DE19741626A1

DE19741626A1 - Kugellager für Längsbewegungen

Info

Publication number: DE19741626A1
Application number: DE19741626A
Authority: DE
Inventors: Lothar Walter; Ludwig Edelmann; Andreas Geyer; Hermann Gloeckner; Holger Kristandt; Zoltan Laszlofalvi; Uwe Mayer; Henryk Velde
Original assignee: SKF Linearsysteme GmbH
Current assignee: Ewellix GmbH
Priority date: 1997-09-20
Filing date: 1997-09-20
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2017-09-21
Also published as: US6068404A; DE19741626B4; GB9820468D0; FR2768783A1; JPH11141548A; GB2329431B; FR2768783B1; GB2329431A; JP4142771B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugellager für Längsbewegungen mit mehreren am Umfang verteilten endlosen Kugelreihen, die jeweils aus zwei längsverlaufenden Führungsbahnen für die belasteten bzw. unbelasteten Kugeln und diese Führungsbahnen an den Enden paarweise miteinander verbindenden halbkreisförmigen Umlenkbahnen bestehen, wobei die längsverlaufende Führungsbahn für die belasteten Kugeln einen radial nach innen offenen Schlitz zum Durchtritt der Kugeln in Richtung auf die Welle oder dgl. aufweist und die längsverlaufende Führungsbahn für die unbelasteten Kugeln allseitig abgedeckt ist.

Bei den bekannten Ausführungen von Kugellagern dieser Art sind die Rücklaufkanäle für die unbelasteten Kugeln meistens als Bohrungen mit quadratischem oder kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, wobei im Falle der kreisförmigen Querschnitte der Bohrungsdurchmesser geringfügig größer als der Durchmesser der unbelasteten Kugeln ausgebildet ist. Nachdem die unbelasteten Kugeln in den Rücklaufbahnen nicht in Berührung mit der Welle sind, werden sie nicht zwangsgeführt weiterbewegt, sondern von den aus den belasteten Zonen austretenden Kugeln weitergeschoben. Beim Durchschieben der unbelasteten Kugeln durch die Rücklaufkanäle können die unbelasteten Kugeln wegen des größeren Durchmessers oder der Weite dieser Rücklaufkanäle nach allen Seiten etwas ausweichen, so daß auf die Kugeln wirkende, versetzte Drehmomente entstehen, die in den Kontaktstellen der einzelnen Kugeln miteinander Gleitreibung entstehen lassen. Die Kugeln gleiten deshalb durch den Rücklaufkanal. Außerdem bieten diese bekannten quadratischen oder kreisförmigen Rücklaufbahnen kaum Raum, der für die Bevorratung von Schmiermittel für die Kugeln geeignet ist.

Es ist bei einem aus Außenhülse mit prismatischem Innenraum und Käfig bestehenden Kugellager für Längsbewegungen bekannt geworden, die unbelasteten Kugeln in einer Laufrinne, die in eine der Prismenflächen eingearbeitet ist und tangential in die andere übergeht, laufen zu lassen (DE-PS 19 31 983). Auch bei dieser bekannten Ausführung wird das Gleiten der unbelasteten Kugeln im Rücklaufkanal nicht verhindert.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein Kugellager für Längsbewegungen zu schaffen, bei dem das Gleiten der unbelasteten Kugeln in den Führungsbahnen verhindert und gleichzeitig ausreichend Raum für die Bevorratung von Schmiermittel geschaffen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, die Wandung der längsverlaufenden Führungsbahn für die unbelasteten Kugeln im Querschnitt mit mindestens zwei im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Abschnitten mit kreisförmiger Kontur und in Umfangsrichtung versetzt dazu mit mindestens zwei ebenfalls im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Abschnitten mit gegenüber der kreisförmigen Kontur zurückgesetztem Grund zu versehen.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die unbelasteten Kugeln die Wandung der Führungsbahn nur an in wesentlichen diametral gegenüberliegenden Punkten der Abschnitte mit kreisförmiger Kontur berühren können. Dadurch wird ein Abrollen der unbelasteten Kugeln in der Rückführungsbahn erreicht. Die anderen Abschnitte sind zurückgesetzt, so daß einerseits die Kugeln nicht mit ihnen in Berührung kommen können und andererseits Raum zur Aufnahme von Schmiermittel geschaffen wird.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung können die Abschnitte mit kreisförmiger Kontur einander radial oder unter einem Winkel β geneigt zum Radialstrahl durch den Lagermittelpunkt und dem Mittelpunkt der unbelasteten Kugeln gegenüberliegend angeordnet sein. Im letzteren Fall kann der Winkel 90° zum Radialstrahl betragen.

