WO2009135451A1 - Verfahren zur herstellung eines kugelkäfigs und kugelkäfig - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines kugelkäfigs und kugelkäfig Download PDF

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    • F16C33/38—Ball cages
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    • F16C43/04—Assembling rolling-contact bearings
    • F16C43/06—Placing rolling bodies in cages or bearings
    • F16C43/08—Placing rolling bodies in cages or bearings by deforming the cages or the races

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a ball cage, in particular a ball cage for use in column racks. Moreover, the invention relates to a correspondingly manufactured ball cage.
  • Ball cages are well known in practice and are mostly used as linear guides. For example, reference is made to DE 693 03 451 T2.
  • the present invention has for its object to provide a method for the cost-effective production of a ball cage, wherein the ball cage produced by the method according to the invention should have a simple construction. A corresponding ball cage must be specified.
  • the above object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • the above object is achieved by the features of the independent claim 20.
  • the method according to the invention comprises the following method steps:
  • the images or the surface is deburred and cleaned. Then the balls are inserted. There is a check for completeness of the balls. Subsequently, the recordings for holding the balls in the receptacle are at least slightly closed.
  • a shell a cylindrical tube made of brass.
  • Other easily deformable materials are usable according to the need.
  • a sleeve is used whose wall thickness is smaller than the ball diameter.
  • the balls have an at least slightly larger diameter than the wall thickness of the sleeve.
  • the recordings are drilled in the simplest way into the sleeve.
  • the recordings are drilled so that on the inside of the sleeve, a kind of open blind hole with inner edge for holding the ball within the respective recording is created.
  • drilling is just as far in the sleeve that a ball on the inside of the sleeve protrudes inwardly, but can not fall out of the receptacle inwardly.
  • a kind of bearing for the ball is created at least on one side of the bore.
  • the bore is applied such that the inner edge is approximately adapted to the radius of the ball. An unhindered turning of the ball is thereby favored.
  • several receptacles are drilled simultaneously via a corresponding spindle or spindle arrangement. For drilling the receptacles, the sleeve is arranged on a rotating stand, so that along the circumference, the holes can be created.
  • the recordings are drilled in such a way that they circulate in equidistant fashion in adjacent rows, the recordings of adjacent rows being offset relative to one another.
  • the recordings are drilled in a further advantageous manner from the outside, that the balls fit with play into the holes and in the inserted state on both sides of the sleeve at least slightly protrude.
  • the hole is designed as a kind of open blind hole, wherein the blind hole or the inner edge is adapted approximately to the radius of the ball.
  • the balls are inserted in a special insertion device in the recordings, wherein a plurality of balls abandoned in transverse, slowly rotating sleeve via a funnel or other task device on the surface of the sleeve and thereby the balls automatically into the recordings be inserted. It is essential that the balls used are held by a sleeve or the like surrounding the sleeve at least partially so that the balls once inserted into the receptacles actually remain in the receptacles.
  • a final optical test and a functional test are advantageous. The tests can be done automatically.
  • the visual inspection can be carried out via a camera system with automatic image recognition.
  • the ball cage according to the invention is a ball cage for low-friction guidance of two coaxially arranged, mutually movable components, especially in column guide racks.
  • the ball cage comprises a cylindrical sleeve made of metal and used in shots, secured against falling out rotatable steel balls that protrude on both sides of the sleeve from the wall of the sleeve at least slightly.
  • a texture produced on the outside by material displacement is provided, which is designed as a circumferential groove.
  • the grooves circulate around the sleeves, namely because the receptacles and thus the balls are arranged in the sleeve circumferential rows. Between each row of balls a groove is formed, the grooves being parallel to each other.
  • the recordings are formed slightly oval at least on the surface in cross section, which is due to the deformation by deformation.
  • Embodiment of a ball cage according to the invention for low-friction guidance of two coaxially arranged machine components, for example. In column guide racks, is used.
  • the ball cage comprises a sleeve 1 made of brass, in which steel balls 2 are inserted.
  • the steel balls 2 sit in recesses formed by holes and are secured against falling out.
  • the sole figure clearly shows that the steel balls 2 are arranged in circumferential rows 3, wherein between the rows 3 and the steel balls 2 grooves 4 are applied by embossing or material deformation, which show that compared to the steel balls 2 and the in the figure unrecognizable recordings the material of the sleeve 1 is at least slightly displaced, namely to the effect that the steel balls 2 are secured in the receptacles to the outside against falling out.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelkäfigs, insbesondere eines Kugelkäfigs zur Anwendung in Säulenführungsgestellen, umfasst folgende Verfahrensschritte: - Bereitstellen einer zylindrischen Hülse (1) aus Metall und von Kugeln, insbesondere von Stahlkugeln (2), - Erzeugen von Aufnahmen für die Kugeln (2) in der Wandung der Hülse (1) nach vorgegebenem Muster, - Entgraten und Reinigen der Oberflächen, - Einlegen der Kugeln (2), - Prüfen auf Vollständigkeit und - Schließen der Aufnahmen zum Halten der Kugeln (2) in der Aufnahme. Ein Kugelkäfig ist entsprechend ausgebildet, nämlich durch eine auf der Außenseite durch Materialverdrängung erzeugte Textur, die als Rille (4) ausgeführt ist.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES KUGELKÄFIGS UND
KUGELKÄFIG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kugelkäfigs, insbesondere eines Kugelkäfigs zur Anwendung in Säulengestellen. Außerdem betrifft die Erfindung einen entsprechend hergestellten Kugelkäfig.
