3 und der Welle 1 ange­ ordnet sind. Die Federn 9 erstrecken sich von den Berührungspunk­ ten zwischen den Kugeln 7 und der Außenbahn 3 zu den entsprechen­ den Berührungspunkten zwischen den Kugeln 7 und der Welle 1. Bei der Welle 1 wird dafür vorausgesetzt, drehbar von den Federn 9 abgestützt zu werden. Von einer elastischen Verformung jeder Rei­ he von Kugeln (Federn 9) infolge einer auf die Welle 1 aufgebrach­ ten Belastung wird die von der Kugelreihe aufgenommene Belastung berechnet. Die Linearführung gemäß der Erfindung mit den dicht angeordneten Kugeln an deren axial entgegengesetzten Endabschnit­ ten kann dann wie in Fig. 2(a) veranschaulicht werden, während die konventionelle Linearführung mit den gleichmäßig in axialer Rich­ tung angeordneten Kugeln 7 wie in Fig. 2(c) dargestellt werden kann.

Es wird vorausgesetzt, daß in jeder Führung die Kugeln 7 in acht eckigen Reihen angeordnet sind und der Abstand zwischen den Ku­ geln an den entgegengesetzten Enden L ist. Es wird nun angenommen, daß ein Moment W senkrecht zur Welle 1 im Punkt E mit einem Axial­ abstand 1 von der Kugel 7 an einem der Enden aufgebracht wird. In den beiden Strukturen werden solche Bedingungen, die anders als die Anordnung der Kugeln 7 sind, wie die radialen Abstände der Kugeln 7 als gleich vorausgesetzt.

In der Struktur entsprechend der Linearführung der vorliegenden und in Fig. 2(a) dargestellten Erfindung können die von den Federn 9 entsprechend den individuellen Kugelreihen aufgenommenen Belastun­ gen von der durchgezogenen Linie A in Fig. 2(b) dargestellt werden. In der Struktur entsprechend dem konventionellen und in Fig. 2(c) dargestellten Produkt können andererseits die von den Federn 9 entsprechend den individuellen Kugelreihen aufgenommenen Belastungen von der gestrichelten Linie B in Fig. 2(b) dargestellt werden. Aus einem Vergleich zwischen der durchgezogenen Linie A und der gestrichelten Linie B ist es verständlich, daß in der Li­ nearführung gemäß der vorliegenden Erfindung die auf jede Kugel­ reihe für dasselbe Belastungsmoment W aufgebrachte Belastung kleiner ist und die Druckkraft von jeder Kugel 7 gegen die äußere Umfangswandung 2 der Welle 1 oder die innere Umfangswandung 4 der Außenbahn 3 deshalb verringert werden kann.

Eine Prüfungsberechnung durch die gegenwärtigen Erfinder hat of­ fenbart, daß in einer mit Kugeln 7 in acht eckigen Reihen versehe­ nen Linearführung wie in der vorstehenden Ausgestaltung die auf die Kugeln in der dem Einsatzpunkt E des Moments W nächsten Reihe aufgebrachte Belastung um etwa 26% in dem Produkt dieser Erfin­ dung verringert werden kann verglichen mit dem konventionellen Produkt.

Der zylindrische Käfig aus Kunststoff gemäß der einen Ausgestal­ tung eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung wird nach­ folgend mit Bezug auf die Fig. 5-8 beschrieben werden. Es ist festzuhalten, daß die Fig. 8 um der Klarheit willen weniger Kugeln zeigt.

Der zylindrische, mit der Kennziffer 26 bezeichnete Käfig aus Kunststoff ist ein zylindrischer Körper aus synthetischem Kunst­ stoff. Der Käfig 26 hat Kugelhaltetaschen 28, die in gleichen Abständen an Umfängen senkrecht zu einer Achse des zylindrischen Körpers so angeordnet sind, daß die Kugelhaltetaschen 28 auf eine große Anzahl von eckigen Reihen im Abstand voneinander in Rich­ tung der Achse verteilt sind. Die Kugelhaltetaschen 28 in den an­ grenzenden Reihen werden in Phase so in der Winkelrichtung ver­ schoben, daß sie in einem Zickzackmuster angeordnet sind.

