-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Führungssystem
nach Art eines Kugelumlauflagers, dessen Gattung im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 näher umrissen
ist.
-
Derartige
Kugelumlauflager werden eingesetzt, wenn eine hochbelastbare und
hochpräzise
lineare Führung
erzielt werden soll, beispielsweise bei Werkzeugmaschinen. Die DE-PS
1 256 489 zeigt schon verschiedene solcher kugelgelagerter Längsführungen.
-
Gattungsgemäße Kugelumlauflager
können so
beschaffen sein, dass zwei nebeneinander liegende und in je zwei
Paar gegenüber
liegenden Laufbahnen gelagerte Kugelreihen die Traglast zwischen
einem fest stehenden Lagerteil und einem planparallel hierzu bewegbaren
Lagerteil aufnehmen und jede Kugelreihe infolge einer Relativbewegung
zwischen den Lagerteilen am Ende der Laufbahnen des bewegbaren Lagerteils über ein
erstes Paar Umlenkführungen
in einen Kanal des bewegbaren Lagerteils zurückgeführt und am Ende des jeweiligen
Kanals über
ein zweites Paar Umlenkführungen
wieder zwischen die Laufbahnen geführt wird. Eine derartige Kugelführung ist
im Prinzip durch die 7 der genannten
Patentschrift bekannt. Dort werden die unteren tragenden Kugeln über eine
genau senkrechte Umlenkführung
in einen darüber
liegenden Kanal des bewegbaren Lagerteils geführt. Das Verhältnis Umlenkdurchmesser
zu Kugeldurchmesser beträgt
etwa 1,5. Auch bei anderen Bauarten ist dieser Wert grundsätzlich nicht
zu unterbieten, soll eine reibungslose Rückführung der Kugeln sichergestellt
sein.
-
Kugelumlauflager
haben sich in der Vergangenheit grundsätzlich sehr bewährt und
sind daher weit verbreitet. Es gibt jedoch spezielle Anwendungsfälle, bei
denen das Kugelumlauflager sowohl sehr hoch belastbar sein soll,
als auch eine sehr geringe Bauhöhe
haben soll. Mit Bauhöhe
ist hier diejenige Abmessung des Kugelumlauflagers gemeint, die durch
die Kugelgröße, die
Umlenkführungen
und die Rückführungskanäle bedingt
ist. Nun ist die Belastbarkeit des gattungsgemäßen Lagers insbesondere abhängig von
der Anzahl und dem Durchmesser der Kugeln. Werden für einen
hohen Belastungsfall jedoch relativ große Kugeln verwendet, so erfordert
die Umlenkung der Kugelreihe einen relativ großen Radius, der zwangsläufig zu
einer Vergrößerung der
genannten Bauhöhe
führt.
Hier setzt die Erfindung an.
-
Der
Erfindung liegt das Bestreben zu Grunde, ein Kugelumlauflager der
gattungsgemäßen Art zu
schaffen, das sich sowohl durch eine hohe Belastbarkeit als sich
auch durch eine kleine Bauhöhe
auszeichnet.
-
Hierzu
weicht die Erfindung grundsätzlich
ab von den bisherigen Anordnungen des Kugelrücklaufs. Erfindungsgemäß wird nämlich vorgeschlagen, dass
die Umlenkebenen beider Umlenkführungen
jedes Paars in einem Winkel zu der durch zwei benachbarte Laufbahnen
eines Lagerteils gebildete Ebene verlaufen.
-
Die
Erfindung geht also weg von der üblichen,
kürzesten,
nämlich
senkrechten, Rückführung und
Umlenkung der Kugeln. Der Rückführweg oder Umlenkweg
wird nun zwar verlängert,
jedoch nicht auf Kosten der genannten Bauhöhe. Durch diese Anordnung wird
zunächst
die Verwendung von Kugeln mit relativ großem Durchmessern möglich, ohne
dass sich hierdurch im Vergleich zur senkrechten Rückführung die
Bauhöhe
stark vergrößert. Dies
ist die unmittelbare Folge der schräg verlaufenden und in ihrem Radius
vergrößerten Umlenkführungen.
-
Die
Erfindung bietet zwei Möglichkeiten
der schrägen
Führung:
Wenn die beiden Umlenkebenen parallel verlaufen und nebeneinander
angeordnet sind, dann vergrößert sich
zwar etwas die Baubreite, nicht jedoch die Baulänge des bewegbaren Lagerteils.
