DE4438651C2 - Linearlager für eine starke Belastung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schwerlast-Linearlager mit einem Außenzylinder, der eine Innenfläche mit einem vorgegebenen Krümmungsradius aufweist, mit einem Innenzylinder, der an seiner Außenwand Längsnuten mit gekrümmtem Nutgrund auf­ weist, dessen Krümmung dem vorgegebenen Krümmungsradius entspricht, und mit in den Längsnuten auf der Innenfläche rollenden, tonnenförmigen Wälzkörpern, die mit dem vorgegebenen Krümmungsradius gekrümmt sind.

Ein derartiges Schwerlast-Linearlager ist aus der US-A-33 53 876 bekannt (Fig. 6). Dabei ist die Breite der einzelnen Wälzkörper größer als die Breite der wannenförmigen Längs­ nuten, so daß die Wälzkörper mit ihren Enden über die Längsnuten hinausstehen. Zur Führung der Wälzkörper ist ein separater Lagerkäfig vorgesehen.

Da die einzelnen Wälzkörper mit ihren Enden über die wannenförmigen Nuten seitlich hinausragen, kommt ein Teil der Wälzfläche jedes einzelnen Wälzkörpers mit dem Rand der Nuten in Berührung, so daß in diesem Bereich an den Wälzkörpern vermehrt Pittings auftreten. Zwar verformen sich die Wälzkörper bei Belastung nur sehr geringfügig, bei Aufbringen einer Radiallast werden jedoch die überstehenden Enden der einzelnen Wälzkörper leicht in Richtung der Nut gebogen, so daß sie von ihrer vorgesehenen Form abweichen. Bei einem Laufen unter Last kommt es an den einzelnen Wälzkörpern zu einer Umlaufbiegung, die die Pittingbildung weiter fördert. Aufgrund der überstehenden Wälzkörper ist das bekannte Lager auch sehr empfindlich gegen Torsionsbelastung. Bei einem Laufen unter Last mit Torsionseinfluß neigen die tonnenförmigen Wälzkörper da­ zu, in der wannenförmigen Nut seitlich hochzulaufen, wodurch der Reibungswiderstand des Lagers erhöht wird und zudem die Gefahr besteht, daß einzelne Wälzkörper zeitwei­ lig verklemmen und wieder losbrechen, wodurch die Laufflächen beschädigt werden können.

Weitere Wälzlager sind aus der GB-A-519 866 und der DE-PS-8 35 718 bekannt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schwerlast-Linearlager der eingangs genannten Art mit einer höheren Torsionsunempfindlichkeit zu schaffen, bei dem zudem die Gefahr der Bildung von Pittings verringert wird.

Diese Aufgabe wird bei den eingangs genannten Lagern dadurch gelöst, daß die Wälz­ körper mit ihren Stirnseiten an den kragenförmig zwischen den Längsnuten angeordne­ ten Seitenborden geführt sind.

Hierdurch wird ein Hochwandern der tonnenförmigen Wälzkörper am gekrümmten Nut­ grund und somit ein Verklemmen einzelner Wälzkörper zuverlässig verhindert. Auch besteht nicht mehr die Gefahr einer vermehrten Pittingbildung infolge von Kantenpres­ sung.

Da die Rollelemente tonnenförmige Wälzkörper sind, werden Linearkontakte zwischen diesen Wälzkörpern und den Laufwegen des Innen- und Außenzylinders mit dem glei­ chen Krümmungsradius wie der Krümmungsradius des äußeren Umfangs jedes der ton­ nenförmigen Wälzkörper gebildet. Daher wird der Kontaktdruck im Vergleich zu Punkt­ kontakten signifikant reduziert und eine beträchtliche Steigerung der Belastbarkeit ge­ schaffen.

