DE3417159C2

DE3417159C2 -

Info

Publication number: DE3417159C2
Application number: DE3417159A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tokio/Tokyo Jp Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1983-05-10
Filing date: 1984-05-09
Publication date: 1988-10-13
Also published as: IT1179653B; FR2545892B1; US4549772A; GB2141790A; FR2545892A1; GB8411444D0; DE3417159A1; IT8467469A1; GB2141790B; US4531788A; IT8467469A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Linearkugellager nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs.

Ein solches Linearkugellager wurde bereits früher von der An melderin vorgeschlagen (DE-OS 33 07 010). Bei dem älteren Vor schlag sind die Laufbahneinsatz-Aufnahmenuten im wesentlichen mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet. Aufgrund die ser Querschnittsform kann sich der Laufbahneinsatz in einer Ebene senkrecht zur Führungsschiene nicht bewegen. Dies ist einerseits von Vorteil, hat aber unter bestimmten Umständen auch Nachteile: wenn die Führungsschiene auf nur einer Seite beschädigt oder verformt ist, klemmt bei dem bekannten Linear kugellager der Grundkörper an der Führungsschiene.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Linearkugella ger zu schaffen, bei dem ein störungsfreier Betrieb auch bei einseitig beschädigter oder verformter Führungsschiene ge währleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst.

Aufgrund des halbkreisförmigen Querschnitts der Laufbahnein satz-Aufnahmenuten und der darin eingesetzten Laufbahnein sätze können sich die Einsätze bei einer zum Beispiel durch eine Beschädigung hervorgerufenen Verformung der Führungs schiene in Umfangsrichtung verstellen, um die Verformung der Führungsschiene zu kompensieren. Dadurch wird ein glattes Rollen der Kugeln zwischen den Teilen gewährleistet.

Aus der GB-PS 21 09 479 ist ein Wälzlager mit einem einzigen Laufbahneinsatz etwa C-förmigen Querschnitts bekannt, wobei der Laufbahneinsatz die Führungsschiene überspreizt. Durch die einstückige und ungeteilte Ausbildung des Laufbahnein satzes ist bei einer einseitigen Störung oder Verformung der Führungsstange eine Versetzung des Laufbahneinsatzes nicht möglich, so daß der bekannten Anordnung also keine Anregung auf die erfindungsgemäße Lösung des genannten Problems ent nommen werden konnte. Aus der DE-AS 23 46 343 ist ein Linear kugellager bekannt, bei dem die Laufbahneinsätze, anders als bei der genannten GB-PS, zweiteilig ausgeführt sind. Die Laufbahneinsätze sind im Querschnitt schalenförmig mit einem gestreckten Grundabschnitt und zwei an dessen Enden anschlies senden gekrümmten Abschnitten. Die Schalen sind in entspre chend geformten Ausnehmungen eines Grundkörpers eingesetzt. Die halbkreisförmige Querschnittsform der erfindungsgemäßen Laufbahneinsätze konnte dieser Druckschrift mithin ebenfalls nicht entnommen werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Linearkugellagers,

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Linearkugellagers, bei dem eine der Endabdeckungen entfernt ist,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III in Fig. 2, wobei die Führungsschiene weggelassen ist,

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 eine Frontansicht des Grundkörpers des Linearkugellagers,

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI von Fig. 5;

Fig. 7 eine Frontansicht eines Paares von Laufbahneinsätzen;

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Laufbahneinsatzes, gesehen in Richtung der Linie VIII-VIII von Fig. 7;

Fig. 9 eine schräg geschnittene Ansicht des Laufbahneinsatzes längs der Linie IX-IX von Fig. 7;

Fig. 10 eine Seitenansicht einer Führungsschiene;

Fig. 11 eine Frontansicht der Führungsschiene;

Fig. 12 eine Endansicht der Endabdeckung;

Fig. 13 eine Schnittansicht längs der Linie XIII-XIII von Fig. 12;

Fig. 14 eine Ansicht der Innenfläche der Endabdeckung;

Fig. 15 eine Schnittansicht längs der Linie XV-XV von Fig. 14;

Fig. 16 eine schräg geschnittene Ansicht längs der Linie XVI-XVI von Fig. 14;

Fig. 17 einen Schrägschnitt längs der Linie XVII- XVII von Fig. 14;

Fig. 18 einen Schrägschnitt längs der Linie XVIII-XVIII von Fig. 14;

Fig. 19 eine Seitenansicht eines Käfigs;

Fig. 20 eine Frontansicht des Käfigs;

Fig. 21 eine Schnittansicht längs der Linie XXI-XXI von Fig. 19;

Fig. 22 eine Frontansicht einer weiteren Aus führungsform des Linearkugellagers und

Fig. 23 eine Frontansicht einer weiteren Aus führungsform des Linearkugellagers.

