WO2025252274A1 - Wälzlager zum gleiten auf einer schiene - Google Patents

Wälzlager zum gleiten auf einer schiene

Info

Publication number
WO2025252274A1
WO2025252274A1 PCT/DE2025/100438 DE2025100438W WO2025252274A1 WO 2025252274 A1 WO2025252274 A1 WO 2025252274A1 DE 2025100438 W DE2025100438 W DE 2025100438W WO 2025252274 A1 WO2025252274 A1 WO 2025252274A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rail
rolling bearing
rolling
inner ring
rolling elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/DE2025/100438
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Van Pho NGUYEN
Boon Siew HAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of WO2025252274A1 publication Critical patent/WO2025252274A1/de
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/24—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly
    • F16C19/26—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly with a single row of rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/44—Needle bearings
    • F16C19/46—Needle bearings with one row or needles
    • F16C19/466—Needle bearings with one row or needles comprising needle rollers and an outer ring, i.e. subunit without inner ring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/49—Bearings with both balls and rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C31/00—Bearings for parts which both rotate and move linearly
    • F16C31/04—Ball or roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00—Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/50—Hand tools, workshop equipment or manipulators
    • F16C2322/59—Manipulators, e.g. robot arms

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing for sliding on a rail.
  • Cable-operated robot arms are ideal candidates for generating friendly interactions and high-speed movements, particularly in Industry 4.0 and healthcare applications.
  • Cable-operated robot arms can perform high-speed tasks, enable safe interaction, and exhibit a smooth morphology similar to a human arm.
  • the shoulder and wrist can each have three degrees of freedom, comprised of multiple curved rails.
  • Each rail with its trajectory, drives other components (e.g., a gripper or upper arm) in normal and tangential directions.
  • this structure requires a pulley system with numerous bearings, shafts, and rollers to bear the reaction load and reduce frictional losses.
  • the object of the invention is to propose a new bearing design that enables a slide to slide and rotate along a curved track with a particularly low coefficient of friction, while simultaneously allowing for high bearing load capacity and adaptability. This object is achieved by the subject matter of claim 1. Preferred embodiments are described in the dependent claims, the description, and the figures.
  • the present disclosure proposes equipping a robot arm, particularly a cable-operated one, with a rolling bearing capable of adapting to various trajectories and cross-sections of a curved track or rail of the robot arm.
  • a bore in the inner ring of the rolling bearing can adapt to the cross-sectional shape of the curved track and slide on low-friction roller pins/needles.
  • the rolling bearing can achieve performance comparable to a bearing-shaft-roller assembly on the curved track and can replace it when optimizing the design. Since curved tracks are used in many applications, such as rail conveyors, machines, or other equipment, the invention offers a significant advantage. This offers an advantageous way to condense and optimize the structure of such mechanisms.
  • the rolling bearing comprises an inner ring and an outer ring.
  • the inner ring of the bearing can have an identical shape to the cross-section of the track.
  • a pattern of grooves for receiving needles/roller pins can be present on the contact surfaces with the track. These needles can be in direct contact with the surfaces of the track and roll about their axes as the rolling bearing slides on the track.
  • the outer ring can be spaced apart from the inner ring by a circular pattern of a plurality of balls.
  • the bearing allows for a higher bearing load than a multi-ball system and can be used for complex trajectories with different cross-sectional shapes.
  • the number of needles can depend on the cross-sectional shape of the track and on the number of arrangements provided.
  • a rolling bearing for sliding on a rail is provided.
  • a rolling bearing is a machine element that serves to reduce friction between two moving parts. It generally consists of an inner ring, an outer ring, and a series of rolling elements (such as balls or rollers) placed between the rings.
  • the rolling bearing according to the invention can comprise an inner ring and an outer ring.
  • the inner ring is the part of the bearing that is connected to the rail, while the outer ring can be connected to a slide.
  • the rolling bearing can further comprise a plurality of first rolling elements.
  • the first rolling elements can be placed between the two rings and enable low-friction movement between them.
  • the rolling bearing can also comprise a plurality of second rolling elements.
  • the majority of the first rolling elements are arranged between the inner ring and the outer ring in such a way that the outer ring can be rotated in a circumferential direction relative to the inner ring.
  • the The first rolling element which rolls between the inner and outer rings, generates frictional resistance.
  • the majority of the second rolling elements are arranged on the inner ring in such a way that the inner ring can be moved along the rail by means of these second rolling elements.
  • the rail can be curved.
  • the second rolling elements roll along the rail, thus reducing wear.
  • the friction of the rolling bearing sliding on the curved rail is reduced by the generation of rolling friction at the contact surfaces. This also enables a particularly high bearing load.
  • the rolling bearing can be a ball bearing.
