Bezeichnung der Erfindung
Linearkugellager
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Linearkugellager mit einem im Wesentlichen hülsen- artigen Käfig zur Aufnahme mehrerer über den Käfigumfang verteilter axialer Kugelschleifen, wobei jede Kugelschleife einen ersten, radial nach innen und nach außen offenen Kugelkanal mit einer tragenden Kugelreihe, und einen zweiten, radial nach außen offenen Kugelkanal mit einer nicht tragenden Kugelreihe sowie die Kugelkanäle einer Kugelschleife miteinander verbindende Umlenkkanäle umfasst, und wobei jeweils zumindest der erste Kugelkanal außen durch eine lastaufnehmende Tragplatte abgedeckt ist.
Hintergrund der Erfindung
Linearkugellager haben die Aufgabe, Wellen oder dergleichen gegenüber einem ortsfesten Gegenstand in Längsrichtung verschiebbar zu lagern oder Gegenstände auf feststehenden Achsen axial verschiebbar zu führen. Die im ersten Kugelkanal einer jeden Kugelschleife des eingangs genannten Käfigs eines gattungsgemäßen Linearkugellagers befindlichen Kugeln liegen unmittelbar an der zu lagernden Welle an, nehmen die die Welle belastenden Kräfte auf und geben sie an die den ersten Kugelkanal außen abdeckende Tragplatte weiter, die sich ihrerseits an der Innenwand einer Bohrung abstützt, in die das Linearkugellager eingesetzt ist. Der erste Kugelkanal geht über die Umlenkkanäle in den zweiten Kugelkanal über, in welchem die Kugeln zum ersten Kugelkanal rückgeführt werden. Die radial nach innen weisende Öffnung des ersten Kugelkanals ist im Allgemeinen schmaler als der Durchmesser der Kugeln, so dass diese nach innen nicht herausfallen können. Nach außen werden die Kugeln
des ersten Kugelkanals durch die beschriebene Tragplatte gehalten, die beispielsweise durch eine Schnappverbindung in entsprechenden Ausnehmungen des Käfigs gehalten sein kann.
Es sind bereits unterschiedliche Konstruktionen bekannt geworden, um bei dem zu einem einbaufertigen Bauelement zusammengesetzten, mit Kugeln bestückten Linearkugellager ein Herausfallen der Kugeln aus dem nach außen offenen zweiten Kugelkanal und den daran anschließenden Umlenkkanälen zu verhindern. Aus der DE 197 08 370 ist es bekannt, die Tragplatten so breit auszuführen, dass sie jeweils sowohl den ersten Kugelkanal als auch den zweiten Kugelkanal außen abdecken. In einer ersten, zu einem älteren Stand der Technik zählenden Ausgestaltung sind die Tragplatten jeweils einstückig ausgeführt und an der Innenseite mit Laufrillen für die tragenden Kugeln, die nicht tragenden Kugeln und die jeweils umgelenkten Kugeln versehen. Derartige Tragplattenprofile sind in der Herstellung aufwendig und teuer. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der oben genannten Druckschrift sind die Tragplatten jeweils zweiteilig ausgeführt, d.h. sie bestehen aus einer als Metallschiene ausgebildeten Tragplatte für die tragenden Kugeln und einer als Kunststoffschiene ausgebildeten Abdeckplatte für die anderen Abschnitte der Kugellauf- bahn. Der erforderliche Aufwand für die Herstellung zweier getrennter Bauelemente und deren Zusammenfügen zu einer Trag- und Abdeckplattenanordnung macht auch diese Lösung teuer.
Die Tragplatten bzw. Trag- und Abdeckplattenanordnungen dieses bekannten Linearkugellagers werden jeweils von aussen vollständig in entsprechende Ausnehmungen des Käfigs eingelegt und über eine Schnappverbindung gehalten derart, dass diese mit der äußeren Umfangsfläche des Käfigs bündig sind. Daraus ergibt sich eine in radialer Richtung verhältnismäßig hohe Bauform des Käfigs mit einem entsprechend großen Platzbedarf.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Konstruktionen wird auch darin gesehen, dass die Lastrichtungscharakteristik des Linearkugellagers von der Genauigkeit der Ausrichtung der Tragplatten im Käfig und damit von der Fertigungsge-
nauigkeit des Käfigs selbst abhängt, der jedoch im Allgemeinen kein Präzisionsbauteil darstellt, so dass die Lastrichtungscharakteristik häufig ungenügend ist.