Das gezeigte Linearkugellager umfaßt einen Grundkörper 1, der als einstückiges Teil mit einem kanalähnlichen Querschnitt ausgebildet ist, das mittels einander gegenüberliegenden Randabschnitten 3 und 4, die zwischen sich einen im wesentlichen rechtwinkligen mittleren Hohlraum 2 begrenzen, ausgebildet ist.

Wie man aus Fig. 5 sieht, sind Laufbahneinsatz-Aufnahme nuten 5 und 6 von jeweils im wesentlichen halbkreis förmigen Querschnitt auf den gegenüberliegenden Flächen der Randabschnitte 3 und 4 zur vertikalen Längsmittelebene symmetrisch ausgebildet. Weiter sind an beiden Seiten der Nut 5 Nuten 7 und 8 für unbelastete Kugeln im Grundkörper so ausgebildet, daß sie sich in axialer Richtung des Grund körpers 1 über seine gesamte Länge erstrecken. Ähnliche Nuten 9 und 10 sind an beiden Seiten der Laufbahneinsatz-Aufnahmenut 6 ausgebildet. Unter der Annahme, daß die Bezugslinien Y-Y, die die Kraftlinie X-X, der auf die Führungsschiene einwirkenden Kraft in einem Winkel von 30° schneidet, wie in Fig. 2 und 5 dargestellt, so sind die unbelasteten Nuten 7 bis 10 auf Linie Z-Z angeordnet, die die Bezugslinien Y-Y mit einem Winkel von 60° schneiden.

Der Grundkörper des Lagers ist aus einem leichten Material, z. B. Kunststoff, hergestellt. Zur Aufnahme in den im Grundkörper 1 ausgebildeten Lauf bahneinsatz-Aufnahmenuten 5 und 6 sind ein Paar Laufbahn einsätze 11 und 12 vorgesehen, die jeweils als bogen förmiges Teil mit einem halbkreisförmigen Querschnitt ausgebildet sind. Wie in den Fig. 2 und 7 bis 9 darge stellt, sind in den inneren Flächen der Laufbahneinsätze 11 und 12 Nuten 13 bis 16 für belastete Kugeln ausgebildet, die den Nuten 7 bis 10 für unbelastete Kugeln entspre chen, so daß sie sich in der axialen Richtung des Grund körpers 1 erstrecken. Somit sind die Nuten 13 bis 16 für belastete Kugeln symmetrisch in bezug auf die Achse des Grundkörpers 1 auf den obenerwähnten Linien Z ausge bildet, die die Bezugslinien Y-Y mit einem Winkel von 60° schneiden, wobei die Bezugslinien Y-Y selbst die Linie X-X der auf die Führungsschiene 18 wirkenden Kraft mit einem Winkel von 30° schneiden. Die belasteten Kugeln B ₁ berühren die Flächen der entsprechenden Nuten 13 bis 16 für belastete Kugeln unter einem Berührungs winkel β, der 45° beträgt (s. Fig. 7). Entsprechend ist die Berührungsfläche zwischen der Fläche jeder Kugel und der Fläche der zugeordneten Nut für die belastete Kugel aufgrund der elastischen Verformung der Kugel und der Nut vergrößert, wodurch das Belastungs niveau, bezogen auf die Flächeneinheit der Berührungszone vermindert wird, so daß die Belastungsfähigkeit des Linearkugellagers insgesamt gesteigert wird.

Jede der Nuten 13 bis 16 für belastete Kugeln besteht aus einer Nut mit einem bogenförmigen Querschnitt, deren Krümmungsradius in etwa dem der Kugel entspricht. Somit kann jede belastete Kugel mit der Fläche der zugeordneten Nut für belastete Kugeln an zwei Punkten in Berührung treten, wenn die Kugel vorbelastet ist oder wenn sie in irgendeiner Richtung eine Last trägt, so daß sie ohne irgendeinen Schlupf auf der Oberfläche der Nut für die belastete Kugel gut abrollen kann.

