DE2558196A1

DE2558196A1 - Vorrichtung zur axialen fuehrung durch kugelberuehrung

Info

Publication number: DE2558196A1
Application number: DE19752558196
Authority: DE
Inventors: Denis Borel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-24
Filing date: 1975-12-23
Publication date: 1976-07-08
Also published as: FR2296122A1; CH604032A5; FR2296122B1

Description

G 50 171

Denis BOREL, Saint-Blaise (Schweiz)

Vorrichtung zur axialen Führung durch Kuge!berührung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur axialen Führung und Lagerung durch Kugelberührung auf einer ¥elle und mit unbegrenzter linearer Verschiebung, mit einer äusseren Hülse und einem Käfig im Inneren der Hülse, welcher in sieh geschlossene Kugelumlaufwege mit Kugeln aufweist, und wobei in der Hülse Arbeitsbereiche, in denen die Kugeln in Berührung rait der Hülse sowie der ¥elle stehen, sowie Freigabebereiche für den Rücklauf der Kugeln angebracht sind.

Man kennt bereits Führungsvorrichtungen mit Kugeln unter den verschiedensten Bezeichnungen, beispielsweise Axiallager, Lager mit unbegrenzter linearer Verschiebbarkeit, Hülsen— lager mit Kugeln und mit Kugelumlauf, Kugellager usw. Diese Bezeichnungen beziehen sich sämtlich auf die gleiche Funktion, nämlich die Führung eines zylindrischen Elementes mittels eingesetzter Kugeln auf einer ¥elle, wobei die Kugeln auf einer oder mehreren endlosen Bahnen umlaufen, wodurch ein unbegrenzter Lauf erreicht wird. Dieses System bringt bei der Bewegung der Seiten—

Mo/ht 609828/0233

verschiebung Vorteile, welche die Kugellager besitzen, die nur für eine Drehung ausgebildet sind, beispielsweise die niedrigen Reibungskoeffizienten, die Funktionssicherheit und die Lebensdauer .

Das Axial—Kugellager ist schon seit mehreren Jahr— zehnten bekannt. Es ist ständig verbessert worden und ersetzt hettte mit Vorteil andere Führungsformen, beispielsweise glatte Hülsen, Schalenlager, geschabte oder geschliffene Gleitlager und Rollenlager.

Heute ist bekannt, dass die Anforderungen, welche an solche Elemente gestellt werden müssen, sehr vielseitig sind. Um nun dem Lager neue Anwendungsgebiete zu erschliessen, ist es erforderlich, Kugellager zu entwickeln, welche den neuen Anforderungen besser entsprechen.

Man kann bei axialen Kugellagern zwei grosse Anwen— ctangsgruppen unterscheiden, nämlich:

1 . Das gewöhnliche Lager, beispielsweise für Kurbeln oder Bedienungshebel ; für diese Lager genügt eine mittlere Präzision. Biese Kategorie von Lagern ist zur Zeit in vielen Varianten handelsüblich, und die ¥eiterentwicklung ist insbesondere auf die Senkung der Herstellungskosten gerichtet; 2. Präzisionslager, die insbesondere für Verkzeugmaschinen, auf dem Gebiet der Optik, der Elektronik, in Messinstrumenten und Laboratoriums—Prototypen Verwendung finden, und für diese Lager sind hohe Anforderungen an die Lagerungseigenschaften üblich. Die Weiterentwicklungen auf diesem Gebiet richten sich hauptsächlich auf die Verbesserung der Technik in Richtung auf höchste Leistungen.

Bei sämtlichen bekannten Axial—Kugellagern ist die Anzahl der Kugelbahnen zu klein, und die tragende Länge dieser Baismea ist im Verhältnis zur Gesamtlänge des Lagers zu kurz. Die Anzahl der in Arbeitsberührung stehenden Kugeln ist daher ungej nnd somit lässt die Präzision des Lagers oft zu wünschen

609828/0233

übrig. Man hat insbesondere die folgenden Nachteile festgestellt:

— ungenügende Starrheit der Torrichtung schon bei kleinen und mittleren Belastungen;

— zu grosser Druck pro Kugel;

— Ermüdung und Abnutzung der Kugeln;

— Markierung der Abwälzwege, wodurch Rinnen entstehen, die die Führungspräzision zunichte machen;

— zu grosser Platzbedarf;

— oft ungenügende Präzision der Konzentrizität; und

— ruckweiser, vibrierender Lauf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Schaffung einer axialen Führungsvorrichtung, welche die bestehenden Lager ersetzen kann und deren Nachteile, die oben geschildert sind, beseitigt. Die neue Vorrichtung soll die folgenden Eigenschaften aufweisen:

— eine erhöhte Anzahl von Kugelbahnen, in denen die Kugeln in Arbeitsstellung sind, unter Aufrechterhai tung des genauen und richtigen Kugeldurchmessers;

— eine grössere tragende Länge der Kugelbahnen;

— geringerer Platzbedarf, d.h. ein günstigeres Verhältnis von Aussendurchmesser zu ¥ellendurchmesser;

— eine Justierung auf der Yelle in der Grössenordnung des Mikrometers;

— eine grosse Präzision der Konzentrizität und

— die Möglichkeit, die Kugelbahnen zu verlegen und dadurch die Lebensdauer der Vorrichtung zu vervielfachen.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist nun dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Lageeinstellung des Käfigs gegenüber der Hülse aufweist, die so ausgebildet sind, dass Mehrfach-Polarstellungen des Käfigs gegenüber der Hülse wählbar und einstellbar sind, wobei jede Polarstellung einer festgelegten Bahn der mit der ¥elle in Berührung stehenden Kugeln auf den Arbeitsbereichen der Hülse entspricht.

