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Die Erfindung betrifft ein Linearlager, eine Lagerkombination und einen Spindelmotor.
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Kugellager zur Lagerung von Wellen sind allgemein bekannt.
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Im Folgenden sind unter der Bezeichnung Welle auch Achsen zu verstehen.
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Aus der
DD 211609 A3 ist ein Linearkugellager für Rundsäulenführungen bekannt.
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Aus der
US 2004/0251239 A1 ist ein elektrischer Aktuator bekannt.
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Aus der
US 6145395 A ist ein seitenlastkompensierter Linearaktuator bekannt.
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Aus der
DE 1194649 B1 ist eine zur Führung einer hin- und herbewegbaren Welle dienenden Kugelbüchse bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Linearlager nach den in Anspruch 1, 2, 4, 7, bei der Lagerkombination nach den in Anspruch 9 und bei dem Spindelmotor nach den in Anspruch 13 ergebenden Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Linearlager sind, dass es Wälzkörper umfasst,
wobei die Wälzkörper in einem Träger vorgesehen sind,
wobei der Träger mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende erste Ausnehmung umfasst, die an der Innenfläche oder Außenfläche des Trägers derart in radialer Richtung zur Umgebung offen ist, dass Wälzkörper aus dem Träger zumindest teilweise heraus ragen.
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Von Vorteil ist dabei, dass der Träger einfach und kostengünstig fertigbar ist und die Ausnehmungen zur Aufnahme der Wälzkörper vorsehbar sind. Insbesondere die Öffnung zur Umgebung hin ermöglicht, dass ein Teil der Wälzkörper herausragt und somit für die Lagerung eines weiteren Teils verwendbar ist.
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Erfindungsgemäß sind die Wälzkörper Kugeln und die Ausnehmungen Bohrungen. Von Vorteil ist dabei, dass das Lager einfach und kostengünstig fertigbar ist. Insbesondere ist eine Bohrung ohne großen Zusatzaufwand angeschnitten ausführbar und somit die Öffnung schnell und einfach herstellbar.
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Erfindungsgemäß ist mehr als eine erste Ausnehmung am Umfang des Trägers vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass der Träger rund herum lagerbar ist, insbesondere ist der Träger in einem Führungsteil vorsehbar, das als Hohlwelle ausgeführt ist oder eine Innenzylinder-Ausnehmung zur Aufnahme des Lagers aufweist.
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Erfindungsgemäß ist zur ersten Ausnehmung benachbart eine zweite Ausnehmung vorgesehen. Insbesondere ist an den axialen Enden der ersten und zweiten Ausnehmung eine Umlenkung für die Wälzkörper vorgesehen, insbesondere so dass die Wälzkörper von der ersten in die zweite Ausnehmung gelangen können und umgekehrt. Von Vorteil ist dabei, dass umgelenkten Wälzkörpern aus der ersten Ausnehmung ein Rücklaufen zur Verfügung gestellt wird.
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Erfindungsgemäß ist die erste Ausnehmung eine angeschnittene Bohrung und die zweite Ausnehmung eine nicht angeschnittene Bohrung. Von Vorteil ist dabei, dass ein geschützter Rücklauf ermöglicht ist.
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Alternativ ist auch statt der nicht angeschnittenen Bohrung eine angeschnittene Bohrung vorsehbar, deren Mittelpunkt soweit radial gegenüber dem Mittelpunkt der ersten Ausnehmung, insbesondere in Richtung zur Mittelachse des Trägers hin, verschoben ist, dass keine Berührung der in der zweiten Ausnehmung vorgesehenen Wälzkörper mit dem gegengelagerten Teil stattfindet.
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Erfindungsgemäß weisen erste und zweite Ausnehmung in Umfangsrichtung einen Winkelversatz zueinander auf. Von Vorteil ist dabei, dass ein besonders dünnwandiger kompakter Träger herstellbar ist bei vergleichbarer Tragfähigkeit und Belastbarkeit.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand zwischen erster und zweiter Ausnehmung geringer als der Durchmesser eines Wälzkörpers. Von Vorteil ist dabei, dass ein kompaktes Lager herstellbar ist.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei einem anderen erfindungsgemäßen Linearlager sind, dass es Wälzkörper umfasst und die Wälzkörper in einem Träger vorgesehen sind,
wobei der Träger mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende erste und zweite Ausnehmung umfasst,
wobei die erste Ausnehmung an der Innenfläche des Trägers derart in radialer Richtung zur Umgebung offen ist, dass Wälzkörper aus dem Träger zumindest teilweise heraus ragen,
wobei die zweite Ausnehmung an der Außenfläche des Trägers derart in radialer Richtung zur Umgebung offen ist, dass Wälzkörper aus dem Träger zumindest teilweise heraus ragen.
