DE2245437A1

DE2245437A1 - Kugellagerkaefig, insbesondere fuer lineare kugellager und kombinierte linearund drehkugellager

Info

Publication number: DE2245437A1
Application number: DE2245437A
Authority: DE
Inventors: Ted Geffner
Original assignee: Barden Corp
Current assignee: Schaeffler Aerospace USA Corp
Priority date: 1971-09-17
Filing date: 1972-09-15
Publication date: 1973-03-29
Also published as: DE2245437B2; GB1359075A; US3751121A; CA945193A; IT967380B; FR2154078A5; JPS4837538A

Description

DR.-INa. OIPL.-INQ. M. SC. DIPL.-PHYS. DR. OIPL.-PHV9. ' HÖGER-STELLRECHT-GRJESSBACH-HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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The Barden Corporation Danbury, Connecticut, USA

Kugellagerkäfig, insbesondere für lineare Kugel-. lager und kombinierte Linear- und Drehkugellager

Die Erfindung betrifft einen Kugellagerkäfig, insbesondere für lineare Kugellager und kombinierte Linear- und Drehkugellager.

Derartige Kugellager sind in einer früheren Anmeldung des Erfinders bzw. der Anmelderin (Akt.Zeichen ... US-SN 28 719) bereits vorgeschlagen worden. Diese Kugellager sind besonders reibungsarm und in einer bevorzugten Ausführungsform geeignet, sowohl eine Drehbewegung als auch eine relative, axiale Bewegung zwischen einer Welle und einem Gehäuse oder dergleichen zu ermöglichen. Das in der erwähnten Anmeldung vorgeschlagene Kugellager besitzt einen Kugellagerkäfig, welcher Walzen und Kugeln aufzunehmen vermag und welcher Pfade für die Kugeln aufweist, welche Pfade für belastete Kugeln umfassen, die in axialer Richtung verlaufen und sich zwischen der Welle und den

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Walzen befinden sowie Pfade für unbelastete Kugeln, welche sich in axialer Richtung erstrecken und zwischen einem äusseren Gehäuse bzw. einem Mantel und dem Kugellagerkäfig verlaufen. Die Pfade für die unbelasteten Kugeln sind in Umfangsrichtung im Abstand von den Pfaden für die belasteten KUgeIn angeordnet und mit diesen über Verbindungspfade für die Kugeln verbunden. Es wurden Versuche unternommen, die Kugellagerkäfige aus verschiedenen Kunstharzen zu gießen. Diese Versuche waren jedoch nicht erfolgreich. Die erhaltenen Kugellagerkäfige waren nämlich nicht ausreichend maßhaltig; ihre mechanische Festigkeit war nicht so hoch wie das erwünscht war; der Reibungswiderstand für die sich längs der genannten Pfade bewegenden Kugeln war übermäßig groß; die Kosten für die Herstellung der Kugellagerkäfige waren übermäßig hoch.

Daraufhin wurden weitere Versuche unternommen, die Kugellagerkäfige als einstückige Gußteile aus einem geeigneten Metall, wie zum Beispiel Zink, herzustellen. Dabei stellte es sich heraus, daß die Kosten für die Herstellung der erforderlichen, komplizierten Formen für die Herstellung der Kugellagerkäfige zu hoch waren. Darüberhinaus mußte selbst für den Fall, daßder überwiegende Teil des Kugellagerkäfigs aus Metall gegossen wurde, ein Nockenelement vorgesehen werden muß*e, um die Verbindungspfade zu bilden, auf denen die Kugeln von den Pfaden für die belasteten Kugeln zu den Pfaden für die unbelasteten Kugeln und umgekehrt gelangen konnten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Er-

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findung nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Kugellagerkäfig vorzuschlagen, welcher unter Beibehaltung einer hohen Maßgenauigkeit leicht und billig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch einen Kugellagerkäfig gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus mehreren zu einem langgestreckten Ring zusammengesetzten, länglichen Segmenten besteht, daß jedes der Segmente einen im wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden Schlitz aufweist, an dessen Enden sich gekrümmte Schlitzteile befinden, daß jedes der Segmente eine im wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Aussparung aufweist, an deren Enden sich gekrümmte Aussparungsteile befinden, die in die gekrümmten Schlitzteile münden,und daß Elemente vorgesehen sind, um die Segmente derart gegeneinander auszurichten, daß die Schlitze Pfade für belastete Kugeln bilden, daß die Aussparungen Pfade für unbelastete Kugeln bilden und daß die gekrümmten Aussparungsteile und Schlitzteile Verbindungspfade für die Kugeln bilden.