An einem Kantenabschnitt einer Öffnung jeder Kugelhaltetasche 28 an der Seite einer äußeren Umfangswandung 26A des zylindrischen Körpers ist die Kugelhaltetasche 28 mit einem Kugelhalteabschnitt 30 ausgerüstet, der sich in der Form eines Ringes radial und nach außen von der äußeren Umfangswandung 26A des zylindrischen Körpers erstreckt. Eine innere Umfangswandung 30b des Kugelhalte­ abschnitts 30 stellt eine kugelförmige Oberfläche entsprechend dem Durchmesser der Kugel 7 dar und bildet einen Teil der kugelförmi­ gen inneren Umfangswandung 28b der Kugelhaltetasche 28. Anderer­ seits ist eine Rückwand 30a des Kugelhalteabschnitts 30 ein nie­ drigerer Teil einer konischen oder halbkugelförmigen Wandung. Die Rückwand 30a wird nämlich von einem niedrigeren Teil einer koni­ schen Wandung mit einem Scheitelpunkt auf einer imaginären Linie (L₁) liegend gebildet - welche sich durch einen Mittelpunkt O₁ der inneren Umfangswandung 30b des Kugelhalteabschnitts 30 er­ streckt, wobei diese innere Umfangswandung 30b die kugelförmige Fläche darstellt (dh. den Mittelpunkt der kugelförmigen inneren Umfangswandung 28b der Kugelhaltetasche 28). und auch durch die Achse O₂ des zylindrischen Käfigs, wobei diese Achse eine radiale Mitte des zylindrischen Körpers bildet - und radial außerhalb der äußeren Umfangswandung 26A des zylindrischen Körpers, oder sie wird von einem niedrigeren Teil einer halbkugelförmigen Wandung mit einem Radius gebildet, der größer ist als der Radius der in­ neren Umfangswandung des Kugelhalteabschnitts 30, aber kleiner als der Radius der äußeren (Imfangswandung 26A des zylindrischen Körpers. An der Seite der inneren Umfangswandung 26B des zylin­ drischen Körpers öffnet sich jede Kugelhaltetasche 28 direkt auf die innere Umfangswandung 26B ohne irgendeinen Kugelhalteab­ schnitt.

Wenn der wie oben beschrieben konstruierte Käfig 26 aus syntheti­ schem Kunststoff, insbesondere einem Polyphenylensulfid-Kunst­ stoff (PPS-Kunststoff), gegossen ist, der mit Glasfasern in einem Verhältnisbereich von 10 bis 40 Gew.% gemischt ist, weist der sich hieraus ergebende Käfig ein leichtes Gewicht und eine große me­ chanische Festigkeit auf, erleidet außerordentlich kleine dimen­ sionale Änderungen beim Ausbauchen und ist hervorragend in Wärme­ widerstandsfähigkeit und Ölbeständigkeit. Wenn Glasfasern in einem Verhältnis kleiner als 10 Gew.% zugemischt werden, sind die mecha­ nische Festigkeit, die dimensionale Stabilität und dergleichen des Käfigs unerwünscht gering. Andererseits ergeben Verhältnisse grö­ ßer als 40 Gew.% eine schlechte Schmelzbarkeit. Der Käfig dieser Ausgestaltung wurde im Spritzguß unter Verwendung des PPS-Kunst­ stoffs "PHOTOLON KPS, W-200" hergestellt (Handelsbezeichnung; mit 20 Gew.% Glasfasern; Produkt der Kureha Chemical Industry Co., Ltd).

In dem Längsschnitt von Fig. 9 wird ein Käfigaufbau H durch Einset­ zen der Kugeln 7 in den obigen Käfig 26 als eine Linearführung für einen Tauchkolben eines in Öl getauchten Magnetventils ver­ wendet, das z. B. in einem Hydraulik-Kreislauf eingebaut ist für die Verminderung eines Umschaltschocks durch ein Automatik-Ge­ triebe eines Kraftfahrzeugs, in einem Hydraulik-Kreislauf für die Motorsteuerung eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen. In der Zeichnung sind eine Welle 31 dargestellt, die an einem Tauchkol­ ben 8 eines Magnetventils fest angebracht ist, eine Spule 32 zum Anziehen des Tauchkolbens 8 gegen die Federkraft einer nicht dar­ gestellten Rückholfeder, eine Hülse 34, ein Außenzylinder 35, ein Abstandsstück 36 und ein axial beweglicher Spulenkörper 37, um einen Hydraulikflußweg zu öffnen oder zu schließen. Der Käfigauf­ bau H ist zwischen einem äußeren, an einer inneren Umfangswandung der Hülse 34 angebrachten Käfig 33 und einer äußeren Umfangswan­ dung 31a der Welle 31 angeordnet. Der Außenzylinder 35 ist im In­ nern mit Öl gefüllt, so daß der Käfigaufbau H in Öl getaucht ist.