Die Führungsschiene 18 wird in dem mittleren Hohlraum 2 des Grundkörpers 1 aufgenommen und ist an einem be wegbaren oder feststehenden Teil der Maschine, z. B. einer Werkzeugmaschine mit Schrauben befestigt. Wie man aus den Fig. 2, 10 und 11 sieht, ist die Führungs schiene 18 an ihren beiden Schultern mit linken und rechten Ansätzen 18 a und 18 b versehen. An den oberen und unteren Seiten der Ansätze 18 a und 18 b sind sich axial erstreckende Nuten 19 bis 22 für belastete Kugeln vorgesehen, die den Nuten 13 bis 16 für unbelastete Kugeln in den Laufbahnen 10 und 11 entsprechen, wie dargestellt. Somit wirken die Nuten 19 bis 22 für belastete Kugeln in der Führungsschiene 18 mit den ent sprechenden Nuten 13 bis 16 für belastete Kugeln in den Laufbahneinsätzen 11 und 12 zusammen, indem sie vier Reihen linearer Kugelkanäle ausbilden. Wie im Fall der Nuten 13 bis 16 für belastete Kugeln in den Lauf bahneinsätzen 11 und 12, haben die Nuten 19 bis 22 für be lastete Kugeln in der Führungsschiene 18 einen bogenförmigen Querschnitt und einen Krümmungsradius, der im wesent lichen dem der der Kugel entspricht. Weiter sind die Nuten 19 bis 22 für belastete Kugeln B ₁ in der Führungs schiene 18 so angeordnet, daß sie mit den belasteten Kugeln B ₁ mit einem Berührungswinkel von β′ von 45° in Berührung stehen, um die Belastungsfähigkeit zu stei gern, wie im Fall der Nuten 19 bis 22 für die belasteten Kugeln B ₁ in den Laufbahneinsätzen 11 und 12.

An beiden Längsenden des Grundkörpers 1 des Lagers sind Endabdeckungen 23 und 24 angeschraubt. Die Endabdeckungen bestehen aus einem Kunststoff oder einer Druckgußlegierung. Da beide Endabdeckungen die gleiche Konstruktion haben, wird nur die Konstruktion der einen Endabdeckung 23 unter Bezugnahme auf die Fig. 12 bis 18 beschrieben. Die Endabdeckung 23 ist ein plattenförmiges Teil, mit einem im wesentlichen kanal ähnlichen Querschnitt in der Ebene senkrecht zur Achse der Führungsschiene 18. Die Endabdeckung 23 hat rechte und linke Randabschnitte 26 und 27, die zwischen sich einen im wesentlichen rechtwinkligen mittleren Hohlraum 25 ausbilden. In den gegenüberliegenden Flächen der beiden Randabschnitte 26 und 27 sind symmetrische Aussparungen 28 und 29 ausgebildet. Der mittlere Hohl raum 25 der Endabdeckung 23 hat somit eine Form, die an die des mittleren Hohlraums 2 des Grundkörpers 1 des Lagers angenähert ist. Wie man aus Fig. 14 sieht, hat die Innenfläche der Endabdeckung 23 Aussparungen, die in Richtung der Außenfläche angeordnet sind. Die Aussparungen bilden Kugelumkehrnuten 30 a′, 30 a′′, 30 b′ und 30 b′′. Wie in Fig. 14 gezeigt, sind die Kugelumkehrnuten 30 a′, 30 a′′, 30 b′ und 30 b′′ auf den Linien Z angeordnet, die die Bezugslinien Y-Y in einem Winkel von 60° schneiden, wobei die Bezugslinie Y-Y selbst die Kraftlinie X-X der auf die Führungsschiene 18 einwirkenden Kraft mit einem Winkel von 30° schneidet. Die Umkehrnuten 30 a′, 30 a′′, 30 b′ und 30 b′′ erstrecken sich längs der Linien Z. Die Kugelumkehrnuten 30 a′, 30 a′′, 30 b′ und 30 b′′ sind mit ihrem einen Ende mit den Nuten 13 bis 16 und 19 bis 22 für belastete Kugeln und mit ihren anderen Enden mit den Nuten 7 bis 10 für nicht belastete Kugeln verbunden. Somit sind die einen Enden der Kanäle für die belasteten Kugeln, be stehend aus den entsprechenden Nuten 13 bis 16 und 19 bis 20 für belastete Kugeln über die Kugelumkehrnuten mit den benachbarten Enden der entsprechenden Kanäle für nicht belastete Kugeln, bestehend aus den Nuten 7 bis 10 für nicht belastete Kugeln verbunden. Die anderen Enden der Kanäle für die belasteten Kugeln sind mit den benachbarten Enden der Kanäle für nicht belastete Kugeln über die in der anderen Endabdeckung 24 ausgebildeten Kugelumkehrnuten, die der Konstruktion der Endabdeckung 23 identisch sind, verbunden. Somit werden endlose Kugelumlaufkanäle beispielsweise mittels dem Lastkugelkanal, bestehend aus den Nuten 13, 19 für belastete Kugeln, dem Kanal für lastfreie Kugeln, ge bildet durch die Nut 7 für nicht belastete Kugeln und die entsprechenden Kugelumkehrnuten in den beiden End abdeckungen (s. Fig. 2) ausgebildet.