Der Krümmungsradius der Abschnitte mit kreisförmiger Kontur kann nach weiteren Merkmalen der Erfindung gleich, größer oder kleiner als der Krümmungsradius der Kugeln sein. Im ersteren Fall ist eine 100%ige Schmiegung zwischen Kugel und Führungsbahn erreicht, bei größerem Radius ein 2-Punkt- und bei kleinerem Radius ein 4-Punkt-Kontakt.

Um die in die Rückführungsbahnen einlaufenden Kugeln mit Sicherheit gleichmäßig zu verteilen, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Zentriwinkel α der die Enden der Führungsbahnen miteinander verbindenden Umlenkbahnen größer als 180° ausgebildet. Dadurch wird erreicht, daß die Kugeln am Ende der Umlenkbahn abwechselnd an die einander gegenüberliegenden Abschnitte mit kreisförmiger Kontur der Führungsbahn gedrückt werden.

Schließlich ist es nach weiteren Merkmalen der Erfindung möglich, die Abschnitte mit kreisförmiger Kontur mit einem großen Reibungskoeffizienten auszubilden, z. B. dadurch daß diese Abschnitte aufgerauht sind. Auch ist es möglich, diese Bereiche aus weicheren Werkstoffen, wie z. B. einem Elastomer oder Gummi, herzustellen oder Einsätze aus solchen Werkstoffen in diese Bereiche einzusetzen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 den Längsschnitt,

Fig. 2 den Querschnitt und

Fig. 3 den vergrößerten Teilquerschnitt durch eine Kugelführung eines bekannten Kugellagers für Längsbewegungen,

Fig. 4 den Teilquerschnitt im Bereich einer Rückführbahn mit übertrieben dargestellter Taschenluft durch ein erfindungsgemäßes Kugellager für Längsbewegungen,

Fig. 5 den Teilquerschnitt im Bereich einer Rückführbahn eines anderen Ausführungsbeispiels und

Fig. 6 die Ansicht A nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Teil einer endlosen Kugelreihe eines erfindungsgemäßen Kugellagers für Längsbewegungen sowie

Fig. 8 einen Teilquerschnitt durch eine abgewandelte Form eines Kugellagers nach der Erfindung.

Das bekannte Kugellager nach Fig. 1 bis 3 besitzt eine mehrteilige Käfighülse 1, welche in einem (in Fig. 2 angedeuteten) Gehäuse eingesetzt ist und eine zylindrische Welle 2 (siehe strichpunktierte Darstellung in Fig. 1) umgibt. Im vorliegenden Fall besteht die Käfighülse 1 aus einem Mittelabschnitt und zwei Endkappen, die aus einem elastischen Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt sind. Am Umfang der Käfighülse 1 verteilt sind mehrere Kugelführungen 3 eingeformt, in denen jeweils eine endlose Kugelreihe 4 eingebaut ist.

Jede Kugelführung 3 besteht aus zwei am Umfang nebeneinander angeordneten, längsverlaufenden Führungsbahnen 5, 6, die im Mittelabschnitt der Käfighülse 1 eingearbeitet sind, sowie zwei halbkreisförmig verlaufenden Umlenkbahnen 7 in den Endkappen, die die längsverlaufenden Führungsbahnen 5, 6 an den Enden miteinander verbinden. Die belasteten Kugeln 8 jeder Kugelreihe 4 laufen in der Führungsbahn 5 und die unbelasteten Kugeln 9 in den beiden Umlenkbahnen 7 und in der anschließenden rückführenden Führungsbahn 6 in der Käfighülse 1. Die Kugeln 8, 9 sind aus Wälzlagerstahl gefertigt.

Jede Führungsbahn 5 für die belasteten Kugeln 8 ist durch eine lastaufnehmende Laufbahnplatte 10 aus hartem Stahl, die in einer entsprechenden Öffnung 11 im Mittelabschnitt in der Käfighülse 1 eingesetzt ist und sich in einer Bohrung des Gehäuses abstützt, radial von außen abgedeckt. Die Laufbahnplatte 10 ist ausgehend von Rohlingen, die von einem Stangenmaterial abgelängt worden sind, hergestellt.

