DE3507760A1 - Linearkugellager - Google Patents

Description

HOEGER, STELLRECHT & PARTNER 3 5 0776

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c ■ D 70O0 STUTTGART 1

A 46 518 b Anmelder: The Barden Corporation

k - 176 200 Park Avenue

4. März 1985 Danbury, CT 06810

U.S.A.

Linearkugellager

Die Erfindung betrifft ein Linearkugellager mit einem Kugelkäfig/ der mit Kugelschleifenteilen versehen ist, zu denen Kugelschleifenteile für belastete Kugeln, Kugelschleifenteile für unbelastete Kugeln und Übergangsbereiche zwischen den Kugelschleifenteilen für die belasteten und die unbelasteten Kugeln gehören, mit Kugeln in den Kugelschleifen, mit Druckplatten, welche mit den Kugeln in den Kugelschleifenteilen für die belasteten Kugeln zusammenwirken, und mit einem den Kugelkäfig und die Druckplatten umschließenden buchsenförmigen Mantel.

Es sind Linearkugellager bekannt, welche bezüglich einer sie durchgreifenden Stange bzw. Welle eine geradlinige Bewegung in axialer Richtung gestatten. Im allgemeinen besitzen solche Linearkugellager mehrere, in Umfangsrichtung im Abstand voneinander vorgesehene geschlossene Kugelschleifen, bei denen jede einen Kugelschleifenteil für die Aufnahme der im Betrieb belasteten Kugeln aufweist, in dem die Kugeln längs einer parallel zur Achse

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der Welle bzw. der Stange verlaufenden Linie angeordnet sind und damit unter Last in Kontakt stehen. Außerdem ist bei Kugellagern der betrachteten Art ein Element vorgesehen, durch welches die wirksame Belastung auf die Wand einer Bohrung übertragen wird, in der die Stange bzw. Welle mit Hilfe des 'Kugellagers montiert ist.

Jede der Kugelschleifen weist ferner einen Kugelschleifenteil für im Betrieb unbelastete Kugeln auf, welche längs einer parallel zur Stangen- bzw. Wellenachse verlaufenden Linie angeordnet sind. Außerdem sind zwischen den Enden der Kugelschleifenteile für die belasteten und die unbelasteten Kugeln Übergangsschleifenteile bzw. -bereiche vorgesehen.

Aufgrund der vorstehend beschriebenen Konstruktion müssen Linearkugellager gemäß dem Stande der Technik mit hoher Genauigkeit gefertigt werden. Dies führt dazu, daß die bekannten Linearkugellager nicht ohne weiteres eine axiale„oder radiale Fehlausrichtung der Stange bzw. Welle bezüglich der Montagebohrung für das Lager vertragen.

Es wurden bereits Versuche unternommen, bei Linearkugellagern eine gewisse Fehlausrichtung der Stange bzw. Welle bezüglich der Montageöffnung zu ermöglichen. Beispielsweise beschreibt die US-PS 3 545 826 ein Linearkugellager mit einem Kugelkäfig aus Kunststoff, der mit Kugelschleifenteilen für die unbelasteten Kugeln und

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mit öffnungen versehen ist, mit welchen Druckplatten, die der Lastaufnahme dienen und einen Bestandteil der Kugelschleifenteile für die belasteten Kugeln bilden, verrastbar sind. Das aus dem Kugelkäfig, den Druckplatten und den Kugeln zusammengebaute Linearkugellager kann in eine Montagebohrung für die zu lagernde Welle bzw. Stange eingesetzt werden.

Bei dem Linearkugellager gemäß US-PS 3 545 826 besitzt jede der Druckplatten,die mit dem Kunststoff-Kugelkäfig verrastet werden, einen dickeren Mittelteil. Diese dickeren Mittelteile gestatten leichte Kippbewegungen der Druckplatten durch Verdrängung des elastischen Materials des Kugelkäfigs zum Ausgleich einer winkelmäßigen Fehlausrichtung der Stange bzw. Welle bezüglich der Lagerachse. Dabei sind die Druckplatten als biaxial federelastische Elemente ausgebildet, um die Last zu verteilen. Wenn die Montagebohrung nur grob bearbeitet oder in einem relativ weichen Material vorgesehen ist, kann bei dem bekannten Linearkugellager ein Mantel bzw. eine Zwischenbuchse verwendet werden.