609828/0233

Nach weiterer Erfindung sind an den beiden Enden der Vorrichtung Endlagerplatten angebracht, die mit der Hülse oder dem Käfig verbunden sind, und mindestens eine der Endlager— platten steht im Eingriff mit den Mitteln zur Lageeinstellung, und diese Mittel zur Lageeinstellung weisen mindestens einen Druckeinstellstift auf, der im Käfig oder in der Hülse angeordnet ist und in entsprechende Ausnehmungen ragt, die in mindestens einer der Endlagerplatten angebracht sind.

Nach einer anderen Ausführungsform sind die Mittel zur Lageeinstellung mindestens ein Druckstift, der sich im Käfig oder der Hülse befindet und dessen Kopf konische Ebenen aufweist, welche sich mit "verschiedenen Abständen'seiner Achse befindet, derart, dass jede konische Ebene auf mindestens eine Kante einer Oeffnung drückt, die in mindestens einem Drucklager angebracht ist und dem Druckstift gegenüber liegt.

Veiterhin weist die Hülse an ihren Enden innere Bereiche in Form von Kegelstümpfen auf, welc~he Aufstiegs- und Abstiegsrampen für die Kugeln gegenüber liegen, welche sich an den Enden des Käfigs befindet, wobei die Aufstiegs- und Abstiegsrampen derart in den Käfig eingefräst sind, dass der höchste Punkt der Kugeln stets einen konstanten Abstand von den kegelstumpfförmigen Bereichen der Hülse auf der gesamten Länge der Kämpfen besitzt, und die Hülse weist weiterhin eine Einfüllöffnung auf, deren Durchmesser etwas grosser als derjenige der Kugeln ist. Durch diese Oeffnung werden die letzten Kugeln in die Kugelumlaufwege eingebracht und die Oeffnung danach durch eine Schraube verschlossen.

Schliesslich sind bevorzugt der Käfig unöjdie Hülse aus Stahl gefertigt.

Die Zeichnung zeigt zur Erläuterung des Erfindungen gegenstandes mehrere Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur axialen Führung und Lagerung und mit unbegrenzter linearer Verschiebbarkeit, in welcher Kugeln in Berührung mit einer Velle stehen.

609828/0233

255°196

Im der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer ersten AusführungsforiE der erfindungsgeisässen Vorrichtung,

Pig. 2 eine Vorderansieht der Ausfiihrungsform geiaäss Pig· *f vobei die endständige Endlagerplatte teilweise gebrochen dargestellt ist,

Pig· 3 eine Betai!ansieht mit einem parallel zur

Längsachse geführten Schnitt eines Endes der Vorrichtung mit den Aufstiegs— and Abstiegsraapen der Kugeln» die in einen Kugelkäfig eingefräst sind*

Pig. 4 eine Ansicht des ¥eges, der von den Kugeln in den Aufstiegs— und Abstiegsrampen des Kugelkäfigs durchlaufen wird,

Fig. 5 eine Vorderansicht einer zweiten Äusführungs— fore der erfindungsgeiaässen Vorrichtung, wobei die endständige Endlagerplatte teilweise gebrochen gezeichnet ist,

Fig. 6 einen Schnitt in vergrössertem Massstab gemäss der Linie YI-YI in Fig. 5, wobei ein Einstellstift mit automatischer Lageeinstellung der Vorrichtung dargestellt ist, Fig. 7 eine Seitenansicht des Stiftes gemäss Fig. 6, Fig. 8 eine Vorderansicht des Stiftes geisäss Fig. 6,

Fig. 9 eine Vorderansicht des Stiftes gemäss Pig. 6 bis 8 bei seinem Zusammenwirken mit einer Endlagerplatte der Vorrichtung gesaass Fig. 5, wobei der Stift drei Lagen einzustellen gestattet,

Fig. 10 eine Seitenansicht der Yorrichttmg gemäss Fig. 5 bis 9_f wobei ein Teil der Hülse gebrochen dargestellt ist, und wobei ein elastisches Element zur Erzeugung eines Drehmomentes zwischen der Hülse und deia Kugelkäfig vorgesehen ist,

Fig. 11 eine Vorderansicht einer dritten Ausführungs— form der erfindungsgeeaässen Vorrichtung mit einer Oeffnting von

60°, und

Fig. 12 einen Schnitt geiaäss der Linie XII—XII in

603323/0233

Fig. It.