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Von Vorteil ist dabei, dass der Träger des Lagers nach innen und außen herausragende Wälzkörper hat. Somit ist das Lager ohne großen Zusatzaufwand als Innen-Linearkugellager oder als Außen-Linearkugellager herstellbar.
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Insbesondere ist wahlweise außen oder innen am Träger ein Ring vorsehbar, insbesondere zur Herstellung eines Außen- oder Innen-Linearkugellagers. Von Vorteil ist dabei, dass aus einem gleichen Träger wahlweise ein Lager innen oder außen festlegbar und/oder abstützbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Ring ebenfalls sich axial erstreckende, zu den heraus ragenden Wälzkörpern hin offene Ausnehmungen zur Aufnahme der heraus ragenden Wälzkörperteile. Von Vorteil ist dabei, dass der Ring schon bei Montage an den Träger anlegbar ist und beim Herstellen der Ausnehmungen, beispielsweise durch Bohren, die Ausnehmungen am Ring ohne Zusatzaufwand ebenfalls herstellbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Träger ein Hohlzylinder, in welchem die Ausnehmungen vorgesehen sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und kostengünstige Fertigung erreichbar ist und eine Lager zwischen einer im Inneren des Trägers vorgesehenen Vollwelle und einem außerhalb des Trägers befindlichen Führungsteils vorsehbar ist. Das Führungsteil kann hierzu eine zylindrische Ausnehmung aufweisen.
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Wichtige Merkmale bei der Lagerkombination sind, dass sie aus mindestens zwei Linearlagern zur Lagerung einer Welle in einem Führungsteil, wie Hohlwelle oder dergleichen, besteht, wobei
ein erstes Linearlager am Führungsteil vorgesehen ist zur Lagerung eines relativ zum Führungsteil, in axialer Richtung bewegbar angeordneter Kolbens,
ein zweites Linearlager an einem mit dem Kolben verbundenen Wellenteil vorgesehen ist zur Lagerung des Wellenteils im Führungsteil.
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Von Vorteil ist dabei, dass eine Linearführung mit großer Querkraftstabilität herstellbar ist. Dabei ist das erste Lager als Innenlager und das zweite Lager als Außenlager ausführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Lager ein Innen-Linearkugellager und das zweite ein Außen-Linearkugellager.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Wellenteil, insbesondere Mutter, ein Innengewinde, das mit dem Außengewinde einer drehbar gelagerten Welle im Eingriff steht. Von Vorteil ist dabei, dass ein Gewindetrieb vorsehbar ist, insbesondere für einen Linearantrieb.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Kolben und/oder am Wellenteil eine Verdrehsicherung vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass die Verdrehsicherung unabhängig von außen an dem Kolben anbringbar ist und somit der Gewindetrieb oder Linearantrieb sehr kompakt aufbaubar ist.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Spindelmotor sind, dass er einen Elektromotor umfasst,
wobei ein Stator und ein Rotor vorgesehen ist,
wobei der Rotor ein Außengewinde aufweist oder mit einem ein Außengewinde aufweisenden Teil, insbesondere Gewindespindel verbunden ist,
wobei das Außengewinde mit dem Innengewinde einer Mutter im Eingriff steht, die mit einem Kolben verbunden oder einstückig ausgeführt ist,
wobei an der Mutter oder am Kolben eine Verdrehsicherung vorgesehen ist,
wobei Mutter mit Kolben über zumindest ein verbundenes Außen-Linearkugellager gelagert ist in einem Führungsteil.