Ein solcher Kugellagerkäfig, welcher insbesondere für kombinierte Linear- und Drehkugellager geeignet ist_s kann mit einem Kostenaufwand gegossen werden, welcher beträchtlich niedriger ist als die Kosten für das Gießen eines einstückigen Kugellagerkäfigs* Darüberhinaus benötigt ein erfindungsgemäßer Kugellagerkäfig kein getrenntes Nockenelement zur Ausbildung der Verbindungspfade für die Kugeln. Es ist also ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß der Kugellagerkäfig bzw. seine Einzelteile in einer relativ einfachen Form gegossen werden können.

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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es» daß das Gießen des Kugellagerkäfigs geringere Kosten verursacht als das Gießen eines einstückigen KIfige ähnlichen Aufbaue.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Kugellagerkäfig für ein kombiniertes Linear- und Drehkugellager aus einer Anzahl von Segmenten und ist ein langgestreckter ring- bzw. zylinderförmiger Körper mit einer in axialer Richtung verlaufenden Aussparung! welche einen Pfad für unbelastete Kugeln bildet und längs einer der Längskanten des Segmentes verläuft, wobei die Enden der Aussparung im Bereich der stirnseitigen Enden der Segmente gekrümmt sind und zu einem in axialer Richtung verlaufenden Schlitz führen» der zwischen den Längsseiten des Segmentes verläuft, mindestens eine Belastungswalze aufzunehmen vermag und «inen Pfad für belastete Kugeln bildet. Ferner weisen die Segmente des erfindungsgemäßen Kugellagerkäfigs in Umfangsrichtung verlaufende Nockenelemente auf, welche in axialer Richtung einen Abstand voneinander besitzen und an der der Aussparung gegenüberliegenden Längsseite der Segmente angeordnet sind. Diese Zapfen passen in die gekrümmten Aussparungsteile eines benachbarten Segments und vervollständigen den durch die Aussparung gebildeten Pfad für die unbelasteten Kugeln bei diesem benachbarten Segment sowie die Verbindungspfade zwischen den Pfaden für unbelastete und den Pfaden für belastete Kugeln.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche.

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In der Zeichnung, in welcher gleiche Teile durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kugellagerkäfigs für ein kombiniertes Linear- und Drehkugellager einschließlich der Belastungswalzen und der Kugeln;

Fig. 2 eine Stirnansicht des Kugellagerkäfigs gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein eingebautes Kugellager mit einem erfindungsgemäßen Kugellagerkäfig gemäß Fig. 1, wobei einige TEiIe zur Verdeutlichung weggelassen sind;

Fig* H einen Längsschnitt durch das kugellager gemäß Fig. 3 längs der Linie H-4 in dieser Figur;

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Segment eines Kugellagerkäfigs gemäß Fig, Ij

Fig. 6 einen Längsschnitt durch das Segment gemäß Fig. 5 längs der Linie 6-6 in dieser Figur',

Fig. 7 eine Unteransicht eines Segments für einen Kugellagerkäfig gemäß Fig. 1;

Fig. 8 eine Stirnansicht eines Segments für einen Kugellagerkäfig gemäß Fig. Ij

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Fig. 9 einen Querschnitt durch das Segment gemäß Fig. 5 längs der Linie 9-9 in dieser Figur, und zwar in vergrössertem Maßstab und

Fig.Io einen Querschnitt durch einen Teil des Segments gemäß Fig. 5 längs der Linie lo-lo in dieser Figur.