Die Ausführungsfarm der Vorrichtung 1, die in Fig. 1 bis 4 dargestellt ist, ist zur Ermöglichung einer unbegrenzten seitlichen Verschiebung auf einer ¥elle 2 ausgebildet. Die Vorrichtung 1 weist eine rohrförmige Hülse 3 aus Stahl auf, "welche im linieren Arbeitsbereiche 4 (Fig. 2) aufweist, die gleichen Abstand voneinander haben und die gleichen Abmessungen aufweisen und die durch Freigabebereiche 5 voneinander getrennt sind, welche ihrerseits gleichen Abstand voneinander und He gleichen Abmessungen haben. Bie im gleichen Abstand befindlichen Bereiche und. 5 befinden sich auf zwei unterschiedlichen Durchmessern, wobei der unterschied der Durchmesser etwa einem Zehntel des Kugelcfarchraessers entspricht. Die Gruppe der Bereiche 4_r welche auf dem kleineren Durchmesser liegen, ist nach einem besonderen Verfahren geschliffen und ermöglicht den Kontakt der Kugeln in deren Arbeitsstellung. Andererseits lässt die Gruppe der Bereiche 5 amf dem. grösseren Durchmesser eine radiale Passage für den MfEcklamf der Kugeln frei. Die Bereiche 4 und 5 sind geradlinig und. verlaufen parallel zur Längsachse der Vorrichtung. Ihre Länge betragt bis zu 85 % der Gesamtlänge der Vorrichtung 1. An jedem Ende der Hülse 3 befinden sich Bereiche in Form eines Rotations— Eegelsteapfes 6, der einen Oeffnungswinkel Qp (Fig. 3) aufweist, welcher dem Aufstiegswinkel der Kugelumlaufwege im Käfig ent— sprieltty siehe unten. Die Bereiche 6 sind mit einer hohen axialen und radialen Präzision ausgeführt. Die Hülse 3 endet beidseitig in kearzen zylindrischen Bereichen 7 bzw. 8 und 9, welche zur einer Endlagerplatte und von Stattbscimtz-Einrichtungen

diemem. Bie Hülse 3 weist eine Oeffnung IO (Fig. 1 und 2) auf_r die radial angebracht ist und einen Durchmesser hat, der denjenigen einer Kugel etwas übersteigt. Sie ist mittels einer Schraube It verschlossen. Die Oeffnung dient bei der Montage zum Einführen der letzten Kugeln in die Umlauf wege.

Zwischen der Hülse 3 und der ¥elle zwei ist ein Lg 13 aus Stahl angeordnet. Im Käfig 13 sind die Umlauf—

60S828/0233

⁷ ~ 255^196

wege 14 für die Kugeln 15 eingearbeitet. Die Umlaufwege 14 bestehen aus zwei zueinander parallelen geradlinigen Stücken über die Länge des Käfigs 13, welche den Käfig vollständig durchsetzen. Die Länge dieser beiden geradlinigen Stücke ist mit der Länge der Arbeitsbereiche 4 in der Hülse 3 identisch, und die Stücke sind mit einer Schleife an beiden Enden miteinander verbunden. Die beiden Schleifen des Umlaufweges bilden zwei Aufstiegsrampen und zwei Abstiegsrampen für die Kugel und heben die Berührung der Kugeln 15 mit der ¥elle 2 auf. Die Bearbeitung der geradlinigen und der schleifenförmigen Stücke wird mit hoher Präzision in den drei Dimensionen vorgenommen und derart berechnet, dass die Schleifen genau den kegelstumpfförmigen Bereichen 6 der Hülse 3 entsprechen, wobei ein konstantes radiales Spiel für die Kugeln (Fig. 3) eingehalten wird. Der Zentrumswinkel, der den Abstand definiert, welcher die beiden geradlinigen Stücke des gleichen Umlaufweges voneinander trennt, beträgt 360 /2(E-1)= 180°/(E-1). Die Umlaufwege sind über den Umfang des Käfigs gleichmässig verteilt und haben eine gegenseitige ¥inkellage, welche durch 360°/E definiert ist, wobei E die Anzahl der Kugelumlaufwege darstellt. Die Anzahl der Arbeitsabschnitte und der Freigabebereiche hat gleichfalls den Vert E. Die Gesamtlänge eines Kugelumlaufweges ist derart berechnet, dass sie einem Mehrfachen des Kugeldurchmessers entspricht, wobei natürlich die Fabrikations— und Betriebstoleranzen einzurechnen sind. Bei dieser Berechnung muss man natürlich die Strecke berücksichtigen, welche auf die Schleifen entfällt. Das seitliche Spiel der Kugeln in den Umlaufwegen beträgt etwa das 0,06-fache des Durchmessers einer Kugel. Sämtliche Angaben betreffend die Zentrumswinkel der Kugelumlaufwege, der Arbeits- und Freigabeabschnitte, die Grosse der Kugeln im Verhältnis zur Yelle, das Spiel der Kugeln in den Umlaufwegen usw. sind weiter unten im einzelnen erläutert.