In der Innenfläche der Endabdeckung 23 sind halbkreis förmige Laufbahnhaltenuten 31 und 32 ausgebildet. Die Mittelpunkte dieser Laufbahnhaltenuten 31 und 32 sind auf den Bezugslinien Y-Y angeordnet, die die Kraftlinie X-X der auf die Führungsschiene 18 wirkenden Kraft mit einem Winkel von 30° schneiden, und erstrecken sich in Um fangsrichtung über die Kugelumkehrnuten 30 a′, 30 a′′ bzw. 30 b′, 30 b′′. In der Innenfläche der Endabdeckung 23 sind weiter Haltenuten 33 und 34 ausgebildet. Jede Haltenut hat einen im wesentlichen hutförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Achse der Führungsschiene 18. Die Haltenut 33 hat Flankenabschnitte, die sich quer über die Startenden der Kugelumkehrnuten 30 a′, 30 a′′ erstrecken. Ähnlich hat die Haltenut 34 Flankenabschnitte, die sich quer über die Startenden der Kugelumkehrnuten 30 b′ und 30 b′′ erstrecken. In der Innenfläche der an deren Endabdeckung 24 sind ebenfalls Bahnhaltenuten 31, 32 und Käfignuten 33, 34 ausgebildet.

In Fig. 2 sieht man, daß ein Paar Käfige 35 und 36 zum Führen der Rollbewegung der belasteten Kugeln B ₁ auf der Innenfläche der Randabschnitte 26 und 27 des Grund körpers 1 vorgesehen sind. Wie aus den Fig. 20 und 21 zu sehen ist, sind die Käfige 35 und 36 aus Stahlblech ausgebildet und so gebogen, daß sie im Querschnitt eine Hutform aufweisen. Die Käfige 35 und 36 weisen an ihren Flanken Schlitze 35 a und 36 a auf, die so bemessen sind, daß die Kugeln nicht durch sie hindurchgehen können, und sind mit Zungen 35 b, 35 b und 36 b, 36 b an beiden Enden der Schlitze 35 a bzw. 36 a versehen. Diese Zungen 35 b und 36 b dienen zur Aufnahme der aus den entsprechenden Kanälen für belastete Kugeln kommenden Kugeln, die mittels der Nuten 13 bis 16 und 19 bis 22 gebildet werden, und leiten die Kugeln zu den entsprechenden zugeordneten Kugelumkehr nuten 30 a′, 30 a′′, 30 b′ und 30 b′′, wodurch eine glatte Überführung der Kugeln von den geraden Kanälen für be lastete Kugeln zu den gekrümmten Kugelumkehrnuten sicher gestellt wird.

Die Käfige 35 und 36 sind an beiden Endabdeckungen 23 und 24 befestigt, indem sie an ihren beiden Enden mittels der Käfignuten 33, 34 in den entsprechen den Endabdeckungen 23 und 24 gehalten werden. Wie oben ausgeführt, spielen die Zungen 35 b und 36 b der Käfige 35 und 36 eine wichtige Rolle beim Führen der Kugeln während der Überführung von den geraden Kanälen für belastete Kugeln zu den gekrümmten Kugelumkehrnuten und müssen daher die erforderliche Steifigkeit und Festigkeit aufweisen. Aus diesem Grund werden die Käfige 35 und 36 vorzugsweise durch eine Wärmebehandlung, wie z. B. durch das Tenifer-Verfahren (Salzbadnitrierung) versteift.

Beim Zusammenbau werden die Käfige 35 und 36 in den Grundkörper 1 des Lagers eingesetzt und an ihren beiden Enden mittels der Käfignuten 33 und 34 in den Endab deckungen 23 und 24 befestigt. Hierbei werden die mittleren Achsen der Schlitze 35 a, 36 a auf den gleichen Linien wie die Mittellinien der entsprechenden Nuten 13 bis 16 und 19 bis 22 für belastete Kugeln angeordnet.