Nun wird die Betätigung des in Öl getauchten Magnetventils be­ schrieben. In dem Käfig 26 wird der an der äußeren Umfangskante der Öffnung jeder Kugelhaltetasche 28 vorgesehene Kugelhalteab­ schnitt 30 in der Weise ausgebildet, daß seine innere Umfangswan­ dung 30b eine kugelförmige Fläche darstellt und seine Rückwand ein niedrigerer Teil einer konischen oder kugelförmigen Wandung wird. Als Folge wird der Kugelhalteabschnitt 30 nach und nach dünner von seinem Basisabschnitt zu seinem freien Endabschnitt, wobei der dünne freie Endabschnitt mit Leichtigkeit elastisch verformt werden kann, ohne daß der einwärts gebogene dicke Basis­ abschnitt in der Form eines Ringes eine große elastische Wieder­ herstellungsfähigkeit und eine große Kugelhaltefähigkeit hat. Beim Einsetzen der Kugel 7 in die Kugelhaltetasche 28 kann, indem die Kugel 7 gegen den freien Endabschnitt des Kugelhalteab­ schnitts 30 gedrückt wird, der freie Endabschnitt so leicht ver­ formt werden, daß die Kugel 7 mit kleiner Kraft in die Kugelhalte­ tasche 28 eingesetzt werden kann. Da jeder Kugelhalteabschnitt 30 radial und nach außen vom zylindrischen Körper vorspringt, um eine ausreichende radiale Länge zu haben, die Kugel 7 zu halten, deren Durchmesser gleich oder größer ist als die radiale Dicke des zy­ lindrischen Käfigs, kann der Kugelhalteabschnitt 30 die Kugel 7 fest darin montiert halten. Wie aus der obigen Beschreibung zu verstehen ist, ist es wesentlich, daß jeder Kugelhalteabschnitt 30 des Käfigs 26 in der Dicke von seinem Basisabschnitt zu seinem freien Endabschnitt nach und nach verringert wird, aber jede Rück­ wand in der Form einer Vieleckwandung anders als die konische oder halbkugelförmige Wandung sein kann.

Wenn der Käfig 26 durch Spritzguß hergestellt wird, können Ta­ schenstifte, die verwendet werden, um die kugelförmigen inneren Umfangswandungen 28b der Kugelhaltetaschen 28 zu formen, leicht aus dem Käfig 26 herausgezogen werden. Es ist deshalb leicht, ein Brechen oder dergleichen der Kugelhalteabschnitte 30 zu vermei­ den. Der Käfig 26 gemäß der obigen Ausgestaltung kann leicht her­ gestellt werden.

Wenn der Käfigaufbau H mit den in den Käfig 26 eingesetzten Ku­ geln 7 in dem in Öl getauchten Magnetventil montiert ist, wie in Fig. 5 dargestellt, und dann verwendet wird, arbeitet das Magnet­ ventil in der folgenden Weise: Wenn in Fig. 9 die Spule 32 zur Magnetisierung erregt wird, wird der Tauchkolben 8 zu der Spule 32 hin gegen die Vorspannkraft der nicht dargestellten Rückholfeder angezogen, und gleichzeitig bewegt sich die Welle 31 in der Zeichnung nach rechts, um den Spulenkörper 37 zu drücken. Da der Tauchkolben 8 gleichzeitig nach rechts geht, findet ein Ölfluß von der Seite des Tauchkolbens 8 zu der Seite des Spulenkörpers 37 hin statt. Der so gedrückte Spulenkörper 37 wird veranlaßt, sich nach rechts in Axialrichtung zu bewegen, so daß der hydraulische Kreislauf geschaltet wird. Wenn der elektrische Strom zu der Spule 32 abgeschaltet wird, wer­ den der Tauchkolben 8 und die Welle 31 federnd durch die Rückhol­ feder gedrückt und werden veranlaßt, sich nach links in der Zeich­ nung zu bewegen. Zu dieser Zeit fließt das Öl in die entgegenge­ setzte Richtung zu der oben beschriebenen und fließt vom Spulen­ körper 37 zum Tauchkolben 8 hin.