Der Laufweg des Außenzylinders hat einen kreisförmigen Querschnitt, der einfach durch die Innenfläche des Außenzylinders gebildet wird. Daher ist die Drehung in der Um­ fangsrichtung des Außenzylinders möglich, wodurch es möglich ist, die Phase des Au­ ßenzylinders hinsichtlich der Wälzkörpernuten des Innenzylinders leicht zu justieren. Selbst wenn der Außenzylinder geneigt ist, kann der Laufweg des Außenzylinders und der Wälzkörper den normalen Kontakt stets beibehalten. Zudem wird das Zentrieren automatisch hinsichtlich der Installationsfehler korrigiert. Es ist weiterhin einfach, den Laufweg des Außenzylinders maschinell herzustellen.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angege­ ben. Diese werden anhand der beiliegenden Figuren beschrieben.

Die Fig. 1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine erste Ausführungsform zeigt.

Die Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II der Fig. 1.

Die Fig. 3 ist eine teilweise Vergrößerung, die ein Beispiel der Separatorvariation zeigt.

Die Fig. 4 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine zweite Ausführungsform zeigt.

Die Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V.

Die Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht, die ein konventionelles Linearlager zeigt.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführunsformen beispielhaft dargestellt.

Die Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Linearlager zeigt. Die Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des Linearlagers entlang der Linie II-II der Fig. 1.

Im folgenden wird zuerst die Struktur beschrieben. Als Rollelemente werden tonnenför­ mige Wälzkörper 30 zwischen einem Außenzylinder 10 und einem Innenzylinder 20 ein­ gesetzt.

Die Innenfläche 10a des Außenzylinders 10 ist eine einfache zylindrische Oberfläche mit einem Radius R. Im wesentlichen wirkt deren gesamte Oberfläche als der Laufweg. Die externe Konfiguration des Außenzylinders 10 ist rechteckig für den in der Fig. 2 darge­ stellten Fall. Jedoch kann irgendeine andere Konfiguration beliebig angepaßt werden.

Der Innenzylinder 20 ist zylindrisch. Dessen äußerer Umfang 20a ist gegenüber der in­ neren Oberfläche 10a des Außenzylinders 10 angeordnet. Auf dem äußeren Umfang 20a sind eine Vielzahl von Gruppierungen von Nuten 21, die sich in der axialen Richtung erstrecken, mit dem gleichen Abstand auf dem Umfang angeordnet. Der Boden 21a je­ der Nut 21 ist so ausgelegt, um der innere zylindrische Laufweg mit einer konkav ge­ krümmten Konfiguration zu sein. Deren Krümmungsradius hat die gleiche Größe R wie der Radius R der Innenfläche 10a des äußeren Zylinders. An beiden Seiten von jeder Nut 21 sind Kragen 22 ausgebildet.

Der Krümmungsradius der Umfangskurve 30a der tonnenförmigen Wälzkörper 30 ist in der axialen Richtung gleich dimensioniert wie jeder Krümmungsradius R der Innenfläche 10a des Außenzylinders und des Bodens 21a der Nut 21 des inneren Zylinders. Die ton­ nenförmigen Wälzkörper 30 werden beweglich in die Nut 21 eingepaßt und können in der Nut 21 des inneren Zylinders rollen. Mehrere Wälzkörper (5 in Fig. 1) sind in jeder der Nuten 21 mit konstanten Abständen durch Separatoren 32 in der axialen Richtung angeordnet. In dieser Hinsicht können beide Seiten 22a des Separators 32, die den ton­ nenförmigen Wälzkörpern gegenüberstehen, planar oder konkav oder gekrümmt planar sein, koinzidierend mit der konvexkonfigurierten Oberfläche des gekrümmten Umfanges 20a der Wälzkörper. Die Separatoren 32 sind in jeder der entsprechenden Nuten 21 des inneren Zylinders angeordnet. Ebenfalls können die Separatoren unabhängig voneinan­ der in der umfänglichen Richtung angeordnet sein, oder, wie in der Fig. 3 dargestellt, die Separatoren können in der Umfangsrichtung miteinander verbunden sein.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind in dieser Hinsicht der Krümmungsradius der Nut 21 und der umfänglichen Kurve 30a größenmäßig gleich dem Krümmungsradius R der Innenfläche 10a ausgelegt. Allerdings ist hier die bezuggenommene gleiche Größe nicht notwendigerweise die gleiche in ihrem strengen Sinne, sondern umfaßt im wesent­ lichen den gleichen Bereich.