  • the first rolling elements are spherical.
  • the balls can be held in a ball cage, which distributes them evenly and protects them from collisions.
  • Advantages of using balls as the first rolling elements include, for example, low friction, low wear, low clearance, and low maintenance.
  • the second rolling elements can be needles.
  • the second rolling elements are needle-shaped. They resemble needles. These are thin cylindrical rollers that are very long compared to their diameter. This type of rolling element is also called needle rollers and differs from conventional cylindrical rollers in its design and load limits.
  • the needle-shaped profile of the needle roller is created by a drummed or slightly ground end face in combination with an elongated outer surface. Compared to the heavy-duty cylindrical rollers, it can withstand medium to high rotational speeds, radial and axial forces, but is significantly more compact, allowing for shorter static dimensions in the needle roller bearing.
  • the invention is applicable to complex trajectories with different rail cross-sectional shapes, particularly with a polygonal cross-section.
  • the number of second rolling elements can vary, e.g., three second rolling elements for a triangle or four second rolling elements for a rectangle.
  • the number of secondary rolling elements corresponds to the number of surfaces the rail has. For example, if the rail has a triangular cross-section, then the rail has three surfaces. In this case, the rolling bearing also has three secondary rolling elements.
  • a square cross-section requires four secondary rolling elements, a hexagonal cross-section requires six, and so on.
  • four needles can be used with a rectangular cross-section of the rail.
  • the rail has a rectangular cross-section with four outer faces.
  • the cross-section can be either rectangular or square.
  • four needle-shaped secondary rolling elements are arranged circumferentially, offset from each other by 90°. If the rail has a rectangular or square cross-section, then the rail has four surfaces. In this case, the rolling bearing also has four needle-shaped secondary rolling elements arranged at 90° intervals.
  • the inner surfaces of the inner ring have a geometry that corresponds to the cross-section of the rail.
  • one embodiment provides that the inner ring has four flat inner surfaces arranged circumferentially at 90° intervals.
  • the four needle-shaped secondary rolling elements are each located in the region of one of the four inner surfaces.
  • the rolling bearing can be part of a system comprising the rolling bearing and a rail having a curved path and a polygonal cross-section.
  • the rolling bearing further comprises a rail.
  • This embodiment is particularly characterized by the fact that the rail is curved and has a polygonal cross-section.
  • a curved rail is a structural component with a bent or curved surface. It is often used in mechanical engineering applications to enable movement along a specific path or curve.
  • These rails can be made of various materials such as metal or plastic and serve to transmit linear movements in to convert curved or bent movements.
  • the inner ring of the rolling bearing is attached to the rail in such a way that the majority of the second rolling elements roll along the rail.
  • the rolling bearing also includes a robot arm.
  • This embodiment is characterized, in particular, by the fact that the rail forms part of the robot arm.
  • a robot arm is a mechanical device used to perform various tasks by grasping, moving, or positioning objects.
  • a typical robot arm consists of several links or segments connected by joints. These joints enable the robot arm to perform a variety of movements, including rotations and translations in various directions.
  • Robot arms are used in a wide range of applications, from the manufacturing industry to medicine and aerospace, to automate repetitive or hazardous tasks and increase efficiency.
  • the robot arm can, in particular, be cable-operated.
  • the rail can form part of a joint in the robot arm.
  • the rail is designed to act as a joint in the robot arm.
  • a joint is a movable connection between two or more bodies or components that allows movement in at least one direction. Joints can take various forms and configurations, depending on the application requirements. They serve to improve the flexibility and mobility of mechanical structures by enabling different types of movement, such as rotation, bending, pivoting, or translation.
  • the joint in question is a shoulder joint of the robot arm.
  • the joint is a shoulder joint of the robot arm.
  • the shoulder joint of a robot arm is the joint that allows the arm to rotate about a horizontal axis. It is the joint that connects the arm to the main body or base of the robot and gives it the ability to perform lateral movements. Similar to the movement of the human shoulder joint.
  • the shoulder joint is often the first joint in a multi-axis robot arm and plays a crucial role in positioning the arm in space and aligning its other joints for specific tasks.
  • Figure 1 shows a perspective view of a curved rail along which a rolling bearing can be moved.
  • Figure 2 shows a side view of the rail and the roller bearing according to Figure 1.
  • Figure 3 shows a side sectional view of the rail and the rolling bearing according to
  • Figure 4 shows a cross-sectional view of the rail and the rolling bearing according to Figure 1 and
  • Figure 5 shows a robot arm in which the rail and the roller bearing according to Figure 1 can be inserted, with the robot arm as a whole shown on the right and a shoulder joint of the robot arm shown enlarged on the left.
  • Figures 1 to 4 show a curved rail 1 and a rolling bearing 2.