Kugelkäfige sind hinlänglich aus der Praxis bekannt und werden meist als Linearführungen verwendet. Lediglich beispielhaft sei dazu auf die DE 693 03 451 T2 verwiesen.
Die meisten aus der Praxis bekannten Kugelkäfige sind in der Konstruktion und daher auch in der Fertigung aufwändig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kostengünstigen Herstellung eines Kugelkäfigs anzugeben, wobei der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kugelkäfig eine einfache Konstruktion aufweisen soll. Ein entsprechender Kugelkäfig ist anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. In Bezug auf den Kugelkäfig selbst wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 20 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
- Bereitstellen einer zylindrischen Hülse aus Metall und von Kugeln, insbesondere von Stahlkugeln,
- Erzeugen von Aufnahmen für die Kugeln in der Wandung der Hülse nach vorgegebenem Muster,
- Entgraten und Reinigen der Oberflächen,
- Einlegen der Kugeln,
- Prüfen auf Vollständigkeit und
- Schließen der Aufnahmen zum Halten der Kugeln in der Aufnahme. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass es in einfacher Weise möglich ist, einen Kugelkäfig, insbesondere zur Anwendung in Säulenführungsgestellen, unter Verwendung einer zylindrischen Hülse herzustellen. Entsprechend werden zunächst die Hülse und dort einzusetzende Kugeln, insbesondere Stahlkugeln, bereitgestellt. Danach werden Aufnahmen für die Kugeln in der Wandung der Hülse erzeugt, und zwar nach vorgegebener Anordnung. Die Anordnung ist dabei so ausgelegt, dass die Kugeln - sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite der Hülse optimal auf den Oberflächen der zu führenden Maschinenbauteile abrollen.
Nach dem Erzeugen der Aufnahmen für die Kugeln werden die Aufnahmen bzw. wird die Oberfläche entgratet und gereinigt. Danach werden die Kugeln eingelegt. Es findet eine Prüfung auf Vollständigkeit der Kugeln statt. Anschließend werden die Aufnahmen zum Halten der Kugeln in der Aufnahme zumindest geringfügig geschlossen.
In vorteilhafter Weise dient als Hülle ein zylindrisches Rohr aus Messing. Andere leicht verformbare Materialien sind entsprechend dem Bedarf verwendbar.
Grundsätzlich wird eine Hülse verwendet, deren Wanddicke kleiner ist als der Kugeldurchmesser. Mit anderen Worten weisen die Kugeln einen zumindest geringfügig größeren Durchmesser auf, als die Wanddicke der Hülse.
Die Aufnahmen werden auf einfachste Weise in die Hülse hinein gebohrt. Dabei werden die Aufnahmen derart gebohrt, dass auf der Innenseite der Hülse eine Art offenes Sackloch mit innerem Rand zum Halten der Kugel innerhalb der jeweiligen Aufnahme entsteht. Mit anderen Worten wird gerade soweit in die Hülse gebohrt, dass eine Kugel auf der Innenseite der Hülse nach innen herausragt, jedoch nicht aus der Aufnahme nach innen herausfallen kann. Somit ist zumindest auf einer Seite der Bohrung eine Art Lager für die Kugel geschaffen.
In besonders vorteilhafter Weise wird die Bohrung derart angelegt, dass der innere Rand in etwa dem Radius der Kugel angepasst ist. Ein ungehindertes Drehen der Kugel ist dadurch begünstigt. In ganz besonders vorteilhafter Weise werden über eine entsprechende Spindel bzw. Spindelanordnung mehrere Aufnahmen gleichzeitig gebohrt. Zum Bohren der Aufnahmen ist die Hülse auf einem drehenden Ständer angeordnet, so dass entlang dem Umfang die Bohrungen angelegt werden können.
Die Aufnahmen werden derart gebohrt, dass sie in nebeneinander liegenden Reihen die Hülse äquidistant umlaufen, wobei die Aufnahmen benachbarter Reihen versetzt zueinander ausgebildet sind.