Yie aus Fig. 2, 3 und 4 hervorgeht, stellen die geradlinigen Stücke der Umlaufwege 14 Ausnehmungen dar, welche den

609828/0233

Käfig 13 vollständig durchsetzen, derart, dass die Kugeln 15 in Berührung mit der Velle 2 und der Hülse 3 stehen können, indem sie durch die Ausnehmungen der geradlinigen Stücke 14 des Käfigs 3 hindurchragen. An seinen beiden Enden -weist der Käfig 13 Aufstiegsrampen 16 und Abstiegsrampen 17 (Fig. 1 und 3) auf, welche eine Schleife bilden, die den Kugeln eine Aenderung ihrer Laufrichtung um 180 ermöglicht. Bei 18 (Fig. 3) verlassen die Kugeln die Yelle 2 und beginnen ihren Aufstieg auf die Rampe 16. Aus Fig. 3 geht hervor, dass die Rampen 16 und 17 einen Yinkel (p mit der Längsachse bilden, welcher mit dem Oeffnungswinkel der kegelstumpfförmigen Teile 6 der Hülse 3 identisch ist, und ausserdem bleibt genug Material stehen, um die mittle.re Zunge 19 (Fig. 1 ) in jedem Umlaufweg 14 zu halten. Der Yinkel Cf kann beispielsweise zwischen 7 und 20 liegen.

In Fig. 4 ist bei 20 die Linie dargestellt, welche vom Mittelpunkt einer Kugel 15 beschrieben wird, welche ihre Berührung mit der Yelle 2 und der Hülse 3 verlässt, um auf die Rampe 16 bei 21 aufzusteigen, die Rampe 16 zu durchlaufen, wobei sie eine Richtungsänderung um 90 erfährt, bei 22 an der höchsten Stelle der Rampe 16 anzukommen und schliesslich die Rampe 17 abzusteigen, um sie bei 23 zu verlassen, wobei eine zweite Richtungsänderung um 90 auftritt.

Die Bearbeitung der beiden Rampen 16 und 17 ist so ausgeführt, dass beim Durchlaufen dieser Rampen durch eine Kugel 15 diese stets im gleichen Abstand von der Hülse 3 bleibt, ohne diese jedoch zu berühren. Das konstante radiale Spiel zwischen dem höchsten Punkt der Kugel 15 und dem kegelstumpfförmigen Bereich 6 der Hülse 3 kann dadurch erzielt werden, dass man für die Bearbeitung die Berechnung eines Teiles einer Sinuskurve zugrunde legt, die durch die Linie 20 zwischen dem Aufstiegspunkt 21 und dem Abstiegspunkt 23 dargestellt wird. Die Sinus— kurve 20 in Fig. 4 projiziert sich in die Linie 24 in Fig. 3 in einer Radialebene, welche durch die Längsachse der Vorrichtung 1

609828/0233

2551196

geht, wobei die Linie 24 den Vinkel (ξ> mit der ¥elle 2 bildet, -welcher mit dem Vinkel ^ff zwischen der Velle 2 und der kegelstumpf förmigen Fläche 6 der Hülse 3 identisch ist (Fig. 3). Auf diese Veise bleibt das Spiel, welches zwischen dem höchsten Punkt der Kugeln 15 und dem Kegelstumpf 6 in der Hülse 3 vorgesehen ist, konstant.

Der Kugelkäfig 13 besitzt einen Innendurchmesser, der im allgemeinen um etwa 1/75 grosser als der Aussendurchmesser der Velle 2 ist. Der Käfig wird an seinen beiden Enden in der Hülse durch zwei Endlagerplatten 30 und 31 festgehalten, welche die Form von Scheiben haben, weichejaus Metall bestehen und in der Hülse 3 befestigt sind. Die ringförmigen Räume 32 und 33, welche durch zylindrische Ausnehmungen in der Hülse 3 und in den Platten 30 und 31 gebildet werden (Fig. 1) können mit einem Kunststoff ausgefüllt werden, welchen man in diese Ringräume 32 und 33 durch Löcher einspritzen kann., die nicht dargestellt sind. Die Endlagerplatten 30 und 31 können aber auch nicht mit der Hülse, sondern mit dem Käfig verbunden sein.

Die Endlagerplatte 30 an einem Ende der Hülse 3 (Fig. 2) weist vier Bohrungen 34, 35, 36 und 37 auf, welche zur Aufnahme von Stiften 38 und 39 bestimmt sind, welche man in entsprechende Bohrungen des Käfigs 13 gegen die Virkung einer Feder 40 und 41 (Fig. 1) einführen kann. Aus Fig. 2 geht hervor, dass die Stifte 38 bzw. 39 am Rande des Käfigs über dem Durchmesser gegenüberliegen, wobei der Stift 38 nacheinander in die Bohrungen 34 und 35 der Endlagerplatte 30 und der Stift 39 nacheinander in deren Bohrungen 36 und 37 eingesetzt werden kann. Am höchsten Punkt der Endlagerplatte 30 ist eine langlochförmige Ausnehmung 42 angebracht, deren seitliche Ränder 43 und 44 Anlageflächen bilden, welche die Verschiebung eines Zapfens 45 begrenzen, der am Käfig 13 angebracht ist, wenn dieser Käfig 13 gegenüber der Hülse 3 gedreht wird, um die beschriebenen vorgesehenen Lagen anzunehmen« ¥ie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Stift 39 unter der Virkung der Feder 41 in die Bohrung 36 gedrückt, und der Käfig