  • the rolling bearing 2 has an inner ring 3 and an outer ring 4.
  • the rolling bearing 2 comprises a plurality of first rolling elements 5 in the form of balls and a plurality of second rolling elements 6 in the form of needles.
  • a total of 18 first rolling elements 5 are arranged equidistantly in a circumferential direction U between the inner ring 3 and the outer ring 4.
  • a total of four second rolling elements 6 are arranged in the circumferential direction U offset from each other by 90°.
  • the inner ring 3 can be rotated relative to the inner ring 4, whereby the first rolling elements 5 are arranged in a circumferential direction U.
  • Body 5 rolls in a known manner on the mutually facing surfaces of the inner ring 3 and the outer ring 4.
  • the rail 1 in the illustrated embodiment has a polygonal cross-section, specifically a square cross-section.
  • the rail 1 has four curved outer surfaces 7 to 10 extending in the longitudinal direction L, namely a curved first outer surface 7, a curved second outer surface 8, a curved third outer surface 9, and a curved fourth outer surface 10.
  • the inner ring 3 has four inner surfaces 11 to 14, which are arranged offset from each other by 90° in the circumferential direction U.
  • a first inner surface 11 of the inner ring 3 runs parallel to and at a small distance from the first outer surface 7 of the rail 1
  • a second inner surface 12 of the inner ring 3 runs parallel to and at a small distance from the second outer surface 8 of the rail 1
  • a third inner surface 13 of the inner ring 3 runs parallel to and at a small distance from the third outer surface 9 of the rail 1
  • a fourth inner surface 14 of the inner ring 3 runs parallel to and at a small distance from the fourth outer surface 10 of the rail 1.
  • the four needle-shaped second rolling elements 6 are each attached to the inner ring 3 in the region of one of the four inner surfaces 11 to 14.
  • the four needle-shaped second rolling elements 6 are oriented such that they roll on their respective outer surfaces 7 to 10 of the rail 1 when the rolling bearing 2 is moved along the rail 1.
  • Figure 5 shows a robot arm 15 with a lower arm 16 and an upper arm 17, which can be attached by means of a shoulder joint 18 to another part of a robot (not shown), in particular to a shoulder of the robot.
  • the shoulder joint 18 has several curved rails 1.
  • the rolling bearing 2 shown in Figures 1 to 4 can be placed on the rails 1 shown in Figure 5 and moved along these rails 1. In the embodiment shown in Figure 5, two rails 1 are arranged parallel to each other.
  • two rolling bearings 2 according to Figures 1 to 4 can each be placed parallel to each other on two of the parallel rails 1.
  • a slide (not shown) can be attached to each slide, which can be moved along the rail 1 with the rolling bearing 2.
  • the slide can, for example, be attached to the outer ring 4 of the rolling bearing 2, so that the slide can also be rotated relative to the inner ring 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (2) zum Gleiten auf einer Schiene (1 ). Das Wälzlager (2) umfasst einen Innenring (3), einen Außenring (4), eine Mehrzahl erster Wälzkörper (5) und eine Mehrzahl zweiter Wälzkörper (6), wobei die Mehrzahl erster Wälzkörper (5) derart zwischen dem Innenring (3) und dem Außenring (4) angeordnet ist, dass der Außenring (4) in einer Umfangsrichtung (U) zu dem Innenring (3) verdreht werden kann. Weiterhin ist die Mehrzahl zweiter Wälzkörper (6) derart an dem Innenring (3) angeordnet, dass der Innenring (3) mittels der zweiten Wälzkörper (6) entlang der Schiene (1 ) verschoben werden kann.

Description

Wälzlager zum Gleiten auf einer Schiene
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager zum Gleiten auf einer Schiene.