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Von Vorteil ist dabei, dass ein sehr kompakter Linearantrieb vorsehbar ist, der eine hohe Querkraftstabilität aufwiest. Außerdem tritt nur der Kolben nach außen heraus. Der Gewindebereich und die Mutter sind im Inneren des Motors anordenbar. Somit ist der Kolben ohne großen Aufwand mit einer Dichtung gegen das Führungsteil abdichtbar. Denn der Kolben ist mit einer glatten Außenfläche ausstattbar. Der Hub des Kolbens ist groß gegen den Durchmesser der Spindel ausführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Statorgehäuse mit dem Führungsteil verbunden oder ist einstückig mit diesem ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Schutzart und Dichtigkeit ohne großen Aufwand erreichbar ist. Insbesondere ist ein Einsatz im Nahrungsmittelindustriebereich oder in der pharmazeutischen Industrie ermöglicht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verdrehsicherung mit dem Führungsteil oder dem Statorgehäuse zumindest indirekt über weitere Teile verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die Verdrehsicherung außerhalb oder innerhalb des Motors vorsehbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Mutter mit Kolben über ein weiteres, im Führungsteil vorgesehenes Innen-Linearkugellager gelagert, das am Führungsteil festgelegt ist. Von Vorteil ist dabei, dass zwei Lager in axialem Abstand verwendet sind und somit eine große Querkraftstabilität erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kolben zumindest in einem axialen Bereich an seinem äußeren Umfang glatt, rund und/oder zylindrisch ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass er ohne großen Aufwand gegen das Führungsteil abdichtbar ist mit einer Dichtung.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der axiale Bereich des Kolbens aus dem Innen-Linearkugellager axial in die Umgebung des Motors herausfahrbar angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass keine Verschmutzung sich in Vertiefungen absetzen kann, der Verschleiß gering ist, die Dichtung ohne großen Aufwand erreichbar ist und der Gewindebereich im Inneren des Motors geschützt anordenbar ist.
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Alternativ ist das Linearlager, umfassend Wälzkörper, derart vorsehbar, dass die Wälzkörper in einem Träger vorgesehen sind,
wobei der Träger mindestens eine sich in axialer Richtung erstreckende erste und zweite Ausnehmung umfasst,
wobei die erste Ausnehmung an der Innenfläche des Trägers derart in radialer Richtung zur Umgebung offen ist, dass Wälzkörper aus dem Träger zumindest teilweise heraus ragen,
wobei die zweite Ausnehmung an der Außenfläche des Trägers derart in radialer Richtung zur Umgebung offen ist, dass Wälzkörper aus dem Träger zumindest teilweise heraus ragen
wobei der ersten und zweiten Ausnehmung eine jeweilige benachbarte Ausnehmung beigeordnet ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass das aus dem Träger bildbare Lager sowohl ein Linearinnenlager als auch ein Linearaußenlager darstellt und somit nur sehr wenige Teile notwendig sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste und zweite Ausnehmung eine angeschnittene Bohrung und die benachbarten Ausnehmungen nicht angeschnittene Bohrungen. Von Vorteil ist dabei, dass Umlenkungen am axialen Endbereich vorsehbar sind und die Wälzkörper somit von der Bohrung in die benachbarte Ausnehmung gelangen können und umgekehrt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste und zweite Ausnehmung eine angeschnittene Bohrung jeweils, wobei der Mittelpunkt der jeweiligen benachbarten Bohrung soweit radial gegenüber dem Mittelpunkt der ersten verschoben ist, dass keine Berührung zwischen den in der benachbarten Ausnehmung vorgesehenen Wälzkörpern und dem jeweiligen Teil, das mit den Wälzkörpern der ersten und zweiten Ausnehmung jeweils in Berührung steht, stattfindet. Von Vorteil ist dabei, dass die Reibung vermindert ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an den axialen Enden der ersten und zweiten Ausnehmung eine Umlenkung für die Wälzkörper vorgesehen, insbesondere so dass die Wälzkörper von der ersten oder zweiten in die jeweils benachbarte Ausnehmung gelangen können und umgekehrt. Von Vorteil ist dabei, dass ein Umlauf der Kugeln ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen erste und zweite sowie die benachbarten Ausnehmungen in Umfangsrichtung einen Winkelversatz jeweils zueinander auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Träger dünnwandig gestaltbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand zwischen erster und der zugeordneten benachbarten Ausnehmung geringer als der Durchmesser eines Wälzkörpers und der Abstand zwischen zweiter und der zugeordneten benachbarten Ausnehmung ist geringer als der Durchmesser eines Wälzkörpers.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Innen-Linearkugellager mit nach innen herausstehenden Kugeln 2 gezeigt. Dabei weist der Träger 3 am Umfang vier Paare von jeweils zwei eng benachbarten Bohrungen auf. In diese Bohrungen sind die Kugeln 2 eingefüllt. Am Ende der Bohrungen sind Umlenkungen 5 vorgesehen. Die radial weiter innen gelegene der Bohrungen ist angeschnitten ausgeführt. Somit stehen die Kugeln 2 dort nach innen heraus zur Lagerung der Welle 1.