Die Aufnahmen werden in weiter vorteilhafter Weise derart von außen gebohrt, dass die Kugeln mit Spiel in die Bohrungen hinein passen und im eingesetzten Zustand beidseitig aus der Hülse zumindest geringfügig heraus ragen. Wie bereits zuvor erwähnt, ist die Bohrung als eine Art offenes Sackloch ausgeführt, wobei das Sackloch bzw. der innere Rand in etwa dem Radius der Kugel angepasst ist.
Nach dem Anlegen der Aufnahmen werden die Kugeln in einer besonderen Einlegevorrichtung in die Aufnahmen eingelegt, wobei eine Vielzahl von Kugeln bei quer liegender, langsam drehender Hülse über einen Trichter oder eine sonstige Aufgabeeinrichtung auf die Oberfläche der Hülse aufgegeben und die Kugeln dadurch automatisch in die Aufnahmen eingelegt werden. Wesentlich dabei ist, dass die eingesetzten Kugeln durch eine die Hülse zumindest teilweise umgebende Hülle oder dgl. gehalten werden, so dass die einmal in die Aufnahmen eingesetzten Kugeln auch tatsächlich in den Aufnahmen verbleiben.
Nach dem Einlegen der Kugeln erfolgt durch Drehen der Hülse eine visuelle Prüfung auf Vollständigkeit und/oder auf Lauffähigkeit der Kugeln.
Danach findet das sog. Einrollen der Kugeln statt, wonach nämlich die Aufnahmen auf der Außenseite der Hülse durch Materialverformung bzw. durch Materialverdrängung derart geschlossen bzw. in der Öffnung reduziert werden, dass die Kugeln in den Aufnahmen drehbar gehalten sind. Letztendlich handelt es sich bei dem Einrollen um einen Prägevorgang, wonach die Materialverformung durch die Hülsenoberfläche gleichzeitig oder nacheinander für eine oder mehrere Reihen von Kugeln erfolgt. In besonders vorteilhafter Weise sind dazu umlaufende Schneid- /Prägewerkzeuge vorgesehen, wobei vorzugsweise durch Schneidräder oder dgl. das Material der Hülsenoberfläche zumindest geringfügig verformt wird, so dass die die Aufnahme bildende Bohrung an der Oberfläche deformiert, wodurch die Bohrung im Querschnitt der Öffnungsbereiches oval ausgebildet wird. Nach diesem Vorgang sind die Kugeln beidseitig in der Aufnahme gehalten und können innerhalb der Aufnahme frei drehen. Der Grad der Deformation wird derart bestimmt, dass ein freies Drehen der Kugeln innerhalb der Aufnahme gerade noch möglich ist.
Nach der eigentlichen Fertigung wird der Kugelkäfig mit den eingesetzten Kugeln gereinigt. Nach dem Reinigen wird der Kugelkäfig geölt bzw. eingefettet. Eine abschließende optische Prüfung sowie eine Funktionsprüfung sind von Vorteil. Die Prüfungen können automatisch erfolgen. Die visuelle Überprüfung kann über ein Kamerasystem mit automatischer Bilderkennung vorgenommen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Kugelkäfig handelt es sich um einen Kugelkäfig zur reibungsarmen Führung zweier koaxial zueinander angeordneter, gegeneinander bewegbarer Bauteile, insbesondere in Säulenführungsgestellen. Der Kugelkäfig umfasst eine zylindrische Hülse aus Metall und in Aufnahmen eingesetzte, gegen Herausfallen gesicherte drehbare Stahlkugeln, die beidseitig der Hülse aus der Wandung der Hülse zumindest geringfügig herausragen. Erfindungsgemäß ist eine auf der Außenseite durch Materialverdrängung erzeugte Textur vorgesehen, die als umlaufende Rille ausgeführt ist.
Die Rillen umlaufen die Hülsen, da nämlich die Aufnahmen und somit die Kugeln in die Hülse umlaufenden Reihen angeordnet sind. Zwischen jeder Reihe von Kugeln ist eine Rille ausgebildet, wobei die Rillen parallel zueinander verlaufen.
Die Aufnahmen sind zumindest an der Oberfläche im Querschnitt geringfügig oval ausgebildet, was auf die Deformation durch Verformung zurückzuführen ist.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt
die einzige Figur in einer schematischen Seitenansicht ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelkäfigs, der zur reibungsarmen Führung zweier koaxial zueinander angeordneter Maschinenbauteile, bspw. in Säulenführungsgestellen, dient.
Der Kugelkäfig umfasst eine aus Messing hergestellt Hülse 1 , in die Stahlkugeln 2 eingesetzt sind. Die Stahlkugeln 2 sitzen in durch Bohrungen angelegten Ausnehmungen und sind gegen Herausfallen gesichert.