Es ist deshalb auch bereits versucht worden, die beschriebenen Nachteile dadurch zu vermeiden, dass der mit den Kugeln bestückte Käfig in eine diesen vollständig aufnehmende Außenhülse gesteckt wird, die sowohl die auf die tragenden Kugeln wirkenden Kräfte aufnimmt und an die Bohrungswand überträgt, als auch den zweiten Kugelkanal für die nicht tragenden Kugeln nach außen abdeckt (EP 0 004 593 A1 ). Linearkugellager mit Außenhülsen sind zwar in ihrer Herstellung günstig und dabei robust. Zudem verfügen sie über eine gute Lastrichtungscharakteristik. Ihre Nachteile liegen jedoch bei ihrer verhältnismäßig geringen Genauigkeit, ihrer mäßigen Laufqualität und einer infolge des Fehlens einer Laufrille für die tragenden Kugeln geringen Tragzahl. Außerdem sind hohe Einpresskräfte für das Einsetzen der Linearkugellager in die jeweilige Aufnahmebohrung erforderlich.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Linearkugellager der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu schaffen, welches bei einer mög- liehst geringen radialen Bauhöhe des Käfigs die Vorteile einer Ausführung mit Außenhülse, also eine kostengünstige Herstellung, Robustheit und gute Lastrichtungscharakteristik, mit den Vorteilen einer Ausführung mit Tragplatte, d.h. hohe Genauigkeit, gute Laufqualität und hohe Tragzahl, miteinander verbindet, und bei welchem die für eine Ausführung mit Außenhülse typischen hohen Ein- presskräfte vermieden werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zumindest eine Annäherung an die gesuchte Lösung dann möglich ist, wenn es gelingt, die einzelnen Trag- platten so auszugestalten, dass sie im montierten Zustand eine zumindest weitgehend einer geschlossenen Außenhülse ähnliche Struktur bilden.
Die Erfindung geht daher aus von einem Linearkugellager mit einem im Wesentlichen hülsenartigen Käfig zur Aufnahme mehrerer über den Käfigumfang verteilter axialer Kugelschleifen, wobei jede Kugelschleife einen ersten, radial nach innen und nach außen offenen Kugelkanal für die tragende Kugelreihe, und einen zweiten, radial nach außen offenen Kugelkanal für die nicht tragende Kugelreihe sowie die Kugelkanäle einer Kugelschleife miteinander verbindende Umlenkkanäle umfasst, und wobei jeweils zumindest der erste Kugelka- nal außen durch eine lastaufnehmende Tragplatte abgedeckt ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass an den Tragplatten jeweils gesonderte Auflageflächen ausgebildet sind, die auf vorgegebenen Auflagebereichen an der äußeren Mantelfläche des Käfigs aufliegen, dass die Tragplatten über an den Auflageflächen einerseits und den Auflagebereichen andererseits ausgebilde- te, zusammenwirkende Positionierungsmittel in ihrer vorgegebenen Lage am Käfig positioniert werden, und dass die an dem Käfig anliegenden Tragplatten mittels zumindest eines über diese aufgeschobenen Halteringes am Käfig fixiert werden.