Kabelbetriebene Roboterarme sind dank ihrer geringen Arbeitsträgheit optimale Kandidaten für die Erzeugung freundlicher Interaktionen und Hochgeschwindigkeitsbewegungen, insbesondere in Anwendungen der Industrie 4.0 und im Gesundheitswesen. Kabelbetriebene Roboterarme können Hochgeschwindigkeitsaufgaben ausführen, eine sichere Interaktion ermöglichen und eine sanfte Morphologie aufweisen, die einem menschlichen Arm ähnlich ist. In diesem Szenario können Schulter und Handgelenk jeweils drei Freiheitsgrade aufweisen, die sich aus mehreren Kurvenschienen zusammensetzen. Jede Schiene treibt mit ihrer Trajektorie andere Komponenten (z.B. einen Greifer oder einen Oberarm) in normaler und tangentialer Richtung an. Diese Struktur erfordert jedoch ein Rollensystem mit vielen Lagern, Wellen und Rollen, um die Reaktionslast zu tragen und den Reibungsverlust zu verringern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue Konstruktion eines Lagers vorzuschlagen, welches ein Gleiten und Drehen eines Schlittens entlang einer Kurvenschiene mit einem besonders niedrigen Reibungskoeffizienten bei gleichzeitig hoher möglicher Lagerbelastung und Anpassungsfähigkeit ermöglicht. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 . Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
In der vorliegenden Offenbarung wird vorgeschlagen, einen insbesondere kabelbetriebenen Roboterarm mit einem Wälzlager zu bestücken, das eine hohe Anpassungsfähigkeit an verschiedene Arten von Trajektorien und Querschnitten einer insbesondere gekrümmten Schiene bzw. Kurvenschiene des Roboterarms erreichen kann. Insbesondere kann sich eine Bohrung eines Innenrings des Wälzlagers an die Querschnittsform der Kurvenschiene anpassen und auf reibungsarmen Rollenstif- ten/Nadeln gleiten. Das Wälzlager kann eine ebenso gute Leistung erzielen wie eine Gruppe von Lager-Welle-Rolle auf der Kurvenschiene und kann diese bei der Optimierung der Konstruktion ersetzen. Da die Kurvenschiene in vielen Anwendungen, z. B. bei Schienenförderern, Maschinen oder anderen Geräten, vorkommt, bietet die Erfin- dung eine vorteilhafte Möglichkeit, die Struktur solcher Mechanismen zu verdichten und zu optimieren.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst das Wälzlager einen Innenring und einen Außenring. Der Innenring des Lagers kann eine identische Form wie der Querschnitt der Kurvenschiene aufweisen. An den Kontaktflächen mit der Kurvenschiene kann ein Muster von Rillen zur Aufnahme von Nadeln/Rollstiften vorhanden sein. Diese Nadeln können in direktem Kontakt mit den Oberflächen der Kurvenschiene stehen und um ihre Achsen rollen, wenn das Wälzlager auf der Schiene gleitet. Der Außenring kann mit dem Innenring durch ein kreisförmiges Muster aus einer Vielzahl von Kugeln beabstandet sein. So kann das Wälzlager dank der von den Nadeln und Kugeln erzeugten Rollreibung mit sehr geringem Reibungsverlust auf der Kurvenschiene gleiten und sich um diese drehen. Außerdem ermöglicht das Lager eine höhere Lagerbelastung als ein Mehrkugelsystem und kann für komplexe Trajektorien mit unterschiedlichen Querschnittsformen eingesetzt werden. Bei dieser Erfindung kann eine Anzahl der Nadeln von der Querschnittsform der Schiene abhängen und davon, wie viele Anordnungen vorgesehen sind.
In diesem Zusammenhang wird gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Wälzlager zum Gleiten auf einer Schiene bereitgestellt. Ein Wälzlager ist ein Maschinenelement, das dazu dient, die Reibung zwischen zwei beweglichen Teilen zu reduzieren. Es besteht im Allgemeinen aus einem Innenring, einem Außenring und einer Reihe von Wälzkörpern (wie Kugeln oder Rollen), die zwischen den Ringen platziert sind. In diesem Sinne kann das erfindungsgemäße Wälzlager einen Innenring und einen Außenring umfassen. Der Innenring ist derjenige Teil des Lagers, der mit der Schiene verbunden ist, während der Außenring mit einem Schlitten verbunden werden kann. Das Wälzlager kann weiterhin eine Mehrzahl erster Wälzkörper umfassen. Die ersten Wälzkörper können zwischen den beiden Ringen platziert werden und ermöglichen eine reibungsarme Bewegung zwischen ihnen. Das Wälzlager kann ferner eine Mehrzahl zweiter Wälzkörper umfassen.
Es ist vorgesehen, dass die Mehrzahl erster Wälzkörper derart zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet ist, dass der Außenring in einer Umfangsrichtung zu dem Innenring verdreht werden kann. In an sich bekannter Weise verringern die zwischen dem Innenring und dem Außenring rollenden ersten Wälzkörper dabei den Reibungswiderstand. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Mehrzahl zweiter Wälzkörper derart an dem Innenring angeordnet ist, dass der Innenring mittels der zweiten Wälzkörper entlang der Schiene verschoben werden kann. Die Schiene kann insbesondere gebogen bzw. gekrümmt sein. Die zweiten Wälzkörper rollen entlang der Schiene, sodass Verschleiß verringert wird. Dabei wird die Reibung des auf der insbesondere gekrümmten Schiene gleitenden Wälzlagers durch die Erzeugung der Rollreibungskraft an den Kontaktflächen reduziert. Darüber hinaus ermöglicht dies eine besonders hohe Lagerbelastung.
