DE4016986A1

DE4016986A1 - Linearkugellager

Info

Publication number: DE4016986A1
Application number: DE4016986A
Authority: DE
Inventors: Hubert E Klinkenberg
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1990-05-26
Publication date: 1990-12-06
Also published as: IT1240061B; DE9005966U1; GB2232224A; FR2647867A1; IT9020238A0; IT9020238A1; GB9008791D0; JPH034029A; US4981459A

Description

Die Erfindung betrifft ein Linearkugellager mit einer Welle, die einen Abschnitt ohne Keilnuten und einen Abschnitt mit Keilnuten aufweist, die sich in Umfangs richtung im Abstand voneinander in axialer Richtung der Welle erstrecken, wobei zwischen je zwei benachbarten Keilleisten eine als axiale Laufbahn dienende Keilnut vorgegebener Tiefe vorgesehen ist, mit einer auf die Welle aufgeschobenen und diese umgebenden Lagerbuchse mit in Umfangsrichtung im Abstand voneinander in axialer Richtung der Buchse verlaufenden Keilnuten, die in Umfangsrichtung mit den Keilnuten der Welle fluchten und mit einer Reihe von Kugeln in jedem der durch jeweils ein Paar von fluch tenden Keilnuten der Welle und der Buchse gebildeten Kugelkanäle, wobei die Kugeln der Übertragung eines Drehmomentes zwischen der Welle und der Lagerbuchse dienen und für eine geringe Reibung bei einer axialen Relativ bewegung von Welle und Lagerbuchse sorgen.

Bei einem Linearkugellager, bei dem in Umfangsrichtung im Abstand voneinander vorgesehene Reihen von Kugeln der Übertragung eines Drehmoments zwischen einer mit Keilnuten versehenen Welle und einer die Welle umgebenden Buchse dienen und gleichzeitig die Reibung bei einer axialen Relativbewegung von Welle und Lagerbuchse reduzieren, wird die Bohrung der Buchse mit in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten und in axialer Richtung ver laufenden Nuten bzw. Laufbahnen versehen, welche die über die Nuten der Welle vorstehenden Teile der Reihen von Kugeln aufnehmen. Auch die Welle besitzt also der Aufnahme von Kugeln dienende Nuten bzw. Laufbahnen, die sich zwischen in Umfangsrichtung im Abstand voneinander vor gesehenen Keilleisten erstrecken. Die Nuten und die sie begrenzenden Keilleisten werden hergestellt, indem man eine Schleifscheibe längs eines Wellenabschnitts bewegt, um die Nuten in die Welle einzuschleifen. In der Nähe des Endes des mit Keilnuten versehenen Abschnitts ergibt sich dabei ein Auslaufbereich, in dem die Nuten nicht mehr mit der vollen Tiefe eingeschnitten werden, da die Schleif scheibe radial von der Welle weg bewegt wird. Im Auslauf bereich nimmt also die Tiefe der Nuten bei Annäherung an den nicht mit Keilnuten versehenen Wellenabschnitt in axialer Richtung zunehmend stärker ab.

Bei einem auf die beschriebene Weise hergestellten Linearkugellager ergeben sich Probleme, wenn die Welle einerseits und die Lagerbuchse andererseits bei ihrer Relativbewegung in die Nähe der Endstellung für diese axiale Relativbewegung gelangen und die Kugeln in den Auslaufbereich bewegt werden. Wenn nämlich die Kugeln auf die flachen Nutbereiche des Auslaufbereichs auflaufen, werden sie radial nach außen gedrückt, bis das radiale Spiel zwischen Lagerbuchse und Welle aufgezehrt ist. Durch den dabei entstehenden, radialen Druck kann eine Beschädi gung der Bauelemente - Welle, Buchse und Kugeln - sowie ein Blockieren des Linearkugellagers eintreten.

Ausgehend vom Stande der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Linearkugellager dahingehend zu verbessern, daß die Gefahr eines Blockierens und über höhter, radialer Drücke bei einer Relativbewegung von Welle und Lager in einer Endstellung des Verstellbereichs vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Linearkugel lager dadurch gelöst, daß die Welle zwischen dem mit Keilnuten versehenen Abschnitt und dem Abschnitt ohne Keilnuten mit einer die Welle auf ihrem gesamten Umfang kontinuierlich umgebenden Ringnut versehen ist, deren Tiefe mindestens gleich der Tiefe der als Laufbahnen dienenden Keilnuten in der Welle ist, und die einen Boden besitzt, welcher zumindest einen Teil der letzten Kugel jeder Reihe aufnimmt und berührt, wenn die Welle sich bezüglich der Buchse in ihrer Endstellung befindet.

Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Linearkugellagers, daß das Auftreten eines Auslaufbereichs vermieden wird und daß die Kugeln auch in der Endstellung der möglichen Relativbewegung von Welle und Lagerbuchse keinerlei radialen Drücken unterworfen werden. Bei dem erfindungsgemäßen Linearkugellager werden nämlich die Kugeln der einzelnen Kugelreihen bei Annäherung an die Endstellung bzw. beim Erreichen derselben von der die Welle umgebenden Ringnut aufgenommen, die eine aus reichende Tiefe besitzt, um ein Verklemmen der Kugeln zwischen Welle und Buchse zu verhindern.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein konventionelles Linearkugellager, dessen Verbesserung Ziel der Erfindung war;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, verbesserten Linearkugellagers für eine mittlere Position der Lagerbuchse gegenüber der Welle; und

Fig. 3 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Linearkugellagers gemäß Fig. 2, jedoch bei in ihrer axialen Endstellung befindlicher Welle.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein konventionelles Linear kugellager 10. Das Lager 10 umfaßt eine innen liegende Welle 11 und eine auf die Welle aufgeschobene und diese umgebende Lagerbuchse 12, wobei zwischen der Welle 11 und der Buchse 12 Reihen von Kugeln 13 angeordnet sind, die durch einen Lagerkäfig 14 in der gewünschten Position gehalten werden. Dabei sind die Welle 11 und die Buchse 12 mit fluchtenden Nuten versehen, die gemeinsam Kugelkanäle definieren, so daß die Kugeln 13 ein Drehmoment zwischen der Welle 11 und der Buchse 12 übertragen können und die Reibung bei einer axialen Relativbewegung von Buchse und Welle verringern. Beim Ausführungsbeispiel ist die Buchse 12 mit ihrem Flansch 12 a an einem stationären Bauteil befestigt, während die Welle 11 in axialer Richtung bezüg lich der Buchse 12 verstellbar ist.

Bei dem bekannten Linearkugellager ist die Bohrung der Buchse 12 mit mehreren in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten und axial verlaufenden Laufbahnen bzw. Keilnuten 15 versehen, welche der Aufnahme der Kugeln 13 dienen. Die Welle 11 besitzt einen mit Keilnuten ver sehenen ersten Abschnitt 16 und daran angrenzend einen glatten bzw. nicht-genuteten zweiten Abschnitt 17. Die Laufbahnen bzw. Keilnuten 18 des ersten Abschnitts 16 verlaufen axial und in Umfangsrichtung im Abstand von einander und fluchten mit den Keilnuten 15 derart, daß jeweils eine Keilnut 15 und eine damit fluchtende Keilnut 18 einen Kugelkanal zur Aufnahme einer Reihe von Kugeln 13 bilden. Zwischen den Flanken der Nuten 18 befinden sich Keilleisten 19, mit denen die Kugeln 13 zur Übertragung eines Drehmoments zwischen Welle und Buchse zusammen wirken. Der Boden der einzelnen Nuten 18 ist zur Aufnahme der Kugeln 13 mit vorgegebenem Radius konkav gewölbt.

Typischerweise werden die Keilnuten 18 und gleichzeitig die dazwischenliegenden Keilleisten 19 mittels einer rotierenden Schleifscheibe (nicht gezeigt) hergestellt, die in axialer Richtung längs der Welle 11 bewegt wird. Wenn sich die Schleifscheibe dabei dem zweiten Abschnitt 17 der Welle 11 nähert, wird sie allmählich in radialer Richtung von der Welle 11 zurückgezogen. Aufgrund dieser Auswärtsbewegung ergibt sich bei jeder Keilnut 18 angren zend an den nicht-genuteten zweiten Abschnitt 17 der Welle 11 ein Auslaufbereich RA. In diesem Auslaufbereich nimmt die Tiefe jeder Nut 18 in Richtung auf den zweiten Ab schnitt 17 der Welle 11 zunehmend weiter ab. Der Boden 20 jeder Keilnut 1 S besitzt also im Auslaufbereich RA im Querschnitt eine nach außen gekrümmte Form.

Wenn bei dem bekannten Linearkugellager 10 die Welle 11 bezüglich der Buchse 12 in die axiale Extremstellung bzw. Endstellung bewegt wird, dann laufen die äußersten Kugeln 13 der einzelnen Kugelreihen auf die gekrümmten Boden bereiche der Auslaufbereiche RA der Keilnuten 18 auf. Dabei werden diese Kugeln 13 zwangsläufig radial nach außen gedrückt, wobei das Spiel zwischen den Keilnuten 18, den Kugeln 13 und den Keilnuten 15 der Lagerbuchse 12 aufgezehrt und schließlich ein axialer Druck auf die genannten Bauteile ausgeübt wird. Dieser axiale Druck kann die aneinandergrenzenden Bauteile, insbesondere die Buchse 12, beschädigen, wobei es in einigen Fällen auch zum Blockieren von Welle und Buchse gegen jede axiale Relativ bewegung kommen kann.

Bei dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Linearkugellager gemäß der Erfindung sind entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen, die jedoch durch einen "′" ergänzt sind. Gemäß der Erfindung werden die Probleme, die sich bei dem bekannten Linearkugellager aufgrund des Vorhandenseins des Auslaufbereichs RA der Nuten 18 ergeben, kurz gesagt dadurch vermieden, daß dieser Auslaufbereich entfernt wird. Dies wird auf ziemlich einfache Weise dadurch erreicht, daß am Übergang des genuteten ersten Abschnitts 16′ der Welle 11 in den nicht-genuteten zweiten Abschnitt 17′ derselben rings um die Welle 11 eine Ringnut 25 eingeschnitten bzw. einge schliffen wird.