Die Tragplatten werden demnach nicht mehr wie beim Stand der Technik in Ausnehmungen des Käfigs eingelegt und durch eine Schnappverbindung in diesen Ausnehmungen fixiert, sondern mittels an diesen ausgebildeter Auflageflächen auf vorgegebene Auflagebereiche an der äußeren Mantelfläche des Käfigs aufgelegt, ferner über zusammenwirkende Positionierungsmittel exakt zueinander und zum Käfig positioniert, und schließlich durch wenigstens einen aufgeschobenen Haltering fixiert. Auf diese Weise bilden die Tragplatten eine hülsenartige Struktur, die im Wesentlichen auch die weiter vorne aufgeführten Vorteile einer Außenhülse hat, wobei jedoch die Vorteile der Tragplattenlösung
erhalten bleiben. Da die Tragplatten nicht mehr in Ausnehmungen des Käfigs eingelegt werden, kann die radiale Bauhöhe des Käfigs und damit des Linearkugellagers insgesamt gegenüber der vorne beschriebenen, bekannten Lösung verringert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einer Längskante der mit den tragenden Kugeln zusammenwirkenden lastaufnehmenden Fläche der Tragplatte eine erste Auflagefläche ausgebildet ist, die auf einem zwischen zwei Kugelschleifen liegenden Auflagebereich des Kä- figs aufliegt. Um eine möglichst große Auflagefläche zu erzielen, verbreitert sich diese erste Auflagefläche in ihren axialen Endbereichen jeweils in Um- fangsrichtung zu einem kreisbogenförmigen Auflagefuß, welcher auf einem Endrandabschnitt des Käfigs aufliegt.
An den Endrandabschnitten des Käfigs einerseits und an den Auflagefüßen der Tragplatten andererseits sind zusammenwirkende Positioniervorsprünge bzw. Positionierausnehmungen ausgebildet, die ineinander greifen und damit eine exakte Lage der Tragplatten gegenüber dem Käfig gewährleisten.
Die Auflagefüße der Tragplatten bilden nach ihrer Montage einen im Wesentlichen geschlossenen, mit den Endrandabschnitten des Käfigs axial bündig abschließenden Ring, auf den jeweils ein Haltering aufgeschoben wird. Auf diese Weise bilden die Tragplatten eine etwa hülsenartige Struktur, die jedoch mit der Innenwand der das Linearkugellager aufnehmenden Bohrung nur eine Li- nienberührung bzw. eine Flächenberührung gemäß der Außenmantelfläche der Halteringe hat, wie anhand eines Ausführungsbeispieles noch dargelegt wird, so dass sich die für die Montage in dieser Bohrung erforderliche Einpresskraft gegenüber üblichen Linearkugellagern mit einer Hülse reduziert ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die erste Auflagefläche der Tragplatte in Umfangsrichtung über den zugeordneten Auflagebereich des Käfigs hinaus bis über den nach außen offenen zweiten Kugelkanal der benachbarten Kugelschleife erstreckt und die-
sen zumindest teilweise abdeckt. Auf diese Weise kann dieser zweite Kugelkanal umfangsbezogen so weit verengt werden, dass die darin befindlichen Kugeln nicht herausfallen können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auch an der von der ersten Auflagefläche abgewandten Längskante der lastaufnehmenden Fläche der Tragplatte eine zweite Auflagefläche ausgebildet, die auf einem zwischen den beiden Kugelkanälen einer Kugelschleife verbleibenden Auflagebereich des Käfigs aufliegt. Auf diese Weise wird die zur Verfügung stehende Auflagefläche für die Tragplatten weiter vergrößert. Dabei kann vorgesehen sein, dass die zweite Auflagefläche der Tragplatte sich in Umfangsrichtung über den zugeordneten Auflagebereich des Käfigs hinaus bis über den nach außen offenen zweiten Kugelkanal der gleichen Kugelschleife erstreckt und diesen zumindest teilweise abdeckt. Dadurch kann dieser Kugelkanal auch von der anderen Seite her umfangsbezogen eingeengt werden, so dass die in diesem befindlichen Kugeln symmetrisch an zwei Seiten gehalten werden.
Die erste Auflagefläche und die zweite Auflagefläche sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie jeweils zumindest einen Teil der an die zugeordneten zweiten Kugelkanäle anschließenden Umlenkkanäle mit abdecken, so dass die Kugeln auch hier gegen Herausfallen gesichert sind. Der an den ersten Kugelkanal anschließende Teil der Umlenkkanäle kann durch die lastaufnehmende Fläche der Tragplatte zumindest teilweise abgedeckt sein.
Um eine möglichst gute Laufqualität und Tragzahl zu erreichen, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die den ersten Kugelkanal und die daran anschließenden Umlenkkanäle abdeckende lastaufnehmende Fläche der Tragplatte mit einer Laufrille für die Kugeln versehen.