Insbesondere kann es sich bei dem Wälzlager um ein Kugellager handeln. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass die ersten Wälzkörper kugelförmig sind. Die Kugeln können in einem Kugelkäfig gehalten werden, der sie gleichmäßig verteilt und vor Kollisionen schützt. Vorteile der Kugeln als erste Wälzkörper sind beispielsweise eine geringe Reibung, ein geringer Verschleiß, ein geringes Spiel und ein geringer Wartungsaufwand.
Bei den zweiten Wälzkörpern kann es sich um Nadeln handeln. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass die zweiten Wälzkörper nadelförmig sind. Die zweiten Wälzkörper ähneln somit Nadeln. Es handelt sich um dünne und im Vergleich zu ihrem Durchmesser sehr lange Zylinderrollen. Diese Art von Wälzkörpern wird auch Nadelrollen genannt und unterscheidet sich in ihrer Bauart und in ihren Belastungsgrenzen von herkömmlichen Zylinderrollen. Durch eine getrommelte oder leicht angeschliffene Stirnfläche in Kombination mit einer länglichen Mantelfläche entsteht das nadelförmige Profil der Nadelrolle. Sie erträgt gegenüber den stark belastbaren Zylinderrollen eher mittlere bis hohe Drehzahlen, Radial- und Axialkräfte, ist jedoch wesentlich kompakter und ermöglicht dem Nadellager verkürzte statische Dimensionen.
Die Erfindung ist für komplexe Trajektorien mit unterschiedlichen Formen des Schienenquerschnitts anwendbar, insbesondere mit einem polygonalen Querschnitt. Je nach Form des Querschnitts kann dabei eine Anzahl der zweiten Wälzkörper variieren, z.B. drei zweite Wälzkörper für ein Dreieck oder vier zweite Wälzkörper für ein Rechteck. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass eine Anzahl der zweiten Wälzkörper mit einer Anzahl Oberflächen korrespondiert, welche die Schiene aufweist. Wenn beispielsweise die Schiene einen dreieckigen Querschnitt aufweist, dann weist die Schiene drei Oberflächen auf. In diesem Fall weist das Wälzlager insbesondere ebenfalls drei zweite Wälzkörper auf. Bei einem viereckigen Querschnitt kommen entsprechend vier zweite Wälzkörper zum Einsatz, bei einem hexagonalen Querschnitt sechs zweite Wälzkörper usw.
Insbesondere können bei einem rechteckigen Querschnitt der Schiene vier Nadeln zum Einsatz kommen. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Schiene einen rechteckigen Querschnitt mit vier Außenseiten aufweist. Dabei kann der Querschnitt sowohl rechteckig als auch quadratisch sein. Weiterhin ist vorgesehen, dass vier nadelförmige zweite Wälzkörper in einer Umfangsrichtung 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Wenn die Schiene einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweist, dann weist die Schiene vier Oberflächen auf. In diesem Fall weist das Wälzlager insbesondere ebenfalls vier 90° versetzt zueinander angeordnete nadelförmige zweite Wälzkörper auf.
Innenflächen bzw. innere Oberflächen des Innenrings weisen insbesondere eine zu dem Querschnitt der Schiene korrespondierende Geometrie auf. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass der Innenring vier ebene Innenflächen aufweist, die in der Umfangsrichtung um 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Weiterhin ist vorgesehen, dass die vier nadelförmigen zweiten Wälzkörper jeweils im Bereich einer der vier Innenflächen angeordnet sind.
Das Wälzlager kann ein Teil eines Systems sein, welches das Wälzlager und eine Schiene umfasst, die einen gekrümmten Verlauf und einen polygonalen Querschnitt aufweist. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Wälzlager weiterhin eine Schiene umfasst. Diese Ausführungsform zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Schiene gekrümmt ist und einen polygonalen Querschnitt aufweist. Eine gekrümmte Schiene ist eine strukturelle Komponente, die eine gebogene oder gekrümmte Oberfläche aufweist. Sie wird oft in Maschinenbauanwendungen verwendet, um Bewegungen entlang einer bestimmten Bahn oder Kurve zu ermöglichen. Diese Schienen können aus verschiedenen Materialien wie Metall oder Kunststoff hergestellt werden und dienen dazu, lineare Bewegungen in gekrümmte oder gebogene Bewegungen umzuwandeln. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Innenring des Wälzlagers derart an der Schiene angebracht ist, dass die Mehrzahl zweiter Wälzkörper entlang der Schiene rollen.