Wie Fig. 2 zeigt, ist der Innendurchmesser MD der Ringnut 25 dabei nicht größer als und vorzugsweise gleich dem Kerndurchmesser RD des genuteten Abschnitts 16′ - der Boden der Ringnut 25 liegt also in radialer Richtung auf derselben Höhe wie der Nutgrund - der Boden 20 - der Keilnuten 18′. Das rechte Ende der Nut 25 nimmt dabei eine solche Lage ein, daß der gekrümmte Nutgrund an den Enden der Keilnuten 18′ beim Herstellen der Ringnut 25 voll ständig entfernt wird. Die Länge der Ringnut 25 in axialer Richtung ist dabei vorzugsweise gleich der axialen Länge, welche von zwei durch den Käfig 14′ positionierten, benachbarten Kugeln 13′ benötigt wird.

Die Ringnut 25 ist in radialer Richtung nach außen offen und erstreckt sich kontinuierlich über den gesamten Umfang der Welle 11′. Folglich werden die Endbereiche der Keil leisten 19′ ebenfalls entfernt, so daß sich definierte Endflächen 26 der Keilleisten 19′ ergeben, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Der Boden der Ringnut 25 ist im Prinzip eine Zylinderfläche, wobei die Enden 27 der Ringnut 25 jedoch mit einem kleinen Radius gekrümmt sind. Die Ringnut 25 kann entweder mittels einer Schleifscheibe hergestellt werden, die sich um eine zur Achse der Welle 11′ parallele Achse dreht, oder mittels eines geeigneten Werkzeugs auf einer Drehbank.

Fig. 3 zeigt das Linearkugellager 10′ in seiner einen Endstellung, in der die Welle 11′ in axialer Richtung so weit wie möglich bezüglich der Buchse 12′ verlagert ist. In dieser Endstellung befinden sich die beiden äußersten Kugeln 13′ jeder Kugelreihe in der Ringnut 25 und liegen dabei einfach an den mit einem kleinen Radius gekrümmten Enden 27 der Nut 25 an. Da die Kugeln 13′ an den Enden der Keilnuten 18′ keinerlei radial nach außen gerichteten Kräften unterworfen sind, ergeben sich bei der erfindungs gemäßen Konstruktion keine Schäden aufgrund hoher, radialer Drücke, und es kommt auch nicht zu einem axialen Blockieren der Buchse 12′ gegenüber der Welle 11′. Wenn der Kerndurchmesser im Bereich der Keilnuten 18′ und im Bereich der Ringnut 25 gleich ist, werden die Kugeln 13′ gleichzeitig in der richtigen Lage bezüglich der Keilnuten 15′ der Buchse 12′ und bezüglich des Käfigs 14′ gehalten.

Claims

1. Linearkugellager mit einer Welle, die einen Abschnitt ohne Keilnuten und einen Abschnitt mit Keilnuten aufweist, die sich in Umfangsrichtung im Abstand voneinander in axialer Richtung der Welle erstrecken, wobei zwischen je zwei benachbarten Keilleisten eine als axiale Laufbahn dienende Keilnut vorgegebener Tiefe vorgesehen ist,
mit einer auf die Welle aufgeschobenen und diese umgebenden Lagerbuchse mit in Umfangsrichtung im Abstand voneinander in axialer Richtung der Buchse verlaufenden Keilnuten, die in Umfangsrichtung mit den Keilnuten der Welle fluchten und
mit einer Reihe von Kugeln in jedem der durch jeweils ein Paar von fluchtenden Keilnuten der Welle und der Buchse gebildeten Kugelkanäle, wobei die Kugeln der Übertragung eines Drehmomentes zwischen der Welle und der Lagerbuchse dienen und für eine geringe Reibung bei einer axialen Relativbewegung von Welle und Lagerbuchse sorgen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (11′) zwischen dem mit Keilnuten (18′) versehenen Abschnitt (16′) und dem Abschnitt (17′) ohne Keilnuten (18′) mit einer die Welle (11′) auf ihrem gesamten Umfang kontinuierlich umgebenden Ringnut (25) versehen ist, deren Tiefe (Kerndurchmesser MD) mindestens gleich der Tiefe (Kerndurchmesser RD) der als Laufbahnen dienenden Keilnuten (18′) in der Welle (11′) ist, und die einen Boden besitzt, welcher zumindest einen Teil der letzten Kugel (13′) jeder Reihe aufnimmt und berührt, wenn die Welle (11′) sich bezüglich der Buchse (12′) in ihrer Endstellung befindet.

2. Linearkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die axiale Länge der Ringnut (25) ausreichend groß ist, um zwei in axialer Richtung hintereinander angeordnete Kugeln (13′) jeder Reihe aufzunehmen.

3. Linearkugellager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (25′) auf dem überwiegenden Teil ihrer Länge einen Boden in Form einer Zylinderfläche aufweist.

4. Linearkugellager nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Boden der Ringnut (25) an seinen axialen Enden (27) mit einem kleinen Radius gekrümmt ist.