-
Schneiden
sich die Umlenkebenen zweier nebeneinander liegender Kugelreihen
und werden ihre beiden Umlenkführungen
hintereinander angeordnet, dann wird zwar in Kauf genommen, dass
sich durch die Anordnung hintereinander statt nebeneinander eine
leichte Vergrößerung der
Baulänge
des bewegbaren Lagerteils ergibt. Da der Umlenkradius bzw. die Ebene
der Umlenkführung
jedoch auch hier nicht mehr senkrecht, in Richtung der Bauhöhe, verläuft, sondern
seitlich, schräg
zur Bauhöhe,
vergrößert der
für große Kugeln
erforderliche Umlenkradius nicht mehr unmittelbar die Bauhöhe. Die
schräge Umlenkung
der Kugeln und das Kreuzen der beiden unabhängigen, aber versetzten Kugelkreise
führt somit
zu einer ausgesprochen flachen und kompakten Bauform, die insbesondere
bei entsprechend vorgegebenen beengten Raumverhältnissen eingesetzt werden
kann.
-
Bei
beiden genannten Varianten können durch
die Verwendung von relativ großen
Kugeln bei relativ kleinen Systemabmessungen hohe Tragzahlen erzielt
werden. Die Kugelgröße entscheidet über die
erzielbare hohe Vorspannung bzw. das geringe Spiel im Gesamtsystem,
was insbesondere bei Präzisionsmaschinen
entscheidend sein kann. Des weiteren wird die Lebensdauer erhöht, die
Schmutzempfindlichkeit gesenkt und die Laufgeräusche vermindert. Durch den
großen
Umlenkradius kann gleichzeitig die Geschwindigkeit erhöht werden,
ohne dass gleichzeitig die Laufgeräusche wesentlich ansteigen. Die
bei der zweiten Variante stets auftretende asynchrone Kugelverteilung
führt ebenfalls
zu einem sehr ruhigen Lauf. Besonders bei der Verwendung von zusammen
gesetzten Schienen als langem, fest stehendem Lagerteil führt die
Anordnung dazu, dass zuerst nur eine Kugel eines Kugelkreises und
erst später
eine Kugel des anderen in das neue Schienensegment einläuft, wodurch
ein ruhiger Übergang
erzielt wird, der eine hohe Laufruhe sicherstellt.
-
Die
Erfindung kann insbesondere verwirklicht werden, indem der Winkel
wesentlich kleiner ist als 90°.
Er kann in Abhängigkeit
der Kugelgröße und der
Bauhöhe
bzw. der Baubreite gewählt
werden und soll in der Regel 30° bis
70° betragen,
wobei der bevorzugte Wert bei etwa 60° liegt. Der genannte Winkel
ist vorzugsweise bei allen Umlenkführungen gleich groß und kann
zur besonders ausgewogenen Lagerung der Kugeln in der Umlenkführung so
gewählt
werden, dass jede Umlenkebene je eine Laufbahn des feststehenden
Lagerteils und eine Laufbahn des bewegbaren Lagerteils schneidet.
-
Zur
Erzielung einer geringen Bauhöhe
wird angestrebt, dass der Achsabstand zwischen den tragenden Kugeln
der ersten bzw. zweiten Kugelreihe und den darüber zurück geführten Kugeln der zweiten bzw.
ersten Kugelreihe kleiner ist als das 1,5fache des Kugeldurchmessers.
-
Zur
Erzielung eines insgesamt sehr kompakten Querschnitts wird vorgesehen,
dass der Kanal der ersten tragenden Kugelreihe senkrecht über der zweiten
tragenden Kugelreihe und der Kanal der zweiten tragenden Kugelreihe
senkrecht über
der ersten tragenden Kugelreihe liegt, wahlweise auch, dass beide
Kugelreihen und/oder ihre Laufbahnen in der selben Ebene angeordnet
sind oder dass die beiden Kanäle
in der selben Ebene angeordnet sind. Insgesamt kann das Kugelumlauflager
bei sich kreuzenden Umlenkebenen im Querschnitt klappsymmetrisch
und damit sehr kleinbauend ausgebildet sein.
-
Der
fest stehende Lagerteil kann grundsätzlich eine beliebige, bzw.
eine dem konkreten Anwendungsfall angepaßte Form haben. Eine sehr wirtschaftlich
herstellbare Ausführung
liegt vor, wenn der fest stehende Lagerteil aus einem U- oder C-förmigen,
insbesondere gezogenen Profil besteht und jeder Schenkel des Profils
ein Paar innen liegende und aufeinander zu gerichtete Laufbahnen
aufweist. Ein derart ausgebildetes Profil mit innen liegende Lagerung
bietet gute Montagemöglichkeiten,
einen bestmöglichen
Schutz gegen mechanische Beschädigung
und kann insbesondere zu beliebig langen festen Lagerteilen in Form
von aneinander gereihten Laufschienen zusammengesetzt werden.