An beiden Enden des Linearlagers in der axialen Richtung ist eine Vorrichtung 40 zum Positionieren jeder Wälzkörperspalte vorgesehen, die von einer entsprechenden Viel­ zahl von tonnenförmigen Wälzköpern 30 gebildet wird. Diese Positioniervorrichtung um­ faßt eine Wälzkörperschiebescheibe 41 mit einem Durchmesser, der ein wenig kleiner ist als derjenige der Wälzkörper, eine Feder 42, die die Scheibe elastisch drückt, und einen Federring.

Die Positioniervorrichtung wird durch einen Stopring (für ein Loch) 43, der an der Innen­ fläche 10a des Außenzylinders 10 befestigt ist, und einen Stopring (für einen Schaft) 44, der an der inneren umfänglichen Oberfläche 20a des Innenzylinders 20 befestigt ist, fi­ xiert, wobei beide Stopringe 43 und 44 auf einem Ende jeder Nut 21 des Innenzylinders montiert sind.

Im folgenden wird der Betrieb beschrieben. Die äußere Umfangskurve 30a der tonnen­ förmigen Wälzkörper 30 ist in Linearkontakt mit der Innenfläche 10a (äußerer Zylinder­ laufweg) des Außenzylinders 10 und der Bodenfläche 21a (innerer Zylinderlaufweg) des Innenzylinders 20, die einen Krümmungsradius hat, der größenmäßig gleich dem Krüm­ mungsradius R der Wälzkörper ist. Daher wird der Kontaktdruck im Vergleich zu einem konventionellen Fall, in dem ein Punktkontakt vorliegt, signifikant reduziert, wodurch eine große Widerstandsfähigkeit gegenüber Belastung geschaffen wird. Daher wird der Lauf­ weg nur wenig abgesplittert, zerdrückt und anderswie beschädigt, selbst wenn eine große Last oder eine Stoßlast ausgeübt wird.

Der äußere Zylinderlaufweg wird durch die Innenfläche 10a des Außenzylinders gebildet, der eine einfache kreisförmige Querschnittskonfiguration hat, wodurch seine maschinelle Herstellung extrem einfach gestaltet wird. Weiterhin gibt es keine Notwendigkeit, die Phase des äußeren Zylinders zu justieren, um dessen Phase hinsichtlich der Nuten 21 des Innenzylinders 20 zu justieren. Daher ist der Zusammenbau ebenfalls einfach.

Ferner, selbst wenn der Außenzylinder 10 in seiner Umfangsrichtung gedreht oder ge­ neigt wird, werden die tonnenförmigen Wälzkörper 30 und der Laufweg des Außenzylin­ ders immer in einem normalen Kontakt gehalten, und selbst wenn es einen Installations­ fehler gegeben hat, wird das Zentrieren automatisch justiert.

Wenn die tonnenförmigen Wälzkörper 30 rollen, führen die Krägen 22 der Nuten 21 ebenfalls die tonnenförmigen Wälzkörper 30, wodurch verhindert wird, daß die tonnen­ förmigen Wälzkörper 30 verkantet werden.

Die Positioniervorrichtungen 40 drücken die Wälzkörperanordnung in jeder Nute 21 im­ mer in die Richtung der axialen Mittelrichtung. Dann, falls beispielsweise der auf einem Schaft installierte Innenzylinder 20 sich in der axialen Richtung hinsichtlich des Außenzy­ linders 10, der an einem Gehäuse befestigt ist, verschieben würde, bewirken die Positi­ niervorrichtungen 40, daß die Wälzkörperanordnung, die zusammen versetzt ist, zu dem Zentrum durch den Einsatz der elastischen Kraft der Federn 42 zurückkehrt.