Das vorstehend beschriebene System kann insbesondere in einem Roboterarm eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Wälzlager weiterhin einen Roboterarm umfasst. Diese Ausführungsform zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Schiene einen Teil des Roboterarms bildet. Ein Roboterarm ist eine mechanische Vorrichtung, die dazu dient, verschiedene Aufgaben auszuführen, indem sie Gegenstände greift, bewegt oder positioniert. Ein typischer Roboterarm besteht aus mehreren Gliedern oder Segmenten, die durch Gelenke miteinander verbunden sind. Diese Gelenke ermöglichen dem Roboterarm eine Vielzahl von Bewegungen, darunter Rotationen und Verschiebungen in verschiedenen Richtungen. Roboterarme werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von der Fertigungsindustrie bis hin zur Medizin und Raumfahrt, um repetitive oder gefährliche Aufgaben zu automatisieren und die Effizienz zu steigern. Der Roboterarm kann insbesondere kabelbetrieben sein.
Die Schiene kann einen Bestandteil eines Gelenks des Roboterarms bilden. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Schiene ein Gelenk des Roboterarms bildet. Ein Gelenk ist eine bewegliche Verbindung zwischen zwei oder mehr Körpern oder Komponenten, die Bewegung in mindestens einer Richtung ermöglicht. Gelenke können in verschiedenen Formen und Konfigurationen auftreten, abhängig von den Anforderungen der Anwendung. Sie dienen dazu, die Flexibilität und Beweglichkeit von mechanischen Strukturen zu verbessern, indem sie verschiedene Arten von Bewegungen wie Rotation, Biegung, Schwenkung oder Translation ermöglichen.
Insbesondere handelt es sich bei dem Gelenk um ein Schultergelenk des Roboterarms. In diesem Zusammenhang ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Gelenk ein Schultergelenk des Roboterarms ist. Das Schultergelenk eines Roboterarms ist das Gelenk, das dem Arm ermöglicht, sich um eine horizontale Achse zu drehen. Es ist das Gelenk, das den Arm mit dem Hauptkörper oder der Basis des Roboters verbindet und ihm die Fähigkeit verleiht, seitliche Bewegungen auszuführen, ähnlich wie die Bewegung des menschlichen Schultergelenks. Das Schultergelenk ist oft das erste Gelenk in einem mehrachsigen Roboterarm und spielt eine entscheidende Rolle bei der Platzierung des Arms im Raum und bei der Ausrichtung seiner anderen Gelenke für spezifische Aufgaben.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer gekrümmten Schiene, entlang welcher ein Wälzlager verschoben werden kann,
Figur 2 eine Seitenansicht der Schiene und des Wälzlagers nach Figur 1 ,
Figur 3 eine seitliche Schnittdarstellung der Schiene und des Wälzlagers nach
Figur 1 ,
Figur 4 eine Querschnittsdarstellung der Schiene und des Wälzlagers nach Figur 1 und
Figur 5 einen Roboterarm, in welchem die Schiene und das Wälzlager nach Figur 1 eingesetzt werden können, wobei rechts der Roboterarm als Ganzes und links ein Schultergelenk des Roboterarms vergrößert dargestellt ist.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen eine gekrümmte Schiene 1 und ein Wälzlager 2. Das Wälzlager 2 weist einen Innenring 3 und einen Außenring 4 auf. Weiterhin umfasst das Wälzlager 2 eine Mehrzahl erster Wälzkörper 5 in der Form von Kugeln sowie eine Mehrzahl zweiter Wälzkörper 6 in der Form von Nadeln. In dem durch die Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind insgesamt 18 erste Wälzkörper 5 in einer Umfangsrichtung U äquidistant zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 angeordnet. Weiterhin sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel insgesamt vier zweite Wälzkörper 6 in der Umfangsrichtung U um 90° versetzt zueinander angeordnet. Der Innenring 3 kann relativ zu dem Innenring 3 verdreht werden, wobei die ersten Wälz- körper 5 in bekannter Weise auf einander zugewandten Oberflächen des Innenrings 3 und des Außenrings 4 abrollen.
Wie besonders gut aus Fig. 4 ersichtlich ist, weist die Schiene 1 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen polygonalen Querschnitt, im Besonderen einen quadratischen Querschnitt auf. Entsprechend dem quadratischen Querschnitt und dem in der Längsrichtung L gekrümmten Verlauf weist die Schiene 1 vier sich in der Längsrichtung L erstreckende, gekrümmte Außenflächen 7 bis 10 auf, nämlich eine gekrümmte erste Außenfläche 7, eine gekrümmte zweite Außenfläche 8, eine gekrümmte dritte Außenfläche 9 und eine gekrümmte vierte Außenfläche 10. Korrespondierend zu den vier Außenflächen 7 bis 10 der Schiene 1 weist der Innenring 3 vier Innenflächen 11 bis 14 auf, die in der Umfangsrichtung U um 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Im Einzelnen verläuft eine erste Innenfläche 11 des Innenrings 3 parallel und mit kleinem Abstand zu der ersten Außenfläche 7 der Schiene 1 , eine zweite Innenfläche 12 des Innenrings 3 parallel und mit kleinem Abstand zu der zweiten Außenfläche 8 der Schiene 1 , eine dritte Innenfläche 13 des Innenrings 3 parallel und mit kleinem Abstand zu der dritten Außenfläche 9 der Schiene 1 und eine vierte Innenfläche 14 des Innenrings 3 parallel und mit kleinem Abstand zu der vierten Außenfläche 10 der Schiene 1 .