-
Ein
solches vorgenanntes Profil kann ergänzt werden, indem innerhalb
des fest stehenden Lagerteils ein mit dem bewegbaren Lagerteil verbundener
und profilierter Läuferteil
gelagert ist, der außen
zwei den Laufbahnen des fest stehenden Lagerteils zugewandte, kongruente
Paare Laufbahnen aufweist und indem zwischen diesen Laufbahnen die Kugelreihen
angeordnet sind. Damit wird eine abgeschirmte, stabile und ruhige
Lagerung der Kugeln mit vier Kontaktpunkten bzw. Kontaktlinien erzielt.
Ein solcher Läuferteil
läßt sich
zudem einfach und schnell austauschen.
-
Zur
reibungslosen und schnellen Montage kann der bewegbare Lagerteil
einen flachen Oberteil umfassen, in dem die Kanäle angeordnet sind und der
mit dem Läuferteil
fest, aber lösbar
verbunden ist.
-
Um
zu verhindern, dass Fremdkörper, Feuchtigkeit
usw. in den Spalt zwischen dem fest stehenden und dem bewegbaren
Lagerteil gelangen kann, wird vorgesehen, dass zwischen dem fest
stehenden Lagerteil und dem bewegbaren Lagerteil zwei längslaufende
Dichtlippen angeordnet sind, die am bewegbaren Lagerteil befestigt
sind und den Eintritt von Schmutz, Feuchtigkeit und dergleichen
zwischen die Lagerteile bzw. in die Umlenkungen verhindern. Bei
der zuvor genannten Ausführung können somit
die Dichtlippen zwischen den Schenkeln des U- oder C-Profils und
dem flachen Oberteil angeordnet sein. Auch diese Dichtlippen lassen
sich dann bei Verschleiß schnell
und bequem austauschen.
-
Zur
Erhöhung
der Tragzahl und zur Verminderung des Verschleißes wird vorgesehen, dass die Laufbahnen
gehärtet
sind. Bei der vorgenannten Konstruktion mit einem Lagerteil aus
einem U- oder C-Profil einerseits und einem profilierten Läuferteil andererseits
bietet sich insbesondere die Verwendung von gezogenem Wälzlagerstahl
und die Härtung
der Laufbahnen durch Induktion an.
-
Um
die Laufbahnen langfristig sauber bzw. gleitfähig zu halten, kann auch vorgesehen
werden, dass an den Enden des bewegbaren Lagerteils jeder Kugelreihe
zumindest je ein Schmiernippel für
Wartungsintervalle und/oder ein Schmierstoffdepot für fortlaufende
Schmierung und Bindung von Schmutzpartikeln und/oder zumindest je
ein die Laufbahnen schmutzfrei haltender Abstreifer zugeordnet ist. Schließlich kann
an jedem Ende des fest stehenden Lagerteils ein Endanschlag für den beweglichen
Lagerteil angeordnet sein.
-
Weitere
besondere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind
für den
Fachmann auch der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele
der Erfindung entnehmbar.
-
1 zeigt
ein Kugelumlauflager im Zusammenbau.
-
2 zeigt
einen Abschnitt des Kugelumlauflagers nach 1 in größerem Maßstab, jedoch mit
einseitig abgenommenen Umlenkführungen.
-
3 zeigt
das Kugelumlauflager nach 2 in kleinerem
Maßstab
und in Form einer Explosionsdarstellung.
-
4 zeigt
einen Querschnitt durch das Kugelumlauflager in 2 in
größerem Maßstab.
-
5 zeigt
eine Stirnansicht des Kugelumlauflagers in 2 von links,
unter Andeutung der beiden Umlenkführungen und in größerem Maßstab.
-
6 zeigt
eine Stirmansicht eines anderen Kugelumlauflagers, ähnlich der 5,
aber unter Weglassung der zurückgeführten Kugeln
und unter gestrichelter Andeutung der hier parallel angeordneten
Umlenkführungen.
-
Ein
Kugelumlauflager 1 umfaßt einem feststehenden Lagerteil 2 und
einem planparallel hierzu bewegbaren Lagerteil 3. Das feststehende
Lagerteil 2 besteht aus einem aus Wälzlagerstahl gezogenen, C-förmigen Profil,
dessen Steg 4 zur Befestigung mehrere Öffnungen 5 aufweist.