In der oben beschriebenen Ein-/Ausbetätigung des Magnetventils werden die Bewegungen der Welle 31 durch den Käfigaufbau H geführt. Die in den Käfigaufbau H montierten Kugeln 7 werden in Kontakt mit der äußeren Umfangswandung 31a der Welle 31 und auch mit der inne­ ren Umfangswandung 33A der Außenbahn 33 gehalten. Wie die Welle 31 bewegt wird, bewegen sich die Kugeln 7 unter Rollen, so daß der Käfig 26 sich auch in der Axialrichtung bewegt. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, gibt es dort einen Zwischenraum ΔR zwischen der äußeren Umfangswandung 26A des Zylinderkörpers vom Käfig 26 des Käfigaufbaus H, der zwischen der Außenbahn 33 und der Welle 31 liegt, und der inneren Umfangswandung 33A der Außenbahn 33. Bei Bewegung des Tauchkolbens 8 und des Käfigaufbaus H fließt das Öl innerhalb des Ventils deshalb durch den Zwischenraum ΔR. Im Käfig 26 gemäß der vorliegenden Erfindung ist es deshalb möglich, die Wandungsdicke des zylindrischen Körpers zu verringern, so daß der Zwischenraum ΔR groß gestaltet werden kann. Solch ein großer Zwi­ schenraum ΔR ist deshalb wirksam im Reduzieren des Viskositäts-Wider­ standes vom Öl gegen die Axialbewegung des Käfigaufbaus H. Dies hat es möglich gemacht, die Welle 31 und den Tauchkolben 8 mit hoher Geschwindigkeit zu bewegen und deshalb die Betriebsan­ sprechbarkeit des in Öl getauchten Magnetventils zu verbessern.

Der Käfig 26 dieser Ausgestaltung kann leicht durch Spritzgießen eines Materials wie PPS-Kunststoff hergestellt werden, das mit Glasfasern in einem geeigneten Verhältnis gemischt ist. PPS-Kunst­ stoff ist ein ausgezeichneter Kunststoff in Hochtemperatur-Ölbe­ ständigkeit, Hitzebeständigkeit und chemischer Beständigkeit. Der Käfig 26 ist deshalb nicht nur leichtgewichtig, sondern auch höchst widerstandsfähig gegenüber Öl und Wärme. Es wurde durch Er­ fahrungen begründet, daß der Käfig 26 sogar dann, wenn er in ei­ nem in Öl getauchten Magnetventil montiert ist, weniger Ausdehnen durch das Öl erleidet und fortlaufend über eine lange Zeit bei ho­ hen Temperaturen bis zu 180°C verwendet werden kann, während er seine dauerhafte Ausführung aufrechterhält.

Nebenbei wird oft ein Phenol-, Polyamid- oder Polyacetal-Kunst­ stoff als Kunststoffmaterial für konventionelle Käfige aus Kunst­ stoff verwendet. Phenol-Kunststoffe gestatten jedoch keinen Spritz­ guß, so daß sie arbeitsintensive spanende Bearbeitung wie Schneid­ arbeit und Bohren erfordern. Dies resultiert in dem Nachteil, daß die Herstellungskosten hoch sind. Beim Betrachten der Polyamid- und Polyacetal-Kunststoffe haben diese andererseits Probleme in Wärme- und Ölbeständigkeit. Wenn Käfige aus solchen Kunststoff­ material in Kontakt bei hohen Temperaturen über 15°C mit einem Öl gehalten werden, das einen zusätzlichen extremen Druck bein­ haltet, werden die Käfige mit der Zeit zunehmend zerstört, so daß sie keine dauerhafte Ausführung über eine lange Zeit aufweisen können. Diese konventionellen Käfige sind daher nicht geeignet zur Anwendung in solchen in Öl getauchten Magnetventilen, wie sie oben beschrieben sind.