In den Figuren 1 bis 4 der Zeichnung ist das kombinierte Linear- und Drehkugellager gemäß der Erfindung insgesamt mit dem Bezugszeichen Io bezeichnet. Dieses Kugellager kann in einem äusseren Mantel bzw. in einem Gehäuse 12 angeordnet sein sowie auf einer Welle 14. Der Kugellagerkäfig,mit dem sich die vorliegende Erfindung befaßt, ist insgesamt mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet. Wie nachstehend noch näher erläutert werden soll, besitzt der Kugellagerkäfig 16 eine Anzahl von Pfaden 18 für belastete Kugeln und eine Anzahl von Pfaden 2o für unbelastete Kugeln. Verbindungspfade 22 in der Nähe der Stirnseiten des Kugellagerkäfigs 16 verbinden die Enden der Pfade für die belasteten Kugeln mit den Enden der Pfade 2o für' die unbelasteten Kugeln. Zwischen den Pfaden für die belasteten Kugeln und dem Gehäuse 12 sind Belastungswalzen 24 angeordnet, welche derart mit den Kugeln 26 zusammenwirken, daß diese in belasteter Wirkverbindung mit den Belastungswalzen 24 und der Welle 14 stehen. Bei dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel sind die Belastungswalzen 24 mit konischen Enden 28 versehen, welche von den Kugeln 26 erfaßt werden, wenn diese sich durch die gekrümmten Verbindungspfade bewegen, wodurch den Belastungswalzen 24 eine Drehbewegung erteilt wird.

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Der bis hierher beschriebene Aufbau des Kugellagers bzw. des Kugellagerkäfigs ist mit Ausnahme der Tatsache, daß der Kugellagerkäfig 16 aus Segmenten aufgebaut ist» der gleiche wie er bereits in der oben erwähnten früheren Anmeldung vorgeschlagen wurde. Die Einzelheiten der Funktionen des Kugellagers sindp.n dieser Anmeldung beschrieben.

Die Figuren 5 bis Io zeigen Einzelheiten der Segmente, aus denen der Käfig 16 hergestellt ist, wobei jedes Segment insgesamt mit dem Bezugszeichen 3o bezeichnet ist. Wie weiter unten noch ausgeführt werden soll, besteht der Käfig bei dem hier betrachteten, bevorzugten Ausführungsbeispiel aus acht Segmenten 3o. Die Segmente 3o werden aus einem geeigneten Material gegossen, beispielsweise aus Zink, Aluminium oder dergleichen. Jedes Segment 3o besitzt eine zylinderförmig gekrümmte Innenfläche 32 sowie eine ebenfalls zylinderförmig gekrümmte Aussenfläche 31 und Längsseiten 36 und 38, die in radial zur Längsachse des Kugellagers verlaufenden Ebenen liegen.

Jedes der Segmente 3o besitzt eine in axialer Richtung verlaufende Aussparung Uo, und zwar unmittelbar an der Längsseite Die Tiefe der Aussparung Uo in radialer Richtung ist etwas grosser als die halbe Stärke des Segmentes 3o, so daß diese Nut oder Aussparung Uo einen Pfad 2o für unbelastete Kugeln zu bilden vermag, wie dies noch beschrieben werden soll.

Jedes der Segmente 3o besitzt ferner gekrümmte Aussparungsteile U2 und UU, und zwar in der Nähe seiner stirnseitigen Enden,

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wobei die gekrümmten Auesparungsteile von den Enden der Aussparung Ho EU gekrümmten Schlitzteilen 46 und 48 eines in axialer Richtung verlaufenden Schlitzte So verlaufen, der zwischen den Längsseiten 36 und 38 in dem Segment 3o vorgesehen ist. Es versteht sich, daß die gekrümmten Aussparungsteile ausgehend von der Aussparung 4o bis zu den gekrümmten Schlitzteilen 46 und 48 des Schlitzes So allmählich tiefer werden. Der Schlitz 5o ist im Querschnitt so ausgebildet, daß sich angrenzend an die Innen» fläche 32 des Segments 3o Haltelippen 52 und 54 ergeben.