Das bekannte Linearkugellager gestattet zwar den Ausgleich einer gewissen Fehlausrichtung der Stange bzw. Welle; das Lager besitzt jedoch eine Reihe von Nachteilen. Zunächst muß das bekannte Lager in den meisten Fällen Reaktionskräfte auf die Montagebohrung übertragen, um eine Fehlausrichtung der Welle bzw. Stange auszugleichen. Weiterhin bilden die relativ elastischen

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Druckplatten keine so gute Kugellagerführung wie sie mit relativ starren Platten erreichbar ist.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Linearkugellager anzugeben, welches eine Fehlausrichtung der Stange bzw. Welle verkraftet, ohne Reaktionskräfte auf die Montagebohrung auszuüben.

Diese Aufgabe wird gemäß ■ der Erfindung dadurch gelöst, daß der Mantel mit Vorsprüngen zum Zusammenwirken mit den Druckplatten versehen ist, derart, daß die Druckplatten um Achsen schwenkbar sind, die im wesentlichen senkrecht zu ihrer LängserStreckung verlaufen.

Es ist ein Vorteil des Linearkugellagers gemäß der Erfindung, daß starre Druckplatten verwendet werden können, welche eine gute Führung für die belasteten Kugeln bilden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Linearkugellagers besteht darin, daß bei einer Fehlausrichtung der Welle bzw. Stange keine Belastungen auf den Kugelkäfig selbst übertragen werden, da die Druckplatten frei in die zugeordneten Aussparungen des Kugelkäfigs eingelegt werden können.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Unteransprüche. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten

Ausführungsform eines Linearkugellagers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Linearkugellager gemäß Fig. 1 längs der Linie 2-2 in dieser Figur in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Linearkugellager gemäß Fig. 2 längs der Linie 3-3 in dieser Figur in einem leicht verkleinerten Maßstab und

Fig. 4 eine vergrößerte Stirnansicht des Linearkugellagers gemäß Fig. 1.

Im einzelnen zeigen die Zeichnungen ein erfindungsgemäß verbessertes Linearkugellager 10, welches einen äußeren Mantel 12 aus einem belastbaren Material, wie z.B. Stahl, aufweist sowie Endkappen 14 und 16, die aus einem geeigneten Kunststoffmaterial bestehen. Ein Kugelkäfig 18 umgiht eine durch das Lager 10 abzustützende Welle bzw. Stange 20.

Der Käfig 18 besteht aus mehreren Segmenten 22, die aus einem geeigneten Kunststoffmaterial gegossen bzw. gespritzt sind. Jedes der Segmente 22 besitzt eine Nut 24

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welche Teil einer geschlossenen Kugelschleife ist und im Betrieb die unbelasteten Kugeln aufnimmt, sowie einen Schlitz 26, welcher ebenfalls einen Teil der geschlossenen Kugelschleife bildet und im Betrieb die belasteten Kugeln aufnimmt. Jedes Segment 22 ist an seinen Enden 34 mit Übergangsbereichen 28 bzw. 30 versehen, welche die geschlossene Kugelschleife vervollständigen. Jedes der Segmente 22 ist ferner mit einer Aussparung 36 versehen, welche eine Druckplatte 38 aufnimmt, welche denjenigen Teil der Kugelschleife vervollständigt, längs welchem im Betrieb die belasteten Kugeln laufen. Dabei ist jede der Druckplatten 38 mit einer längs ihrer Innenfläche verlaufenden Nut 40 versehen, welche eine Spur bzw. eine Führung für die im Betrieb belasteten Kugeln bildet. Die vorstehend beschriebene Kugelschleife kann mit Kugeln 42 gefüllt werden (und ist im Betrieb mit Kugeln 42 gefüllt). Der Mantel 12 ist mit mehreren, nach innen vorstehenden Einprägungen 44 versehen, die jeweils ungefähr am Mittelpunkt der zugeordneten Druckplatte 38 angeordnet sind und die in der nachstehend noch zu beschreibenden Weise mit den Druckplatten 38 zusammenwirken.