Die vier nadelförmigen zweiten Wälzkörper 6 sind jeweils im Bereich einer der vier Innenflächen 11 bis 14 an dem Innenring 3 befestigt. Die vier nadelförmigen zweiten Wälzkörper 6 sind dabei derart orientiert, dass sie auf den ihnen zugeordneten Außenseiten 7 bis 10 der Schiene 1 abrollen, wenn das Wälzlager 2 entlang der Schiene 1 verschoben wird. Die Figur 5 zeigt einen Roboterarm 15 mit einem Unterarm 16 und einem Oberarm 17, der mittels eines Schultergelenks 18 an einem nicht weiter dargestellten übrigen Teil eines Roboters befestigt werden kann, insbesondere an einer Schulter des Roboters. Das Schultergelenk 18 weist mehrere gekrümmte Schienen 1 auf. Das durch die Figuren 1 bis 4 gezeigte Wälzlager 2 kann auf die durch Figur 5 gezeigten Schienen 1 gesetzt und entlang dieser Schienen 1 verfahren werden. In dem durch die Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Schienen 1 parallel zueinander angeordnet. Dementsprechend können auch jeweils zwei Wälzlager 2 nach den Figuren 1 bis 4 parallel nebeneinander auf zwei der parallelen Schienen 1 gesetzt werden. An einem Wälzlager 2 oder an zwei der parallelen Wälzlager 2 kann jeweils ein nicht dargestellter Schlitten befestigt sein, der mit dem Wälzlager 2 entlang der Schiene 1 verschoben werden kann. Der Schlitten kann beispielsweise an dem Außenring 4 des Wälzlagers 2 befestigt sein, sodass der Schlitten auch relativ zu dem Innenring 3 verdreht werden kann.
Bezuqszeichenliste
1 Schiene
2 Wälzlager
3 Innenring
4 Außenring
5 erste Wälzkörper
6 zweite Wälzkörper
7 erste Außenfläche
8 zweite Außenfläche
9 dritte Außenfläche
10 vierte Außenfläche
11 erste Innenfläche
12 zweite Innenfläche
13 dritte Innenfläche
14 vierte Innenfläche
15 Roboterarm
16 Unterarm
17 Oberarm
18 Schultergelenk
L Längsrichtung
U Umfangsrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Wälzlager (2) zum Gleiten auf einer Schiene (1 ), das Wälzlager (2) umfassend
• einen Innenring (3),
• einen Außenring (4),
• eine Mehrzahl erster Wälzkörper (5) und
• eine Mehrzahl zweiter Wälzkörper (6), wobei die Mehrzahl erster Wälzkörper (5) derart zwischen dem Innenring (3) und dem Außenring (4) angeordnet ist, dass der Außenring (4) in einer Umfangsrichtung (U) zu dem Innenring (3) verdrehbar ist, wobei die Mehrzahl zweiter Wälzkörper (6) derart an dem Innenring (3) angeordnet ist, dass der Innenring (3) mittels der zweiten Wälzkörper (6) entlang der Schiene (1 ) verschiebbar ist.
2. Wälzlager (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Wälzkörper (5) kugelförmig sind.
3. Wälzlager (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Wälzkörper (6) nadelförmig sind.
4. Wälzlager (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der zweiten Wälzkörper (6) mit einer Anzahl Oberflächen korrespondiert, welche die Schiene (1 ) aufweist.
5. Wälzlager (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (1 ) einen rechteckigen Querschnitt mit vier Außenseiten (7 bis 10) aufweist, und vier nadelförmige zweite Wälzkörper (6) in einer Umfangsrichtung (U) 90° versetzt zueinander angeordnet sind.
6. Wälzlager (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (3) vier ebene Innenflächen (11 bis 14) aufweist, die in der Umfangsrichtung (U) um 90° versetzt zueinander angeordnet sind, und die vier nadelförmigen zweiten Wälzkörper (6) jeweils im Bereich einer der vier Innenflächen (11 bis 14) angeordnet sind.
7. Wälzlager (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das Wälzlager (2) weiterhin umfassend eine Schiene (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (1 ) gekrümmt ist und einen polygonalen Querschnitt aufweist, wobei der Innenring (3) des Wälzlagers (2) derart an der Schiene (1 ) angebracht ist, dass die Mehrzahl zweiter Wälzkörper (6) entlang der Schiene (1) rollen.