Die Fig. 4 und Fig. 5 sind Ansichten, die eine weitere Ausführungsform gemäß der vor­ liegenden Erfindung zeigen.

In dieser Ausführungsform ist ein zylindrisches Wälzlager außerhalb des Linearlagers der ersten Ausführungsform zusammengesetzt, welches ein tonnenförmiges Wälzlager ist. Daher ist der Außenzylinder 10 des tonnenförmigen Wälzlagers zylindrisch ausgebil­ det. Zur gleichen Zeit ist der innere Laufweg 51 des zylindrischen Wälzlagers auf dem Umfang 10b des größeren Zylinders des tonnenförmigen Wälzlagers ausgebildet. Dann wird eine Vielzahl von zylindrischen Wälzkörpern 55 zwischen dem so ausgebildeten Umfang und dem äußeren Ring 54 eingesetzt, der den äußeren Laufweg 53 gegenüber dem inneren Laufweg 51 angeordnet aufweist.

In diesem Zusammenhang wird die Darstellung der Positioniervorrichtungen 40, die an beiden Enden des zylindrischen Wälzlagers angeordnet sind, in der Fig. 4 weggelassen.

In diesem Fall wird die Funktion des zylindrischen Wälzlagers zu der gleichen Funktion des im vorangegangenen beschriebenen Linearlagers hinzugefügt.

Wie im Vorangegangenen beschrieben wurde, sind die Wälzkörper zwischen der Innen­ fläche und jeder der Nuten 50 eingesetzt und in der axialen Richtung so angeordnet, daß die Wälzkörper durch die vorerwähnten Krägen geführt werden, um zu rollen. Daher bilden die tonnenförmigen Wälzkörper und die inneren und äußeren Laufwege Linear­ kontakte, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Belastung zu erhöhen, wodurch es möglich gemacht wird, effektiv das Absplittern, Zerspringen und andere Schäden am Auftreten durch die ausgeübte schwere Last zu hindern.

Da der Laufweg des Außenzylinders eine einfache kreisförmige Querschnittskonfigurati­ on hat, hat dies den Effekt, daß es nicht nur einfach ist, die Oberfläche maschinell herzu­ stellen, sondern daß es weiterhin unnötig ist, die Phase des Außenzylinders bezüglich der Wälzkörpernuten auf dem Innenzylinder zu justieren. Daher ist der Zusammenbau ebenfalls einfach.

Claims (4)

1. Schwerlast-Linearlager mit einem Außenzylinder (10), der eine Innenfläche (10a) mit einem vorgegebenen Krümmungsradius (R) aufweist,
mit einem Innenzylinder (20), der an seiner Außenwand Längsnuten (21) mit gekrümmtem Nutgrund aufweist, dessen Krümmung dem vorgegebenen Krümmungs­ radius (R) entspricht, und
mit in den Längsnuten (21) auf der Innenfläche (10a) rollenden, tonnenförmi­ gen Wälzkörpern (30), die mit dem vorgegebenen Krümmungsradius (R) gekrümmt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (30) mit ihren Stirnseiten an den kragenförmig zwischen den Längs­ nuten (21) angeordneten Seitenborden (22) geführt sind.

2. Schwerlast-Linearlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Positioniervorrichtung (40) vorgesehen ist, die die maximale Bewegung der Wälzkörper (30) in Richtung der Längsnuten (21) beschränkt.

3. Schwerlast-Linearlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniervorrichtung (40) Federn (42) aufweist, durch die die Wälzkörper (30) im Ruhe­ zustand in einer vorgegebenen Lage zu der Längsrichtung der Nuten (21) gehalten wer­ den.

4. Schwerlast-Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außenzylinder (10) an seinem Außenumfang (10b) einen Innenring (51) eines Wälzlagers bildet, das einen Außenring (54) mit einer inneren Lauffläche (53) und zwischen den Laufflächen (51, 53) angeordnete Rollenelemente (55) aufweist.