Die einzige Figur zeigt deutlich, dass die Stahlkugeln 2 in umlaufenden Reihen 3 angeordnet sind, wobei zwischen den Reihen 3 bzw. den Stahlkugeln 2 Rillen 4 durch Prägen bzw. Materialverformung angelegt sind, die erkennen lassen, dass gegenüber den Stahlkugeln 2 bzw. den in der Figur nicht erkennbaren Aufnahmen das Material der Hülse 1 zumindest geringfügig verdrängt ist, nämlich dahingehend, dass die Stahlkugeln 2 in den Aufnahmen zur Außenseite hin gegen Herausfallen gesichert sind.
Hinsichtlich weiterer Ausführungen, die sich der einzigen Figur nicht entnehmen lassen, sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt. Bezugszeichenliste
1 Hülse
2 Stahlkugel
3 Reihe
4 Rille

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung eines Kugelkäfigs, insbesondere eines Kugelkäfigs zur Anwendung in Säulenführungsgestellen, mit folgenden Verfahrensschritten:
- Bereitstellen einer zylindrischen Hülse (1) aus Metall und von Kugeln, insbesondere von Stahlkugeln (2),
- Erzeugen von Aufnahmen für die Kugeln (2) in der Wandung der Hülse (1) nach vorgegebenem Muster,
- Entgraten und Reinigen der Oberflächen,
- Einlegen der Kugeln (2),
- Prüfen auf Vollständigkeit und
- Schließen der Aufnahmen zum Halten der Kugeln (2) in der Aufnahme.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als zylindrische Hülse (1) ein Rohr aus Messing verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülse (1) verwendet wird, deren Wanddicke kleiner ist als der Kugeldurchmesser.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen gebohrt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen derart gebohrt werden, dass auf der Innenseite der Hülse (1) eine Art offenes Sackloch mit innerem Rand zum Halten der Kugel (2) innerhalb der jeweiligen Aufnahme entsteht.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Aufnahmen gleichzeitig gebohrt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen in nebeneinander liegenden Reihen (3) die Hülse (1) äquidistant umlaufen, wobei die Aufnahmen benachbarter Reihen (3) versetzt zueinander ausgebildet sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen derart von außen gebohrt werden, dass die Kugeln (2) mit Spiel in die Bohrungen hinein passen und im eingesetzten Zustand beidseitig aus der Hülse (1) zumindest geringfügig herausragen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung als eine Art offenes Sackloch ausgeführt ist und dass das Sackloch bzw. der innere Rand in etwa dem Radius der Kugel (2) angepasst ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegen der Kugeln (2) in einer Einlegevorrichtung erfolgt und dass eine Vielzahl von Kugeln (2) bei quer liegender, langsam drehender Hülse (1) über einen Trichter oder dgl. auf die Oberfläche aufgegeben und dadurch automatisch eingelegt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Kugeln (2) durch eine die Hülse (1) zumindest teilweise umgebende Wanne gehalten werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einlegen der Kugeln (2) eine visuelle Prüfung auf Vollständigkeit und/oder auf Lauffähigkeit der Kugeln (2) erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen auf der Außenseite der Hülse (1) durch Materialverdrängung derart geschlossen werden, dass die Kugeln (2) in den Aufnahmen drehbar gehalten sind.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließen der Aufnahmen durch Verformung der Hülsenoberfläche erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialverformung durch die Hülsenoberfläche gleichzeitig oder nacheinander umlaufende SchneidVPrägewerkzeuge, vorzugsweise durch Schneidräder oder dgl., erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig nach der eigentlichen Fertigung gereinigt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig nach der Reinigung geölt bzw. eingefettet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine abschließende optische Prüfung und eine Funktionsprüfung erfolgt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfungen automatisch erfolgen.
20. Kugelkäfig zur reibungsarmen Führung zweier koaxial zueinander angeordneter, gegeneinander bewegbarer Bauteile, insbesondere in Säulenführungsgestellen, mit einer zylindrischen Hülse (1) aus Metall und in Aufnahmen eingesetzten, gegen Herausfallen gesicherten, drehbaren Stahlkugeln (2), die beidseitig der Hülse (1) aus der Wandung der Hülse zumindest geringfügig herausragen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine auf der Außenseite durch Materialverdrängung erzeugte Textur, die als Rille (4) ausgeführt ist.
21. Kugelkäfig nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Rille (4) die Hülse (1) umläuft.
22. Kugelkäfig nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass Aufnahmen und somit die Kugeln (2) in die Hülse (1) umlaufenden Reihen (3) angeordnet sind und dass zwischen jeder Reihe (3) eine Rille (4) ausgebildet ist, wobei die Rillen (4) parallel zueinander verlaufen.
23. Kugelkäfig nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen im Querschnitt zumindest geringfügig oval ausgebildet sind.
PCT/DE2009/000271 2008-05-05 2009-02-27 Verfahren zur herstellung eines kugelkäfigs und kugelkäfig WO2009135451A1 (de)

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