Jedes der Segmente 3o ist mit einem Paar von eich in Umfangsrichtung erstreckenden Nockenelementen bzw. Zapfen 56 und 58 versehen, welche an der Längsseite 38 im axialen Abstand von** einander angeordnet sind. Di· Abmessungen der Zapfen 56 und SB sind so ι daß die Zapfen an einem Segment bei zusammengebautem Kugellagerkäfig in die gekrümmten Verbindungspfade des benachbarten Elements hineinpassen, so daß die Längsseite 38 des einen Segments sich gegen die Längsseite 36 des benachbarten Segments abstützt und den Pfad 2o für die unbelasteten Kugeln vervollständigt DarUberhinaus besitzen die Zapfen einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt, wie dies Fig. Io zeigt, so daß sie auch die Verbindungspfade 22 in dem zusammengesetzten Kugellagerkäfig vervollständigen.

Beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Kugellagerkäfigs 16 wird zunächst eine Anzahl von Segmenten 3o derart zusammengesetzt, daß sich ein geschlossener, langgestreckter Ring ergibt, wobei die Zapfen 56 und 58 an jedem Segment jeweils in das benachbar-

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te Segment hineinragen» und zwar so, daß sie dort über den gekrümmten Aussparungsteilen H 2 und H-ty liegen. Nachdem dies erfolgt ist, liegen die Längsseiten 36 und 3 8 benachbarter Segmente 3o aneinander an. Bei dem dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Kugellagerkäfig 16 aus acht Segmenten. Es versteht sich jedoch, daß je nach Anzahl der erwünschten Pfade für die Kugeln auch eine grössere oder kleinere Anzahl von Segmenten verwendet werden kann.

Nachdem die einzelnen Segmente zusammengesetzt sind und sich in einer Halterung befinden, werden die Kugeln 26 und die Belastungswalzen 2H in den Kugellagerkäfig eingesetzt. Beim Herausnehmen dieser Anordnung aus der Halterung wird ein Mantel, wie
zum Beispiel der Mantel 12, darübergeschoben-, und das Lager kann nunmehr installiert werden.

Aus den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die Segmente 3o des erfindungsgemäßen Kugellagerkäfigs in wesentlich einfacheren Formen hergestellt werden können als ein einstückig ausgebildeter Kugellagerkäfig. Nach Herstellung der Form für die Segmente kann eine Vielzahl dieser
Segmente aus einem geeigneten Material, wie zum Beispiel Zink,
Aluminium oder dergleichen, gegossen werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ferner deutlich, daß die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst wurde. Es wurde
ein neuartiger, aus einzelnen Segmenten zusammengesetzter Kugellagerkäfig geschaffen, der sich insbesondere für lineare Kugel-

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lager sowie für kombinierte Linear- und Drehkugellager eignet. Der erfindungsgemäße KUge!lagerkäfig läßt sich ferner durch Gießen der einzelnen Segmente mit einem Kostenaufwand herstellen, welcher beträchtlich geringer ist als die Kosten für das Gießen eines einstückigen Kugellagerkäfigs ähnlichen Aufbaus. Hinzu kommt noch, daß der aus Segmenten aufgebaute Kugellagerkäfig kein besonderes Nockenelement für die Umlenkung der Kugeln benötigt. Obwohl vorstehend Belastungswalzen mit konischen Enden beschrieben wurden, versteht es sich, daß die Enden der Belastungswalzen auch in anderer Weise ausgestattet werden könnten, beispielsweise quadratisch. Des weiteren wurde vorstehend erwähnt, daß die Segmente des Kugellagerkäfigs aus einem geeigneten Metall, wie zum Beispiel Zink, hergestellt werden können. An dieser Stelle soll ergänzend darauf hingewiesen werden, daß die aus Zink bestehenden Gußteile, falls dies erwünscht ist, mit Chrom oder Nickel plattiert werden können. Die Kugellagerkäfige können schließlich auch ausreichend dick gemacht werden, um zwei Belastungswalzen aufnehmen zu können, wie dies in der oben erwähnten Anmeldung vorgeschlagen wurde.