2553196

befindet sich in der Lage I bezüglich der Hülse 3. Um nun den Käfig gegenüber der Hülse zu verstellen, drückt man den Stift beispielsweise mittels einer Nadel oder einem Körner ein und dreht den Käfig um einige Vinkelgrade in Uhrzeigerrichtung, so dass der Stift 38 in die Bohrung 34 eingreift und den Käfig in der Lage II festhält. Durch Niederdrücken des Stiftes 38 und ¥eiterdrehen des Käfigs 13 in Uhrzeigerrichtung kann man diesen in die Lage III und durch Eindrücken des Stiftes 39 in die Lage IV bringen. In der Lage IV liegt der Zapfen 45 an der Anschlagfläche 44 der Umfangsausnehmung 42 an, und der Käfig lässt sich nicht weiterdrehen. In jeder der vier aufeinanderfolgenden Lagen I bis IV nehmen die Kugellauf wege, in denen die Kugeln mit den Arbeitsabschnitten 4 der Hülse 3 in Berührung sind, vier aufeinanderfolgende, auf den Arbeitsbereichen 4 der Hülse 3 regelmässig verteilte Bahnen an. Das Hauptmerkmal der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, dass man den Käfig gegenüber der Hülse in mehrere feste Lagen bringen kann. Dank dieser mehreren festen Lagen können neue Kugelbahnen auf den Arbeitsabschnitten und auf der ¥elle zur Verfügung gestellt werden. Die Lageeinstellungen ergeben daher vier verschiedene Umlaufwege und demgemäss die vierfache Lebensdauer der Vorrichtung. Die Kugeln nutzen sich nämlich weniger als die Bahnen ab, auf denen sie laufen, denn eine Kugel erneuert bei ihrer Bewegung ständig ihre Berührungspunkte. Eine grosse Anzahl von Kugeln nutzen eine relativ schmale Bahn auf den Arbeitsbereichen schneller ab, als wie sie selbst abgenutzt werden. Eine besonders interessante und wichtige Eigenschaft der neuen Vorrichtung beruht darauf, dass die Lageeinstellungen vorgenommen werden können, wenn die Vorrichtung in die Maschine eingebaut ist, ohne dass das Lager auseinandergenommen werden muss. Der Vorteil liegt darin, insbesondere im Falle einer sehr genauen Justierung, dass man bei der Nachstellung keine neue Justierung zwischen der Yelle und dem Lager vornehmen muss, denn das System kehrt unmittelbar und auto-

609828/0233

matisch zu seiner ursprünglichen Präzision zurück, ohne dass die oft teure und komplizierte Demontage vorgenommen oder das Lager gar ausgetauscht werden muss. Als Beispiel einer Anwendung sei das Säulenführungsgestell genannt.

Die beschriebene Vorrichtung ist axial geschlossen. Bei einer besonderen Ausführungsform wählt man acht Kugelumlauf— wege, acht Arbeitsabschnitte und acht Freigabeabschnitte. Bei einer Ausführungsform, bei denen sich die aufeinanderfolgenden Lagen des Käfigs gegenüber der Hülse um 5 unterscheiden, entspricht der Zentrumswinkel eines Arbeitsabschnittes der folgenden Berechnung: jede neue Kugelbahn ist um 5 gegenüber der vorhergehenden verschoben, daraus ergibt sich: (4 + 1)χ5 = 25 , und für den Freigabeabschnitt bleibt folgender Zentrumswinkel übrig: (360° - 8χ25°) / 8 = 20°. infolge des Verhältnisses (360° /E) / (360°/2(E-1)) können die Arbeitsabschnitte breiter als die Freigabeabschnitte sein, wobei wie beschrieben die gesarate Fläche des Arbeitsbereiches für die aufeinanderfolgenden Kugelbahnen ausgenützt werden kann und der Rücklauf der Kugeln in einem kleineren ¥inkelraum vor sich gehen kann.

Man kann aufgrund der Ausführungsidee dieser Variante der erfindungsgemässen Vorrichtung eine Blockierung des allge~ meinen inneren Kugelumlaufes durch polare Drehung der Velle vorsehen. Dazu genügt es, eine Stellung vorzusehen, bei der die beiden geradlinigen Stücke des Kugelumlaufweges beide in Berührung mit Arbeitsabschnitten in der Hülse und auch mit der ¥elle sind. Diese Stellung ist möglich, weil die Arbeitsabschnitte breiter als die Freigabeabschnitte sein können. In dieser Stellung tritt sofort eine Bremsung auf. Als praktisches Beispiel sei das Anhalten eines Arbeitstisches durch Fernbedienung an einem beliebigen Punkt seiner Bahn genannt.

Die zweite Ausführungsform der Vorrichtung, die in Fig. 5 dargestellt ist, ist nahezu identisch mit derjenigen, die im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 4 beschrieben wurde. Sie