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Die Welle 1 ist also im Träger 3 bei axialen Relativbewegungen gelagert, insbesondere mit Wälzkörpern. Auch relative Drehbewegungen sind ausführbar, wobei dann allerdings ein höherer Verschleiß der Wälzkörper auftreten könnte.
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In der 2 ist ein erfindungsgemäßes Außen-Linearkugellager mit nach außen herausstehenden Kugeln 2 gezeigt. Dabei weist der Träger 20 am Umfang vier Paare von jeweils zwei eng benachbarten Bohrungen auf. In diese Bohrungen sind die Kugeln 2 eingefüllt. Am Ende der Bohrungen sind Umlenkungen 5 vorgesehen. Die radial weiter außen gelegene der Bohrungen ist angeschnitten ausgeführt. Somit stehen die Kugeln 2 dort nach außen heraus zur Lagerung der Hohlwelle 21.
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In der 3 ist der Träger 30 eines weiteren erfindungsgemäßen Außen-Linearkugellagers gezeigt, das analog zur 2 aufgebaut ist. Allerdings ist die radial weiter außen liegende Bohrung 31 angeschnitten ausgeführt und in ihrer Winkelstellung am Umfang versetzt vorgesehen zur nicht-angeschnittenen Bohrung 32. Somit ist der Träger dünnwandig ausführbar.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist zwischen den Kugeln jeweils nicht Luft sondern ein Pufferelement vorgesehen, wie beispielsweise ein Keramikteil, ein Kunststoffteil, ein Aluminium-, Aluminiumslegierungs- oder ein Kupferlegierungsteil. Das Material kann auch ein anderes Metall oder Nichtmetall sein, wobei allerdings die Reibung zum Wälzkörper hin und der Verschleiß vorzugsweise gering bleiben muss.
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Statt vier Paaren am Umfang sind auch drei, fünf oder mehr Paare vorsehbar.
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In der 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt, die einen Gewindetrieb umfasst. Dabei ist als Vorrichtung beispielhaft ein Elektromotor verbunden, der einen Rotor 47 und einen diesen umgebenden Stator aufweist, der in 4 allerdings nicht gezeigt ist. Der Rotor ist einstückig oder mehrstückig ausgeführt und weist einen Spindelteil 45 auf, die einen Außen-Gewindebereich 48 umfasst, der mit dem Innengewinde einer Mutter 46, insbesondere Spindelmutter, im Eingriff steht. Diese Mutter 46 ist mittels des Außen-Linearkugellagers 44 in einer Hohlwelle gelagert, wobei die herausstehenden Kugeln 2 des Lagers die Innenwand des Führungsteils, also hier der Hohlwelle berühren.
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Die Mutter 46 ist mit dem Kolben 41 verbunden oder einstückig ausgeführt. Zwischen Kolben und Führungsteil, also Hohlwelle 43, ist ein Innen-Linearkugellager angeordnet, bei dem die Kugeln 2 an der Innenseite herausstehen und auf dem Kolben in Berührung stehen und herausrollen. Dabei ist das Lager 42 unbeweglich, insbesondere axial unbeweglich, in der Hohlwelle 43 angeordnet. Hierzu sind vorteiligerweise Sicherungsringe in der Hohlwelle 43 vorgesehen. Statt der Sicherungsringe sind auch andere Feststellelemente oder eine reibschlüssig feste Verbindung vorsehbar.
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Das Außen-Linearkugellager 44 ist unbewegbar an der Mutter 46 mit dem Kolben 41 verbunden.