Abschließend soll noch darauf hingewiesen werden, daß bestimmte Merkmale und Unterkombinationen des vorstehend beschriebenen Kugellagers auch für sich betrachtet vorteilhaft sind und getrennt von den anderen Merkmalen und Unterkombinationen angewandt werden können. Ferner wird aus der vorstehenden Beschreibung deutlich, daß Einzelheiten des erfindungsgemäßen Kugellagerkäfigs gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abgeändert werden können, ohne daß hierdurch der Grundgedanke der Erfindung verlassen würde.

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Claims

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Patentansprüche

Kugellagerkäfig insbesondere für lineare Kugellager und kombinierte Linear- und Drehkugellager» dadurch gekennzeichnet, daß er aus mehreren zu einem langgestreckten Ring zusammengesetzten, länglichen Segmenten (3o) besteht, daß jedes der Segmente (3o) einen im wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden Schlitz (So) aufweist, an dessen Enden sich gekrümmte Schlitzteile (46, 48) befinden, daß jedes der Segmente (3o) eine im wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Aussparung (4o) aufweist, an deren Enden sich gekrümmte Aussparungsteile (42, 44) befinden, die in die gekrümmten Schlitzteile (46, 48) münden, und daß Elemente (56, 58) vorgesehen sind, um die Segmente (3o) derart gegeneinander auszurichten, daß die Schlitze (5o)_ Pfade (18) für belastete Kugeln (26) bilden, daß die Aussparungen (4o) Pfade (2o) für unbelastete Kugeln (26) bilden und daß die gekrümmten Aussparungsteile (42, 44) und die Schlitzteile (46, 48) Verbindungspfade (22) für die Kugeln (26) bilden.

2. Kugellagerkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (4o) in Umfangsrichtung im Abstand von dem Schlitz (5o) angeordnet ist.

3. Kugellagerkäfig nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich-

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net, daß die Segmente (3o) im Querschnitt bogenförmig ausgebildet sind (Fig. 9).

H. Kugellagerkäfig nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (3o) eine zylinderförmig gekrümmte Innenfläche (32) und zylinderförmig gekrümmte Aussenflache (34) aufweisen.

5. Kugellagerkäfig nach Anspruch 1 bis H, dadurch gekennzeichnet, daß die SEgmente (3o) Längsseiten (36, 38) aufweisen, die bei zusanunengebautem Kugellagerkäfig (16) in radial zur Längsachse desselben verlaufenden Ebenen liegen.

6. Kugellagerkäfig nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Schlitz (5o) zwischen den Längsseiten (36, 38) liegt.

7. Kugellagerkäfig nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Schlitzteile (>+6, «48) in Richtung auf eine der Längsseiten (36) gekrümmt sind, daß die Aussparung (Mo) längs dieser Längsseite (36) vorgesehen ist und daß die gekrümmten Aussparungsteile (U2, HO in Richtung auf die andere Längsseite (38) gekrümmt sind.

8. Kugellagerkäfig nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an die mit der Aussparung C+o) versehene Längsseite (36) eines Segments (3o) angrenzende Längsseite (38) eines benachbarten Segments (3o) einen Teil der Wandung des Pfades (2o) für die unbelasteten KUgeln (26) bildet.

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9. Kugellagerkäfig nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (5o) im Querschnitt so ausgebildet ist, daß sich an der Innenfläche (32) jedes der Segmente (3o) längs des Schlitzes (5o) Haltelippen (52, 54) für die Kugeln (26) ergeben,

10. Kugellagerkäfig nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (56, 58) zum gegenseitigen Ausrichten der Segmente (3o) an der einen Längsseite (38) derselben in axialem Abstand voneinander angeordnete Zapfen (56, 58) sind» die in das benachbarte Segment (3o) im Bereich der gekrümmten Aussparungsteile (42,. UU)hineinragen;

11. Kugellagerkäfig nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (56, 58) einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt besitzen (Fig. lo) und einen TEiI der Wandung der Verbindungspfade (22) bilden.

12. Kugellagerkäfig nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die SEgmente (3o) einstückige Metallteile sind,

13. Kugellagerkäfig nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (5o) und die Aussparung (Ho) zur Aussenflache (34) der Segmente (3o) offen sind.

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