Um die im zweiten Kugelkanal rückgeführten Kugeln möglichst reibungsarm im Kugelkanal zu halten, haben in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Endkanten der über die zweiten Kugelkanäle ragenden ersten und zweiten Auflageflächen jeweils ein an die Form der abgedeckten Kugeln angepasstes Profil,
wie ebenfalls anhand des Ausführungsbeispieles genauer dargelegt wird.
Die Tragplatten mit der mit einer Laufrille versehenen lastaufnehmenden Fläche und den daran angeordneten bzw. ausgebildeten Auflageflächen ist vor- zugsweise mittels eines Blechformvorganges, also beispielsweise durch Ausstanzen und Pressen, hergestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform näher erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht eine Explosionsdarstellung ei- nes erfindungsgemäßen Linearkugellagers,
Fig. 2 das Linearkugellager gemäß der Fig. 1 in einem teilweise zusammengebauten Zustand, Fig. 3 das Linearkugellager gemäß den Figuren 1 und 2 im vollständig zusammengebauten Zustand, und Fig. 4 einen Querschnitt durch das Linearkugellager der Fig. 3.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die Figuren 1 bis 4 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in unterschiedlichen Montagezuständen bzw. Darstellungen.
Das Linearkugellager 2 umfasst einen im Wesentlichen hülsenartigen Käfig 4 zur Aufnahme von mehreren, in diesem Ausführungsbeispiel sechs über den Käfigumfang verteilten axialen Kugelschleifen, wobei jede Kugelschleife einen ersten, radial nach innen und nach außen offenen Kugelkanal für die Reihe der tragenden Kugeln, und einen zweiten, radial nach außen offenen Kugelkanal für die Reihe der nicht tragenden Kugeln sowie die Kugelkanäle einer Kugel-
schleife miteinander verbindende Umlenkkanäle umfasst. Derartige Käfige sind an sich bekannt und müssen deshalb hier nicht im Einzelnen beschrieben werden.
Die einzelnen Kugelschleifen des Linearkugellagers 2 sind gleich aufgebaut, so dass die Erfindung nachfolgend anhand einer einzelnen Kugelschleife 6 näher erläutert wird. Die Kugelschleife 6 wird durch in einem ersten Kugelkanal befindliche tragende Kugeln 8, die in einem zweiten Kugelkanal befindlichen nicht tragenden Kugeln 10 und die in den Umlenkkanälen befindlichen Kugeln 12 bzw. 14 gebildet. Die von einer nicht dargestellten zu lagernden Welle auf die tragenden Kugeln 8 übertragenen Kräfte werden von einer als Ganzes mit 16 bezeichneten Tragplatte aufgenommen und an eine das Linearkugellager aufnehmende, ebenfalls nicht gezeigte Bohrungswand weitergegeben. Dazu weist die Tragplatte 16 eine lastaufnehmende Fläche 18 auf, welche die Reihe der tragenden Kugeln 8 abdeckt.
An der Tragplatte 16 sind gesonderte Auflageflächen ausgebildet, die auf vorgegebenen Auflagebereichen an der äußeren Mantelfläche des Käfigs 4 aufliegen. Dazu ist an einer Längskante der lastaufnehmenden Fläche 18 der Tragplatte 16 eine erste Auflagefläche 20 ausgebildet, die im montierten Zustand auf einem zwischen zwei Kugelschleifen liegenden Auflagebereich 22 des Käfigs 4 aufliegt.
Die erste Auflagefläche 20 verbreitert sich in ihren axialen Endbereichen je- weils in Umfangsrichtung zu einem kreisbogenförmigen Auflagefuß 24 bzw. 26, welcher auf einem Endrandabschnitt 28 bzw. 30 des Käfigs 4 aufliegt.
An den Endabschnitten 28 bzw. 30 des Käfigs 4 sind Positioniervorsprünge 32 bzw. 34 ausgebildet, die mit an den Auflagefüßen 24 bzw. 26 ausgebildeten Positionierausnehmungen 36 bzw. 38 zusammenwirken und eine genaue Lage der Tragplatte 16 am Käfig 4 gewährleisten.