Fig. 22 zeigt eine zweite Ausführungsform des Linearkugellagers. In dieser Figur bezeichnen gleiche Bezugs zeichen die gleichen Teile oder Abschnitte wie jene in den Fig. 1 bis 21.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur durch die Anordnung der Kugelnuten. Bei dieser zweiten Ausführungsform wird nämlich eine Bezugslinie Y-Y angenommen, die mit der Kraftlinie X-X der auf die Führungsschiene 18 wirkenden Kraft zusammenfällt, wobei die Nuten 7 bis 10 für nicht belastete Kugeln im Grundkörper 1 des Lagers und die Nuten 13 bis 16 und 19 bis 22 für belastete Kugeln in den Laufbahneinsätzen 11 und 12 bzw. der Führungsschiene 18 ausgebildet sind und auf Linien Z angeordnet sind, die die Bezugslinie Y-Y mit einem Winkel von 60° schneidet.

Fig. 23 zeigt eine weitere Ausführungsform des Linearkugel lagers. Bei dieser Ausführungsform bestehen die Kanäle für unbelastete Kugeln aus Bohrungen 7′ bis 10′ für unbelastete Kugeln, die im Grundkörper 1 durch Bohren so ausgebildet sind, daß sie sich in Längsrichtung des Grundkörpers 1 erstrecken. Bei dieser Ausführungs form kann natürlich der mit den Nuten 7 bis 10 erreichte Vorteil bei der ersten und zweiten Ausführungsform nicht erreicht werden, wobei jedoch die Vorteile, die durch die Verwendung der vom Grundkörper getrennten Laufbahneinsätze erreicht werden, bei dieser dritten Ausführungsform immer noch erzielt werden.

Claims

Linearkugellager, mit
- - einem einstückigen Grundkörper (1) mit einem kanalähnlichen Querschnitt, bestehend aus rechten und linken Randabschnitten (3, 4) und einem mittleren, zwischen den beiden Randabschnit ten (3, 4) gebildeten Hohlraum (2), wobei der Grundkörper (1) ein Paar Laufbahneinsatz-Aufnahmenuten (5, 6), die an gegen überliegenden, dem Hohlraum (2) zugewandten Flächen der Rand abschnitte (3, 4) ausgebildet sind, und in deren Nähe angeord nete und sich zu ihnen öffnende Nuten (7, 8, 9, 10) für unbe lastete Kugeln (B ₂) aufweist;
- - einem Paar Laufbahneinsätze (11, 12), die in dem Hohlraum an geordnet und an dem Grundkörper (1) befestigt sind, sowie in ihrer Innenfläche mit mehreren Nuten (13, 14, 15, 16) für be lastete Kugeln versehen sind;
- - einer durch den Hohlraum des Grundkörpers laufenden Führungs schiene (18), die in den oberen Kantenbereichen Nuten (19, 20, 21, 22) für belastete Kugeln (B ₁), die den Nuten (13, 14, 15, 16) für belastete Kugeln (B ₁) in dem benachbarten Laufbahnein satz (11, 12) entsprechen, aufweist;
- - einem Paar Endabdeckungen (23, 24) an den beiden Längsenden des Grundkörpers (1), wobei jede der Endabdeckungen (23, 24) auf ihrer Innenfläche Kugelumlenknuten (30 a′, a′′; 20 b′, b′′) zum Verbinden der Nuten (13, 14, 15, 16; 19, 20, 21, 22) für belastete Kugeln (B ₂) in den Laufbahneinsätzen (11, 12) und in der Führungsstange (18) mit den entsprechenden Nuten (7, 8, 9, 10) für unbelastete Kugeln (B ₂) im Grundkörper (1) aufweist, und mit
- - Kugeln (B ₁, B ₂), die in endlosen Kugelkanälen umlaufen, die gebildet werden durch aus den Nuten (13, 14, 15, 16; 19, 20, 21, 22) für belastete Kugeln (B ₁) in den Laufbahneinsätzen (11, 12) und in der Führungsstange (18) gebildeten Kugelka nälen für belastete Kugeln (B ₁), durch aus den Nuten (7, 8, 9, 10) für unbelastete Kugeln (B ₂) im Grundkörper (1) gebildeten Kugelkanälen für unbelastete Kugeln (B₂) und durch die in den entsprechenden Endabdeckungen (23, 24) gebildeten Kugel umlenknuten (30 a′, a′′; 30 b′, b′′),
dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahn einsatz-Aufnahmenuten (5, 6) als halbkreisförmige Hohl querschnitte ausgebildet sind, und die zugehörigen Lauf bahneinsätze (11, 12) mit im Querschnitt entsprechend halb kreisförmigen Außenflächen daran angepaßt sind.