609828/0233

2553196

weist die Hülse 3 mit den Endlagerplatten 30 und 31 , den Arbeitsabschnitten 4, den Freigabeabschnitten 5, den Käfig 13 mit den Kugellaufwegen 14 und die Einsat ζ öffnung 10 auf, die mit einer Schraube 11 verschlossen ist. Lediglich das Lageeinsteil— system ist unterschiedlich und besteht aus einem Einstellstift 46 mit besonderer Ausbildung, der in ein Fenster 46a ragt, welches in der Endlagerplatte 30 angebracht ist und eine automatische Lageeinstellung mit drei Stellungen I, II und III gestattet. Unter automatischer Einstellung versteht man die Tatsache, dass es nicht notwendig ist, den Käfig gegenüber der Hülse zu verdrehen. Es reicht aus, den Stift 46 zu verdrehen, und dadurch gelangt der Käfig von sich aus in seine neue Lage. Der Stift 46, der in Fig. 6, 7 und 8 dargestellt ist, weist einen Kopf 47 mit einer geraden Kante 48 (Fig. 6 und 8) und drei geneigte Kanten 49, 50 und 51 auf. Der Kopf ist asymmetrisch mittels einer Schraube 54 an einem Achsstift 52 angebracht, welcher einen Bereich mit einem grösseren Durchmesser 53 besitzt. Das ganze sitzt in einer Bohrung 55 des Käfigs und wird von einer Druckfeder 56 beaufschlagt. Diese Feder 56 stützt sich eines Teils gegen den Rand 57 einer zylindrischen Ausnehmung 58 und andererseits gegen den Bereich 53 des Stiftes 46 ab. Durch die Kraft der Feder 56 wird der*Kopf 47 gegen das Fenster 46a gedruckt. Der Kopf 47 hat derartige Abmessungen, dass er nicht durch das Fenster 46 hindurchtreten kann, hinter welchem er sich befindet. Zum Verständnis der ¥irkungsweise der Ausführungsform gemäss Fig. 5 bis 8 ist es erforderlich, Fig. 10 zu erklären, die eine Darstellung des anderen Endes der Hülse 3 zeigt. Aus Fig. 10 geht die Yelle 2 hervor, auf der sich die Vorrichtung 1 befindet, wobei die Hülse 3 teilweise aufgeschnitten gezeichnet ist, um die Endlagerplatte 31, den Kugelkäfig 13 und die Kugelumlaufwege 14 zu zeigen. Der Käfig 13 weist auf seinem Umfang eine ringförmige Ausnehmung 60 auf, in der sich eine Ringfeder 61 befindet, deren eines Ende 62 in die

609828/0233

-⁴³~ 2 5 5 ^p ΐ 9 6

Endlagerplatte 31 und deren anderes Ende 63 in den Käfig 13 ragt. Die Ringfeder 61 ist derart angebracht, dass sie ein Drehmoment zwischen dem Käfig und der Endlagerplatte ausübt, mit der Tendenz, den Käfig gegenüber der Hülse im Uhrzeigersinn zu verdrehen.

In der ersten Lageeinstellung I gentäss Fig. 5 und ■wird der Kopf 47 des Stiftes 46 durch die Yirkung der Feder gegen das Fenster 46a gedruckt, wobei die gerade Kante 48 und die geneigte Kante 50 gegen die Ränder des Fensters gedruckt werden und so jede Bewegung des Käfigs 13 gegenüber der Hülse 3 verhindern, obwohl die Feder 61 (Fig. 10) den Käfig 13 im Uhrzeigersinn verdrehen will.

Um von der Lageeinstellung I in die Stellung II zu gelangen, dreht man den Kopf 47 des Stiftes 46 um 90 im Gegen— Uhrzeigersinn» In diesem Augenblick entsteht noch keine Bewegung des Käfigs 13 gegenüber der Hülse 3, aber wenn die Vorrichtung anfängt sich zu drehen, kann die Feder 61 (Fig. 10) arbeiten, und der Käfig 13 verschiebt sich um einen geringen Betrag gegenüber der Hülse. Der Kopf 47 wird dabei durch die ¥irkung der Feder 46 (Fig. 6) in das Fenster 46a hineingedrückt, bis er die in Fig. 7 gezeichnete Stellung einnimmt, in der die beiden geneigten Flächen 49 und 51 in Berührung mit den Rändern des Fensters 46a sind. Der Käfig 13 bleibt dann in dieser Lage II. Vm nun in die Lageeinstellung III zu gelangen, dreht man den Kopf 47 wiederum um 90° im G-egenuhrzeigersinn, und schliesslich wird die Stellung eingenommen, die in Fig. 9 mit III bezeichnet und gestrichelt gezeichnet ist.

Me Feder 61 (Fig. 10) ist nicht unbedingt notwendig, um aen Käfig in die aufeinanderfolgenden Lageexnstellungen zu bringen. Die Anmelderin hat festgestellt, dass es ausreicht, den Stift 46 in die gewünschte Lage zu bringen, und der Käfig nimmt dann infolge der ganz geringen Vibrationen der Vorrichtung bei ihrem Betrieb die gewünschte Lage ein. Andererseits

609828/0233

kaum die Feder anordnung gemäss Fig. to mit Vorteil in die Aus— führungsfoxm der Vorrichtung gemäss Fig. 1 bis 4 eingebaut werden»

Es ist natürlich klar, dass die Feder 61 in Fig. 10 durch andere äquivalente elastische Mittel ersetzt "werden kann, beispielsweise ein. Gummielement, welches man zwischen zwei Anschläge am Käfig und an der Hülse bringt»

Die Ausführungsform gemäss Fig. 11 und 12 ist eine Variante der beschriebenen Ausführungsform» Es handelt sich um eine Kugellagervorrichtung mit unbeschränkter Verschiebbarkeit une|mlt einer Oeffnung von 60 » Sie hat die gleichen Herstellungsund Betriebseigenschaften wie die Vorrichtung gemäss Fig» 5 bis 10, wobei jedoch eine Oeffnung vorgesehen ist und die Anzahl und Verteilung der Kugelumlauf wege andere sind. Man hat in diesem Falle eine begrenzte Ausnutzung des geometrischen Raumes vorgesehen; diese Art Vorrichtung ist insbesondere für Anwendungen mit starker Belastung bestimmt, veil die "Welle, auf der sie arbeitet» unterstützt werden kann.