Die angrenzenden Schenkel 6 und 7 umfassen an
ihrer Innenseite je zwei als Paar aufeinander zu gerichtete Laufbahnen 8 bis 11,
die gehärtet
sein können.
Nahe den Enden des schienenförmigen
Lagerteils 2 sind innen am Steg 4 Endanschläge 12 und 13 in
Form von Schrauben angebracht. Zur Erzielung längerer Laufbahnen 8 bis 11 können auch
zwei oder mehrere der feststehenden Lagerteile 2 stirnseitig
aneinander gereiht werden.
-
Der
bewegbare Lagerteil 3 besteht zunächst aus einem profilierten
Läuferteil 14,
an dessen gegenüber
liegenden schmalen Längsseiten
je zwei in einem Winkel von etwa 120° zueinander gerichtete Laufbahnen 15 bis 18 angebracht
sind. Auch der Läuferteil 14 kann
aus einem gezogenen Wälzlagerstahl
bestehen, der zumindest an den Laufbahnen 15 bis 18,
gehärtet
ist.
-
Der
bewegbare Lagerteil 3 besteht des weiteren aus einem flachen,
rechteckigen Oberteil 19, der mittels mehrerer Schrauben 20 mit
dem Läuferteil 14 verschraubt
ist und zwei längs
durchgehende Kanäle 21 und 22 aufweist.
Im Oberteil 19 sind in längslaufenden Nuten zwei Dichtlippen 23 und 24 eingelassen,
die auf den Enden der Schenkel 6 und 7 dichtend
aufliegen und den Innenraum zwischen den Lagerteilen 2 und 3 nach
außen
abschirmen.
-
Der
bewegbare Lagerteil 3 besteht schließlich noch aus vier Umlenkführungen 25 bis 28,
die an den Enden des bewegbaren Lagerteils 3 und seiner Laufbahnen 15 bis 18 paarweise
hintereinander angeordnet und sowohl mit dem Läuferteil 14 als auch mit
dem Oberteil 19 mittels Schrauben 29 verbunden sind.
Die Umlenkführungen 25 bis 28 können mit Schmierstoffdepots
oder Schmiernippeln S versehen sein. Ihre besondere Ausbildung und
Anordnung werden noch erläutert
werden.
-
Zwischen
dem fest stehenden Lagerteil 2 und dem bewegbaren Lagerteil 3,
nämlich
zwischen den Laufbahnen 8, 9, 15 und 16 sowie 10, 11, 17 und 18,
sind zwei Kugelreihen 30 und 31 gelagert, deren Kugeln
mit dem Durchmesser Dk, vergleiche 5, bei einer
Längsbewegung
des bewegbaren Lagerteils 3 von einem Ende des Lagerteils 3 über die
Kanäle 21 und 22 zum
anderen Ende des Lagerteils 3 zurück geführt und dort wieder zwischen
die Laufbahnen 8, 9, 15 und 16 sowie 10, 11, 17 und 18 geführt werden,
so dass während
der linearen Bewegung ein Kugelumlauf erzeugt wird.
-
Die
besondere Anordnung der Umlenkführungen 25 bis 28 wird
anhand der Umlenkführungen 25 und 26 und
der 4 und 5 näher erläutert. Die beiden anderen Umlenkführungen 27 und 28 sind am
anderen Ende des bewegbaren Lagerteils 3 sinngemäß angeordnet,
vergleiche 1 bis 3.
-
Die
Umlenkführung 25 sorgt
für die
Umlenkung der Kugelreihe 30 zwischen den Laufbahnen 8, 9, 15 und 16 in
den Kanal 22, der sich senkrecht oberhalb der Kugelreihe 31 befindet.
Die Umlenkung 26 sorgt hingegen für eine Umlenkung der Kugelreihe 31 zwischen
den Laufbahnen 10, 11, 17 und 18 in den
Kanal 21, der sich senkrecht oberhalb der Kugelreihe 30 befindet.
Hierzu erstreckt sich jede Umlenkführung 25 bzw. 26 in
einer Umlenkebene X1-X1 bzw. X2-X2, die in einem Winkel α1 bzw. α2 von etwa
60° zu der
Ebene Y1-Y1 bzw. Y2-Y2 erstreckt, die durch zwei benachbarte Laufbahnen 10, 11 und 8, 9 des Lagerteils 2 verläuft.