Die Endkappen 14 und 16 liegen bei zusammengebautem Linearkugellager 10 an den Enden des Mantels 12 an und sind mit radial nach innen gerichteten Flanschen 46 versehen. Die Flansche 46 sind mit mehreren, im Abstand voneinander vorgesehenen Öffnungen 48 versehen, welche Zapfen 50 aufnehmen, die an den Enden der Segmente 22

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vorgesehen sind. Die Zapfen 50 werden in den Öffnungen 48 nach dem Zusammenbau der Elemente in geeigneter Weise befestigt, beispielsweise durch Ultraschall-Verschweißung. Beim Ausführungsbeispxel sind an den Planschen 46 ferner Ansätze 52 vorgesehen, welche der Positionierung der Druckplatten 38 in axialer Richtung dienen. Die Endkappen 14 und 16 sind ferner jeweils mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Zungen 54,56 versehen, welche beim Zusammenbau des Lagers 10 in zugeordnete Schlitze 58 bzw. 60 an den Enden des Mantels 12 eingreifen.

Beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Linearkugellagers 10 mit oder ohne Einsatz einer geeigneten Halterung werden zunächst die Druckplatten 38 in die Aussparungen 36 der Segmente 22 des Kugelkäfigs 18 eingelegt, welcher dann in den Mantel 12 eingeschoben wird. Anschließend werden die Kugelschleifen mit den Kugeln 42 gefüllt, und die Endkappen 14 und 16 werden an den Enden des Mantels 12 angeordnet (die genannten Arbeitsgänge werden nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt!). Nachdem die Teile zusammengebaut sind, werden die Zapfen 50 in den öffnungen 48, beispielsweise durch Ultraschall-Verschweißung, festgelegt. Man erkennt, daß die in die Schlitze 58 und 60 eingreifenden Zungen 54 und 56 den Mantel 12 winkelmäßig bezüglich des Käfigs 18 festlegen, derart, daß die Druckplatten 38 mit den Einprägungen 44 fluchten. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß im unbelasteten Zustand des Lagers

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und während des Zusammenbaus und der Installation desselben beträchtliche Toleranzen für Schwenkbewegungen der Druckplatten 38 vorhanden sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Lager werden die Druckplatten 38 in den Aussparungen 36 nicht durch das Material des Käfigs 18 bzw. der Segmente 22 in ihrer Lage gehalten, so daß auf das Käfigmaterial im Betrieb des Linearkugellagers 10 keine Belastungskräfte ausgeübt werden. Die Druckplatten 38 sind relativ steif. Die Einprägungen 44 gestatten ein Kippen der Druckplatten 38 um Achsen, die senkrecht zu deren Längsachsen verlaufen, so daß eine Fehlausrichtung der Welle 20 dadurch aufgefangen wird, daß die Druckplatten 38 einen kleinen Kippwinkel gegenüber der Achse der Montageöffnung des Lagers einnehmen. Zusätzlich sind die Einprägungen nachgiebig bzw. elastisch, so daß sie nachgeben können, um die Toleranzen bei hoher Belastung einzuhalten. Das erfindungsgemäße Linearkugellager 10 verträgt somit eine gewisse radiale Fehlausrichtung. Die beschriebene Konstruktion ermöglicht dabei das Anbringen einer Abdichtung, die integraler Bestandteil der Konstruktion ist. Bei dem erfindungsgemäßen Linearkugellager bleiben die Druckplatten stets parallel zur Welle, so daß ein voller Kontakt und eine volle Lastaufnahme für alle Kugeln gewährleistet ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird

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und daß erfindungsgemäß ein verbessertes Linearkugellager geschaffen wird/ bei dem eine winkelmäßige Fehlausrichtung der Stange bzw. der Welle zulässig ist, ohne daß Reaktionskräfte gegen die Montageöffnung des Lagers ausgeübt würden. Das erfindungsgemäße Lager lässt also eine Fehlausrichtung zu, während gleichzeitig starre, der Lastaufnahme dienende Platten bzw. Druckplatten verwendet werden. Auf den Käfig des erfindungsgemäßen Linearkugellagers werden dagegen keine Belastungskräfte ausgeübt.

Weiterhin sei noch darauf hingewiesen, daß gewisse Merkmale und Unterkombinationen des vorstehend beschriebenen Linearkugellagers auch für sich allein günstig sein können. Dem Fachmann stehen also, ausgehend von dem Ausführungsbeispiel, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste.

Claims (1)

1. HOEGER, STELLRECHT & PARTNER

   PATENTANWÄLTE
   UHLANDSTRASSE 14 c ■ D 7000 STUTTGART 1

   A 46 518 b Anmelder: The Barden Corporation

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   4. März 1985 Danbury, CT 06810

   U.S.A.