Die Vorrichtung gemäss Fig. 11 und 12 weist eine Hülse 3 mit seinen Arbeitsbereichen 4 und Freigab ebereichen 5, einen Kugelkäfig 13 mit seinen Kugelumlauf wegen 14, die End— lagerplatten 30 und 31 an den Enden und den Einstellstift 46 zur automatischen Käfigverschiebung wie in Fig. 5 bis 10 auf.

In der Ausführungsf orm gemäss Fig. 11 und 12 sind die Endlagerscheiben 30 und 31 offene Ringe, die mittels Schrauben 65 auf den Enden des Kugelkäfigs 13 verschraubt sind« Der Ein— stellstift 46 ist in diesem Falle in der Hülse 3 angebracht.

Bei dieser offenen Vorrichtung gernSss Fig. 11 und 12 beträgt die Anzahl E der Kugelumlaufwege ita allgemeinen vier für die Abmessungen bis zu einem Wellendurehmesser von 8 mm, sechs für einen Yellendurchmesser von 10 bis 18 mm, acht für einen Yellendurchmesser von 20 bis 30 mm uaid zehn für Yellendurchmesser von mehr als 35 mm. Diese Kugelumlauf wege sind regelmässig auf dem Umfange des Käfigs angeordnet, und ihre

609828/0233

255Π Ί 96

gegenseitige ¥inkellage ist durch das zwischen ihnen stehengebliebene Material bestimmt. Im allgemeinen beträgt diese gegenseitige ¥inkellage 360 /(E+2). Der Zentrumswinkel, welcher die geradlinigen Stücke eines Kugelumlaufweges voneinander trennt, hat ebenfalls einen ¥ert, der durch den verfügbaren Raum bestimmt ist, im allgemeinen von 360 /2(E+1). Die Anzahl der Freigabebereiche besitzt auch den gleichen Vert E; ihre unregelmässige ¥inke!verteilung kann bis zum Vierfachen derjenigen der Kugelumlaufwege betragen. Daraus ergibt sich, dass die Radialbelastung, welche der Oeffnung gegenüberliegt, noch erhöht werden kann. Andererseits muss man, falls die Belastung mit einem ¥inkel von 90 bis 180 gegenüber der Vertikalen angreift, eine Verringerung der Belastungsmöglichkeit wegen der Verteilung der Arbeitswege und deren Fehlen in der Oeffnung in Betracht ziehen.

Die Belastbarkeit, die Präzision der Vorrichtung und die vernachlässigbare elastische Deformation, welche auf die Hülse aus einem Stück zurückzuführen ist, gestatten die Verwendung der Vorrichtung für höchste Ansprüche. Durch dieses neue Lager ist es nun möglich, beispielsweise die Hochpräzi— sionsführung des Tisches von ¥erkzeugmaschinen zu erreichen und gleichzeitig den Reibungskoeffizienten sehr gering zu halten. Eine genaue Lageeinstellung und Justierung der Lager und der ¥ellen ist selbstverständlich erforderlich, um aus der hohen Präzision der neuen Vorrichtung den grössten Nutzen zu ziehen. Der Durchmesser der Sitze der erfindungsgemässen Vorrichtung ist ebenfalls sehr wichtig, denn er bestimmt das Spiel oder die Vorspannung des Lagers auf der ¥elle.

Die beschriebene Vorrichtung weist die folgenden Vorteile auf:

a) Umlauf der Kugeln auf einer Bahn, deren Spiel so eingestellt ist, dass die Kugeln eine hinter der anderen in einem geschlossenen Raum konstanter Crrösse umlaufen, unabhängig davon, wo sich dieser Raum befindet, wobei ein Auflaufen der Kugeln und ein Verklemmen vermieden wird, welches man bei den

609828/0233

meisten Lagern mit Kugelumlauf feststellt.

b) Anordnung der Kugelumlaufwege gemäss einem derartigen geometrischen Raum, dass man den verfügbaren Platz in
höchstmöglicherweise ausnutzt, wodurch sich die Anzahl der Umlauf vege, ihre Länge und demgemäss auch die Anzahl der Kontaktstellen vervielfachen lassen.

c) Rückkehr der Kugeln in ihre untere Stellung auf
der gleichen Höhe wie die Arbeitsstellung, woraus sich ergibt:

- geringer Raumbedarf, günstiges Verhältnis von Aussendurchmesser zum Vellendurchmesser

- grosse Festigkeit der Hülse wegen des Fehlens tiefer Ausnehmungen

- radiale Lagebestimmung der Kugeln in den geradlinigen Stücken durch die ¥elle und die Hülse,
sowohl während der Arbeitsphase als auch während
der Rückkehrphase.