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Durch den großen axialen Abstand zwischen den Lagern 42 und 44 ist eine große Stabilität gegen Querkräfte bewirkt, die auf den Kolben 41 wirken, insbesondere auf dessen axialen Endes.
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Vorteiligerweise tritt nur ein Kolben 41 aus dem Inneren der Vorrichtung heraus, der am äußeren Umfang glatt ausführbar ist und kein Gewinde umfasst.
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Am Kolben 41 ist eine Verdrehsicherung vorzusehen. Diese ist in der 4 nicht gezeigt.
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Das Lager 42 ist beispielhaft analog nach 1 ausführbar oder erfindungsgemäß nach 5. Das Lager 44 ist beispielhaft analog nach 2 oder entsprechend modifiziert nach 3 ausführbar.
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In 5 ist ein Innen-Linearkugellager gezeigt, wobei der Ring 51 am äußeren Umfang vorgesehen ist. Der Träger 52 weist zwei Bohrungen auf, wobei sowohl die radial weiter außen als auch die radial weiter innen liegende Bohrung angeschnitten ausgeführt ist. Mittels des Rings 51 ist das Lager als Innen-Linearkugellager verwendbar, wobei die am Inneren herausstehenden Kugeln 2 des Lagers zur Lagerung der Welle 1 vorgesehen sind.
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In 6 ist ein Außen-Linearkugellager gezeigt, das sich vom Lager der 5 darin unterschiedet, dass der Ring 51 weggelassen wird und ein Ring 61 an der Innenseite des Lagers vorgesehen wird.
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Die Lager nach 5 und 6 unterscheiden sich also durch Anbringen des äußeren Rings 51 und Weglassens des inneren Rings 61 oder umgekehrt durch Anbringen des inneren Rings 61 und Weglassens des äußeren Rings 51.
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In 6 ist noch die Welle 1 gezeigt, auf der der innere ring 61 verbunden ist und die Hohlwelle 62, in welcher das Lager geführt ist.
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5 und 6 zeigen in Zusammenschau, dass das Lager derart zusammensetzbar ist, dass sowohl ein Innen- als auch ein Außen-Linearkugellager vorsehbar ist, wobei nur der entsprechende Ring vorzusehen ist. Somit können zwei verschiedene Lager unter Verwendung von nur geringer Teilezahl hergestellt werden.
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Bei der Vorrichtung nach 4 ist somit als Lager 41 ein Lager nach 5 einsetzbar und als Lager 44 ein Lager nach 6 einsetzbar.
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In 7 ist eine erfindungsgemäße Alternative angedeutet, wobei der Träger 73 eine innen angeschnittene Bohrung 72 und eine benachbarte, nicht-angeschnittene Bohrung 71 aufweist. Außerdem weist der Träger 73 auch eine außen angeschnittene Bohrung 31 und eine benachbarte, nicht-angeschnittene Bohrung 32 auf. Somit sind Kugeln 74 als Wälzkörper derart vorsehbar, dass aus dem Träger 73 ein Lager bildbar ist, an dem eine Welle im Inneren und eine Hohlwelle am äußeren lagerbar ist. Welle und Hohlwelle sind beide jeweils relativ und unabhängig voneinander beweglich zum Träger, insbesondere linear. Am Umfang des Trägers sind mehrere solcher Bohrungen vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Kugel
- 3
- Träger
- 5
- Umlenkung
- 20
- Träger
- 21
- Hohlwelle
- 30
- Träger
- 31
- Bohrung, außen, angeschnitten
- 32
- Bohrung, nicht angeschnitten
- 41
- Kolben
- 42
- Innen-Linearkugellager mit nach innen herausstehenden Kugeln
- 43
- Hohlwelle als Führungsteil
- 44
- Außen-Linearkugellager
- 45
- Spindelteil des Rotors
- 46
- Spindelmutter mit Innengewinde
- 47
- Rotor
- 48
- Gewindebereich der Spindel
- 51
- Ring
- 52
- Träger
- 61
- Ring
- 62
- Hohlwelle
- 63
- Träger
- 71
- Bohrung, nicht angeschnitten
- 72
- Bohrung, innen angeschnitten
- 73
- Träger
- 74
- Kugel als Wälzkörper