   Patentansprüche

   1. Linearkugellager mit einem Kugelkäfig, der mit Kugelschleifenteilen versehen ist, zu denen Kugelschleifenteile für belastete Kugeln, Kugelschleifenteile für unbelastete Kugeln und Übergangsbereiche zwischen den Kugelschleifenteilen für die belasteten und die unbelasteten Kugeln gehören, mit Kugeln in den Kugelschleifen, mit Druckplatten, welche mit den Kugeln in den Kugelschleifenteilen für die belasteten Kugeln zusammenwirken, und mit einem den Kugelkäfig und die Druckplatten umschließenden buchsenförmigen Mantel, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (12) mit VorSprüngen zum Zusammenwirken mit den Druckplatten (38) versehen ist, derart, daß die Druckplatten (38) um Achsen schwenkbar sind, die im wesentlichen senkrecht zu ihrer Längserstreckung verlaufen.

   2. Linearkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkäfig (18) im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, mit mehreren in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten, axial verlaufenden Schlitzen (26) und mit mehreren, in

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   ümfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten, axial verlaufenden, sich radial nach außen öffnenden Nuten (24) , die zwischen benachbarten Schlitzen (26) angeordnet sind, versehen ist, sowie mit Übergangsbereichen (28,30), welche die Enden jedes Schlitzes (26) mit den Enden einer benachbarten Nut (24) verbinden, sowie mit sich nach außen öffnenden Aussparungen (36) über den einzelnen Schlitzen (26) , daß die länglichen Druckplatten (38) in den Aussparungen (36) über den Schlitzen (26) angeordnet sind, derart, daß die Druckplatten (38) und das die Schlitze (26) umgebende Kugelkäfigmaterial zusammenwirken, um die Kugelschleifenteile für die belasteten Kugeln zu bilden, und daß der Mantel (12) und die Nuten (24) zusammenwirken, um die Kugelschleifenteile für die unbelasteten Kugeln zu bilden.

   3. Linearkugellager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Druckplatten (38) jeweils eine Längsnut (40) zur Aufnahme eines Teils der in dem jeweiligen Kugelschleifenteil für belastete Kugeln befindlichen Kugeln (42) vorgesehen ist.

   4. Linearkugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge in dem Mantel (12) durch von der Außenseite des Mantels (12) erzeugte und auf der Innenseite desselben vorstehende Einprägungen (44) gebildet sind, welche die Druckplatten (38) zwischen deren Enden erfassen.

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   5. Linearkugellager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägungen (44) elastisch sind.

   6. Linearkugellager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Positioniereinrichtungen (54,56, 58,60) zum Aufrechterhalten einer vorgegebenen gegenseitigen Lage der Einprägungen (44) bezüglich der Druckplatten (38) in Umfangsrichtung des Kugelkäfigs (18) vorgesehen sind.

   7. Linearkugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkäfig (18) aus Kunststoff besteht.

   8. Linearkugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatten (98) als längliche, starre Metallplatten ausgebildet sind.

   9. Linearkugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (12) aus Metall besteht.

   10. Linearkugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Endkappen (14,16) vorgesehen sind, daß Einrichtungen (48,50) zum Befestigen der Endkappen (14,16) an dem Kugelkäfig (18) vorgesehen sind und daß zusammenwirkende Elemente (54,56,58,60) der Endkappen (14,16) und des Mantels (12) vorgesehen sind, um die Druckplatten

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   (38) und die Vorsprünge (44) in einer vorgegebenen gegenseitigen Lage zu positionieren.

   11. Linearkugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 10/ dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkäfig (18) aus einzelnen Segmenten (22) zusammengesetzt ist.

   12. Linearkugellager nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtungen miteinander in Eingriff bringbare Elemente (48,50) an den Endkappen (14,16) einerseits und an den Segmenten (22) andererseits umfassen, mit deren Hilfe die Segmente (22) zur Bildung des Kugelkäfigs (18) in einer vorgegebenen gegenseitigen Lage festlegbar sind.

   13. Linearkugellager nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkappen (14,16) mit Schultern (46) zum axialen Positionieren der Druckplatten (38) versehen sind.

   14. Linearkugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (44) in Umfangsrichtung größere Abmessungen aufweisen als in axialer Richtung.