8. Wälzlager (2) nach Anspruch 7, das Wälzlager (2) weiterhin umfassend einen Roboterarm (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (1 ) einen Teil des Roboterarms (15) bildet.
9. Wälzlager (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (1 ) ein Gelenk des Roboterarms (15) bildet.
10. Wälzlager (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk ein Schultergelenk (18) des Roboterarms (15) ist.
PCT/DE2025/100438 2024-06-03 2025-05-06 Wälzlager zum gleiten auf einer schiene Pending WO2025252274A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024115299.0A DE102024115299B4 (de) 2024-06-03 2024-06-03 Wälzlager zum Gleiten auf einer Schiene
DE102024115299.0 2024-06-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025252274A1 true WO2025252274A1 (de) 2025-12-11

Family

ID=95825415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2025/100438 Pending WO2025252274A1 (de) 2024-06-03 2025-05-06 Wälzlager zum gleiten auf einer schiene

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102024115299B4 (de)
WO (1) WO2025252274A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1022462A (fr) * 1950-07-13 1953-03-05 Palier à roulement
US3490251A (en) * 1968-09-18 1970-01-20 Gen Motors Corp Pot type universal joint
US4408806A (en) * 1980-02-15 1983-10-11 Glaenzer Spicer Articulation device for connecting a member to a shaft so that the member pivots and slides relative to the shaft
FR2743853A1 (fr) * 1996-01-24 1997-07-25 Surville Rene Dispositif pour le guidage en translation et le reglage de l'orientation de deux pieces mobiles l'une par rapport a l'autre
CN116292618A (zh) * 2023-03-02 2023-06-23 宁波美亚特精密传动部件有限公司 一种复合精密传动装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1017410A (fr) 1950-05-10 1952-12-10 Guidage à billes pour toutes applications
DE102010019529A1 (de) 2010-05-06 2011-11-10 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Lageranordnung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1022462A (fr) * 1950-07-13 1953-03-05 Palier à roulement
US3490251A (en) * 1968-09-18 1970-01-20 Gen Motors Corp Pot type universal joint
US4408806A (en) * 1980-02-15 1983-10-11 Glaenzer Spicer Articulation device for connecting a member to a shaft so that the member pivots and slides relative to the shaft
FR2743853A1 (fr) * 1996-01-24 1997-07-25 Surville Rene Dispositif pour le guidage en translation et le reglage de l'orientation de deux pieces mobiles l'une par rapport a l'autre
CN116292618A (zh) * 2023-03-02 2023-06-23 宁波美亚特精密传动部件有限公司 一种复合精密传动装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102024115299A1 (de) 2025-12-04
DE102024115299B4 (de) 2026-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3309551C2 (de) Tripodegelenk
DE69505961T2 (de) Lager für linearbewegung
DE60018846T2 (de) Universalführungsvorrichtung und damit versehener beweglicher Tisch
DE4435819A1 (de) Tragvorrichtung für Gegenstände
DE3121835A1 (de) Kugelgelenk-gliederkette
DE3688289T2 (de) Beweglicher tisch.
DE102016113139A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Käfigs für ein Kugelgleichlaufgelenk
DE102011088642A1 (de) Kugellagerkäfig, sowie hiermit versehenes Rillenkugellager
DE10065431B4 (de) Linearführungslager
DE10202899A1 (de) Lineares Rollenlager
EP1457692B1 (de) Linearbewegungsführung
DE3508487A1 (de) Verfahren zum herstellen hochgenauer kugellaufbahnen, insbesondere fuer gleichlaufdrehgelenke
DE69200363T3 (de) Rollenkäfig.
DE102007015421A1 (de) Axial-Schrägwälzlager, insbesondere zur Rundtischlagerung an Werkzeugmaschinen
DE102024115299B4 (de) Wälzlager zum Gleiten auf einer Schiene
DE1960247A1 (de) Homokinetisches Wellengelenk
DE102016108257A1 (de) Delta-Roboter mit Teleskopstange
EP2530344B1 (de) Rollelement eines Tripodegelenks sowie Tripodegelenk, aufweisend ein derartiges Rollelement
DE102010027059B4 (de) Gelenk
WO2014064214A1 (de) Leichtbaugelenk für die übertragung von drehbewegungen
DE102007048328B4 (de) Gleichlauffestgelenk
DE102018126976B4 (de) Kugelgleichlaufdrehgelenk mit Multikäfigfenster
DE3936602C2 (de) Tripodegelenk
EP4613446A1 (de) Drehausrichtungssystem und wechselsystem damit
DE10201974A1 (de) Spielfreie Drehlagerung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 25727367

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1