d) Grosse tragende Arbeitslänge im Verhältnis zur Gesamtlänge der Vorrichtung.

e) Kugelkäfig aus Stahl und daher mit grosser Festigkeit zur Erzielung der Eigenschaften b) und c) und zur Vermeidung einer stärkeren seitlichen Abnützung der Kugelumlaufwege.

f) Mittels eines Sonderverfahrens geschliffene Arbeitsbereiche, wodurch eine geometrische Präzision zustande
kommt, welche eine Justierung des Lagers in der Grössenordmmg des Mikrometers erreicht wird; die Oberflächenbearbeitung erlaubt einen sanften und geräuschlosen Betrieb der Vorrichtung
und eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung.

g) Ausserordentlich präzise äussere Konzentrizität
inbezug auf die Velle.

h) Möglichkeit, polare Mehrfachstellungen des Käfigs gegenüber der Hülse zu bewirken, derart, dass die Kugeln nacheinander in Berührung mit verschiedenen Bahnen auf den Arbeitsbereichen der Hülse gelangen.

60 9 8 28/0233

Claims

PATENTANSPRUECHE

Z' Vorrichtung zur axialen Führung und Lagerung durch Kugelberührung auf einer Yelle und mit unbegrenzter linearer Verschiebbarkeit, mit einer äusseren rohrförmigen Hülse und einem Käfig im Inneren der Hülse, welcher in sich geschlossene Kugelumlaufwege mit Kugeln aufweist, und wobei in der Hülse Arbeitsbereiche, in denen die Kugeln in Berührung mit der Hülse sowie der ¥elle stehen, sowie Freigabebereiche für den Rücklauf der Kugeln angebracht sind, d.h., dass die Vorrichtung Mittel zur Lageeinstellung des Käfigs gegenüber der Hülse aufweist, die so ausgebildet sind, dass Mehrfaeh-Polarstellungen des Käfigs gegenüber der Hülse wählbar und einstellbar sind, wobei jede Polarstellung einer festgelegten Bahn der mit der Welle in Berührung stehenden Kugeln auf den Arbeitsbereichen der Hülse entspricht.
2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Endlagerplatten an den Enden der Vorrichtung vorgesehen sind, und dass die Mittel zur Lageeinstellung mit diesen Endlagerplatten zusammenwirken, wobei mindestens eine der Endlagerplatten in Firkstellung mit den Mitteln zur Lageeinstellung ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Lageeinstellung mindestens einen Durckeinstellstift aufweisen, welcher sich im Käfig oder in der Hülse befindet und in entsprechende Bohrungen oder Ausnehmung in mindestens einer Endlagerplatte hineinragt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich am Käfig oder an der Hülse ein Anschlagzapfen befindet, der zwischen zwei Begrenzungsflächen des Käfigs oder der Hülse bewegbar ist und die Gresamtverdrehung zwischen der Hülse oder den Endlagerplatten und dem Käfig bestimmt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

609828/0233

dass die Mittel zur Lageeinstellung mindestens einen Druckein— stellstift aufweisen, der sich im Käfig oder in der Hülse befindet und dessen Kopf geneigte Ebenen aufweist, welche unterschiedliche Abstände von seiner Längsachse haben, derart, dass jede geneigte Ebene an mindestens eine Kante einer Oeffnung in mindestens einer Endlagerscheibe drückt, gegenüber welcher der Einstellstift angebracht ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Hülse und Käfig mindestens ein elastisches Zug- oder Druckmittel vorgesehen ist, welches ein Drehmoment zwischen Käfig und Hülse verursacht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Zugmittel eine Feder ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Zugmittel ein elastischer Yerkstoff, beispielsweise Gummi, ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln einen Durchmesser haben, der das 0,09- bis 0,25-fache des Durchmessers der !felle beträgt, auf welcher sie sich abwälzen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabeabschnitte in der Hülse eine Tiefe haben, welche das 0,05- bis 0,1-fache des Durchmessers einer Kugel betragen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse an ihren Enden innere Bereiche in Form einer Kegelstumpffläche aufweist, welche Aufstiegs- und Abstiegsrampen für die Kugeln gegenüber liegen, die in den Endbereichen des Käfigs angebracht sind, wobei die Aufstiegs- und Abstiegsrampen derart in den Käfig eingearbeitet sind, dass der höchste Punkt der Kugeln auf der gesamten Länge des Laufes in den Rampen mit einem konstanten Abstand von den Kegelstumpfflächen verbleibt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich-

60 982 8/0233

net, dass der konstante Abstand zwischen dem oberen Punkt der Kugeln und den kegelstumpfförmigen Flächen 1/20 bis 1/30 des Durchmessers der Kugeln beträgt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlagerplatten ringförmige Scheiben sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig axial und radial mittels zweier Endlagerplatten in seiner Stellung gehalten wird, die am Käfig oder an der Hülse angebracht sind.
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine KugeIeinführÖffnung vorgesehen ist, deren Durchmesser etwas grosser als der Kugeldurchmesser ist und zum Einsetzen der letzten Kugeln in die Umlaufwege dient, und dass die Oeffnung durch eine Schraube verschlossen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig und die Hülse aus Stahl bestehen.

609828/0233