An der von der ersten Auflagefläche 20 abgewandten Längskante der lastauf-
nehmenden Fläche 18 der Tragplatte 16 ist eine zweite Auflagefläche 39 ausgebildet, die auf einem zwischen den beiden Kugelkanälen einer Kugelschleife verbleibenden Auflagebereich 40 des Käfigs 4 aufliegt.
Wie insbesondere die Fig. 4 erkennen lässt, erstreckt sich die erste Auflagefläche 20 in Umfangsrichtung über den zugeordneten Auflagebereich 22 des Käfigs 4 hinaus bis über den nach außen offenen zweiten Kugelkanal der benachbarten Kugelschleife 42 und deckt diesen zumindest teilweise ab. Außerdem erstreckt sich die zweite Auflagefläche 39 in Umfangsrichtung über den zugeordneten Auflagebereich 40 des Käfigs hinaus bis über den nach außen offenen zweiten Kugelkanal der gleichen Kugelschleife und deckt diesen teilweise ab. Auf diese Weise werden die die nicht tragenden Kugeln führenden zweiten Kugelkanäle jeweils nach außen so weit verengt, dass die Kugeln aus diesen nicht herausfallen können.
Wie insbesondere Fig. 3 verdeutlicht, deckt die zweite Auflagefläche 39 auch jeweils einen Teil der beiden Umlenkkanäle teilweise ab, so dass auch hier die Kugeln gegen Herausfallen gesichert sind. Wie die Figuren 3 und 4 weiter erkennen lassen, ist die den ersten Kugelkanal mit den tragenden Kugeln 8 so- wie daran anschließende Abschnitte der Umlenkkanäle abdeckende lastaufnehmende Fläche 18 radial innen mit einer Laufrille zur exakten Führung der tragenden Kugeln 8 versehen.
Die Endkante 44 der ersten Auflagefläche 20 und die Endkante 46 der zweiten Auflagefläche 38 sind jeweils so profiliert, dass sie an die Form der abzudeckenden Kugeln angepasst sind.
Nach dem Einfüllen der Kugeln in die Kugelschleifen und Auflegen der Tragplatten 16 auf die Kugelschleifen werden auf die axialen Enden der so vormon- tierten Baugruppe die Halteringe 50, 52 aufgeschoben, so dass die Tragplatten 16 auf dem Käfig 4 fixiert sind.
Wie Fig. 4 zeigt, ist die radiale Höhe des Käfigs 4 etwa halb so groß wie der
Durchmesser der Kugeln und damit wesentlich kleiner als beispielsweise bei der Konstruktion der eingangs genannten DE 197 08 370 A1 , so dass sich insgesamt eine geringere radiale Bauhöhe des Linearkugellagers 2 erreichen lässt.
Wie weiter insbesondere aus der Fig. 4 erkennbar ist, sind die radial äußersten Zonen des Linearkugellagers 2 die Scheitellinien 48 der lastaufnehmenden Flächen 18, über welche die Kräfte auf die Aufnahmebohrung für das Linearkugellager 2 übertragen werden, und gegebenenfalls die Umfangsflächen der Halteringe 50 und 52, so dass die erforderliche Einpresskraft für das Einsetzen des Linearkugellagers in die Aufnahmebohrung vergleichsweise gering ist. Die Tragplatten 16 sowie vorzugsweise auch die Halteringe 50, 52 sind jeweils als einstückige Blechformteile ausgebildet.
Bezugszeichenliste
2 Linearkugellager
4 Käfig
6 Kugelschleife
8 Kugel
10 Kugel
12 Kugel
14 Kugel
16 Tragplatte
18 Lastaufnehmende Fläche
20 Erste Auflagefläche
22 Auflagebereich
24 Auflagefuß
26 Auflagefuß
28 Endrandabschnitt
30 Endrandabschnitt
32 Positioniervorsprünge
34 Positioniervorsprünge
36 Positionierausnehmung
38 Positionierausnehmung
39 Zweite Auflagefläche
40 Auflagebereich
42 Benachbarte Kugelschleife
44 Endkanten
46 Endkante
48 Scheitellinie
50 Haltering
52 Haltering