Änderungen der oben beschriebenen Käfige 26 werden nun mit Bezug auf die Fig. 10(a) bis 11(b) beschrieben, in denen geänderte Käfige mit den Kennzeichen 46, 56, 66 bzw. 76 bezeichnet sind. Die­ se geänderten Käfige 46, 56, 66, 76 sind ähnlich dem Käfig 26 mit der Ausnahme, daß die Taschen 48, 58, 68, 78 dichter an entgegenge­ setzten Endabschnitten angeordnet sind. Die geänderten Käfige 46, 56, 66, 76 sind deshalb zur Verwendung in der Linearführung geeig­ net, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Wie der in den Fig. 5-8 dargestellte Käfig 26 sind die geänderten Käfige 46, 56, 66, 76 mit Kugelhalteabschnitten 40, 50, 60, 70 versehen, die ähnlich den Ku­ gelhalteabschnitten 30 im Käfig 26 sind. Diese geänderten Käfige 46, 56, 66, 76 haben deshalb dieselben Vorteile wie der Käfig 26. Wenn einer dieser geänderten Käfige 46, 56, 66, 76 anstelle des Kä­ figs 16 in Fig. 1 verwendet wird, kann die sich ergebende Linear­ führung leicht mit geringen Kosten hergestellt werden und kann eine außerordentlich gute Haltbarkeit aufweisen.

Claims (8)

1. Linearführung mit einem Innenbahn-Teil (1), mindestens einer äußeren Umfangswandung (2) daran, die als zylindrische Wandung ausgebildet ist, einem Außenbahn-Teil (3), mindestens einer in­ neren Umfangswandung (4) daran, die als zylindrische Wandung ausgebildet ist, einem zylindrischen Käfig (6) mit darin fest­ gelegten Taschen (18) und eingefügt für eine Axialverstellung innerhalb eines ringförmigen Raumes (5) zwischen der äußeren Umfangswandung (2) und der inneren Umfangswandung (4) sowie ei­ ner großen Anzahl von Kugeln (7), die innerhalb der Taschen (18) für eine Rotation zurückgehalten werden und in Kontakt mit der äußeren Umfangswandung (2) und der inneren Umfangswandung (4) stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearführung ausgestattet ist wie der Käfig mit einem Käfig (16; 46; 56; 66; 76), dessen abgrenzende Taschen (18; 48; 58; 68; 78) dichter an axial entgegengesetzten Endabschnitten ausgebildet sind, wobei die große Anzahl von Kugeln (7) dichter an den axial entgegengesetzten Endabschnitten angeordnet ist.

2. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenbahn-Teil eine Welle (1) ist.

3. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenbahn-Teil eine Außenbahn (3) ist.

4. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taschen (18; 48; 58; 68; 78) in gleichen Winkelabstän­ den in eckigen Reihen durch Zwischenräume getrennt in Richtung einer Achse des Käfigs (16; 46; 56; 66; 76) angeordnet sind.

5. Linearführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Taschen (18; 48; 58; 68; 78) in einem Zickzackmuster angeordnet sind.

6. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Taschen (18; 48; 58; 68; 78) einen Kugelhalteab­ schnitt (30; 40; 50; 60; 70) aufweist, der sich radial und nach außen von der äußeren Umfangswandung (26A) des zylindri­ schen Käfigs (16; 46; 56; 66; 76) erstreckt, eine innere Um­ fangswandung (30b) des Kugelhalteabschnitts (30; 40; 50; 60; 70) mit einer kugelförmigen Fläche entsprechend dem Radius der zugeordneten Kugel (7) und einer Rückwand (30a) des Kugelhal­ teabschnitts (30; 40; 50; 60; 70), die aus einem niedrigeren Teil einer konischen oder halbkugelförmigen Wandung mit einem Scheitelpunkt (T) auf einer imaginären Linie (L₁) ausgebildet ist, die sich durch einen Mittelpunkt (O₁) der kugelförmigen Oberfläche (28b) der inneren Umfangswandung (30b) des Kugel­ halteabschnitts (30; 40; 50; 60; 70) und auch durch eine ra­ diale Mitte (O₂) des zylindrischen Käfigs (16; 46; 56; 66; 76) erstreckt, und radial außerhalb der äußeren Umfangswandung (26A) des zylindrischen Käfigs (16; 46; 56; 66; 76) ist.

7. Linearführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Käfig (16; 46; 56; 66; 76) aus Kunst­ stoff hergestellt ist.

8. Linearführung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein mit Glasfasern verstärkter Polypheny­ lensulfid-Kunststoff ist.