-
Die
Winkel α1
und α2 sind
hier gleich groß, die
beiden Kugelreihen 30 und 31 sind in der selben Ebene
Z1-Z1 gelagert, ebenso ihre Laufbahnen 9, 15, 17, 11 in
der selben Ebene L1-L1, die Laufbahnen 8, 16, 18, 10 in
der selben Ebene L2-L2, und die beiden Kanäle 21 und 22 befinden
sich ebenfalls in der selben Ebene Z2-Z2. Folglich ergibt sich eine
kompakte klapp- oder spiegelsymmetrische Ausbildung des Querschnitts
des Kugelumlauflagers 1, vergleiche 4 und 5.
-
Wie
insbesondere aus 4 deutlich wird, schneidet jede
schräge
Umlenkebene X1-X1
und X2-X2 sowohl eine Laufbahn 11 oder 9 des feststehenden
Lagerteils 2 als auch eine Laufbahn 18 oder 16 des
beweglichen Lagerteils 3. Der Achsabstand A zwischen den
tragenden Kugelreihen 30 und 31 und den darüber liegenden
Kanälen 21 und 22 beträgt hier
etwa das 1,3fache des Kugeldurchmessers Dk, vergleiche
-
5,
so dass sich eine geringe Bauhöhe
H ergibt. In 4 wird anhand des Schnitts durch
die Kugeln besonders deutlich, dass diese in den beiden Kugelreihen 30 und 31 immer
asynchron verlaufen.
-
In 6 ist
eine Variante der Erfindung rein schematisch dargestellt. Die Darstellung
entspricht weitgehend der 5. Funktionsgleiche
Bauteile sind mit gleichem Bezugszeichen, jedoch mit einem Index
versehen.
-
Hier
sind die beiden nur strichpunktiert angedeuteten Umlenkebenen X1'-X1' und X2'-X2' auch unter dem Winkel α1' bzw. α2' zur Lagerebene Y1'-Y1' und Y2'-Y2' angeordnet,
schneiden sich jedoch nicht wie in 4 und 5,
sondern verlaufen parallel zueinander. Folglich können die
hier nur gestrichelt angedeuteten Umlenkführungen 25' und 26' paarweise nebeneinander
angeordnet werden, so dass Achsabstand A', Bauhöhe H' und Baulänge des bewegbaren Lagerteils 3' hier klein
bleiben, gleichwohl sich die Baubreite wesentlich vergrößert. Diese Anordnung
kann bei besonderen räumlichen
Gegebenheiten, etwa für
eine möglichst
kleine Baulänge des
bewegbaren Lagerteils 3',
dennoch vorteilhaft sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kugelumlauflager
- 1'
- Kugelumlauflager
- 2
- fester
Lagerteil
- 2'
- fester
Lagerteil
- 3
- bewegbarer
Lagerteil
- 3'
- bewegbarer
Lagerteil
- 4
- Steg
- 5
- Öffnung
- 6
- Schenkel
- 7
- Schenkel
- 8
- Laufbahn
- 9
- Laufbahn
- 10
- Laufbahn
- 11
- Laufbahn
- 12
- Endanschlag
- 13
- Endanschlag
- 14
- Läuferteil
- 15
- Laufbahn
- 16
- Laufbahn
- 17
- Laufbahn
- 18
- Laufbahn
- 19
- Oberteil
- 20
- Schraube
- 21
- Kanal
- 22
- Kanal
- 23
- Dichtlippe
- 24
- Dichtlippe
- 25
- Umlenkführung
- 25'
- Umlenkführung
- 26
- Umlenkführung
- 26'
- Umlenkführung
- 27
- Umlenkführung
- 28
- Umlenkführung
- 29
- Schraube
- 30
- Kugelreihe
- 30'
- Kugelreihe
- 31
- Kugelreihe
- 31'
- Kugelreihe
- A
- Achsabstand
- A'
- Achsabstand
- Dk
- Kugeldurchmesser
- H
- Bauhöhe
- H'
- Bauhöhe
- S
- Schmiernippel
- L1-L1
- Ebene
- L2-L2
- Ebene
- X1-X1
- Umlenkebene
- X1'-X1'
- Umlenkebene
- X2-X2
- Umlenkebene
- X2'-X2'
- Umlenkebene
- Y1-Y1
- Ebene
- Y1'-Y1'
- Ebene
-
-
- Y2-Y2
- Ebene
- Y2'-Y2'
- Ebene
- Z1-Z1
- Ebene
- Z1'-Z1'
- Ebene
- Z2-Z2
- Ebene
- Z2'-Z2'
- Ebene
- α1
- Winkel
- α1'
- Winkel
- α2
- Winkel
- α2'
- Winkel