Bei ihrem Einbau werden die Laufbahnplatten 10 radial von außen nach innen in jeweils eine Öffnung 11 des Mittelabschnitts der Käfighülse 1 eingedrückt, so daß seitliche Vorsprünge 12 der Laufbahnplatte 10 in jeweils eine Hinterschneidung 13 der gegenüberliegenden Wandung der Öffnung 11 hineinschnappen und die Laufbahnplatte 10 in der Öffnung 11 unverlierbar festhalten (Fig. 3).

Auf ihrer radial nach innen weisenden Seite hat jede Laufbahnplatte 10 eine längsverlaufende Laufbahnrille 14, deren Querschnitt der kreisförmigen Kontur der Kugeln 8, 9 angepaßt ist. Zwischen der Welle 2 und der Laufbahnrille 14 der Laufbahnplatte 10 rollen die belasteten Kugeln 8 der betreffenden Kugelreihe 4 (Fig. 2).

An jedem der beiden längsseitigen Enden der Laufbahnrille 14 schließt sich eine in die Endkappe der Käfighülse 1 eingearbeitete Umlenkbahn 7 an, die jeweils in die im Mittelabschnitt der Käfighülse 1 eingearbeitete Führungsbahn 6 für die unbelasteten Kugeln 9 münden.

Wie insbesondere aus Fig. 3 zu ersehen, ist bei dieser bekannten Ausführung die Führungsbahn 6 als runde Bohrung, d. h. die Wandung 15 im Querschnitt kreisförmig mit einem Krümmungsradius r_F ausgebildet, wobei der Krümmungsradius r_F geringfügig größer als der Krümmungsradius r_W der Kugeln 9 gehalten ist.

Bei dieser bekannten Ausführung mit der allseitig geschlossenen Wandung 15 der Führungsbahn 6 können sich die Kugeln 9 an jeder beliebigen Stelle der Wandung 15 anlegen. Dadurch rollen die Kugeln in der Führungsbahn 6 nicht ordentlich ab, sondern werden gleitend hindurchgeschoben.

Im Gegensatz dazu ist beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung nach Fig. 4 die Wandung 15 der längsverlaufenden Führungsbahn 6 für die unbelasteten Kugeln 9 in der Käfighülse 1 im Querschnitt mit zwei diametral gegenüberliegenden Abschnitten 16 und 17 mit kreisförmiger Kontur 18 und (in Umfangsrichtung versetzt) mit zwei ebenfalls diametral gegenüberliegenden Abschnitten 19 und 20 mit gegenüber der kreisförmigen Kontur 18 zurückgesetztem (geradlinig ausgebildetem) Grund 21 ausgebildet. Der Krümmungsradius r_F der kreisförmigen Kontur 18 ist gleich dem Radius r_W der Kugeln 9.

Im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 4 mit seitlicher Führung der Kugeln 9 - die Abschnitte 16 und 17 liegen diametral zum Radialstrahl R durch den Lagermittelpunkt und dem Mittelpunkt der unbelasteten Kugeln 9 - sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die Abschnitte 16 und 17 in der Käfighülse 1 oben und unten vorgesehen, d. h. sie liegen einander auf dem Radialstrahl R gegenüber.

Durch diese beschriebenen Maßnahmen können die Kugeln 9 nur noch definiert an den Abschnitten 16 und 17 der Wandung 15 der Führungsbahn 6 anliegen (siehe Fig. 6) und werden unter Abwälzen durch die Führungsbahn 6 in der Käfighülse geleitet.

Die zurückgesetzten Abschnitte 19 und 20 kommen mit den Kugeln 9 nicht mehr in Berührung. Sie bilden Freiräume 22 und 23, die zur Aufnahme von Schmiermittel dienen können.

Beim in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umlenkbahn 7 für die Kugeln 9 nicht - wie üblich - nur über einen Zentriwinkel von 180° ausgebildet (d. h. die Mittellinien der Umlenkbahnen schließen tangential an den Mittellinien der parallel verlaufenden Führungsbahnen an), sondern über einen Zentriwinkel α von ca. 200°. Das hat zur Folge, daß die über den überstehenden Abschnitt 7' der Umlenkbahn 7 in die Rückführbahn 6 einlaufenden Kugeln 9 abwechselnd gegen einen der beiden mit einer kreisförmigen Kontur 18 ausgebildeten Seitenwand-Abschnitte 16 und 17 gedrückt werden.

In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem jede endlose Kugelreihe durch jeweils eine in entsprechende Öffnungen in der Käfighülse 1 eingesetzte Abdeckplatte 24, z. B. aus Kunststoff, abgedeckt ist, die jeweils eine Laufbahnplatte 10 trägt. Bei dieser Ausführung sind die mit kreisförmiger Kontur 18 ausgebildeten Abschnitte 16 und 17 unter einem Winkel β schräg zur Radialen R - das ist die Verbindungslinie zwischen dem Lagermittelpunkt und dem Mittelpunkt 25 der Kugel 9 - geneigt angeordnet, und zwar der eine - 16 - in der Käfighülse 1 und der andere - 17 - in der Abdeckplatte 24. Die zurückgesetzten Abschnitte 19, 20 bilden hier die Vorratskammern 22, 23 für Schmiermittel.

Während vorstehend die Erfindung anhand von Kugellagern für Längsbewegungen beschrieben wird, ist es ohne weiteres möglich, diese auch bei Kugelrückläufen in Kugelgewinde-Muttern vorzusehen.

Claims

1. Kugellager für Längsbewegungen mit mehreren am Umfang verteilten endlosen Kugelreihen, die jeweils aus zwei längsverlaufenden Führungsbahnen für die belasteten bzw. unbelasteten Kugeln und diese Führungsbahnen an den Enden paarweise miteinander verbindenden halbkreisförmigen Umlenkbahnen bestehen, wobei die längsverlaufende Führungsbahn für die belasteten Kugeln einen radial nach innen offenen Schlitz zum Durchtritt der Kugeln in Richtung auf die Welle oder dgl. aufweist und die längsverlaufende Führungsbahn für die unbelasteten Kugeln allseitig abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (15) der längsverlaufenden Führungsbahn (6) für die unbelasteten Kugeln (9) im Querschnitt mindestens zwei im wesentlichen diametral gegenüberliegende Abschnitte (16, 17) mit kreisförmiger Kontur (18) und in Umfangsrichtung versetzt dazu mindestens zwei ebenfalls im wesentlichen diametral gegenüberliegende Abschnitte (19, 20) mit gegenüber der kreisförmigen Kontur (18) zurückgesetztem Grund (21) aufweist.

2. Kugellager für Längsbewegungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Abschnitte (16, 17) mit kreisförmiger Kontur (18) einander radial gegenüberliegend angeordnet sind.

3. Kugellager für Längsbewegungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Abschnitte (16, 17) mit kreisförmiger Kontur (18) einander unter einem Winkel β geneigt zum Radialstrahl (R) durch den Lagermittelpunkt und dem Mittelpunkt (25) der unbelasteten Kugeln (9) gegenüberliegend angeordnet sind.

4. Kugellager für Längsbewegungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Abschnitte (16, 17) mit kreisförmiger Kontur (18) einander unter einem Winkel von 90° zum Radialstrahl (R) gegenüberliegend angeordnet sind.

5. Kugellager für Längsbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (r_F) der Abschnitte (16, 17) mit kreisförmiger Kontur (18) dem Krümmungsradius (r_W) der Kugeln (8, 9) entspricht.

6. Kugellager für Längsbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (r_F) der Abschnitte (16, 17) mit kreisförmiger Kontur (18) größer als der Krümmungsradius (r_W) der Kugeln (8, 9) ausgeführt ist.

7. Kugellager für Längsbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (r_F) der Abschnitte (16, 17) mit kreisförmiger Kontur (18) kleiner als der Krümmungsradius (r_W) der Kugeln (8, 9) ausgeführt ist.

8. Kugellager für Längsbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Enden der Führungsbahnen (5, 6) miteinander verbindenden Umlenkbahnen (7) sich über einen Zentriwinkel α von größer 180° erstrecken.

9. Kugellager für Längsbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (16, 17) mit kreisförmiger Kontur (18) einen großen Reibungskoeffizienten aufweisen.

10. Kugellager für Längsbewegungen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (16, 17) mit kreisförmiger Kontur (18) aufgerauht sind.

11. Kugellager für Längsbewegungen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (16, 17) mit kreisförmiger Kontur (18) aus weicheren, elastisch nachgiebigen Werkstoffen gefertigt sind.