DE2614158C2 - Kugelbüchse - Google Patents
KugelbüchseInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
- F16C29/04—Ball or roller bearings
- F16C29/06—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load
- F16C29/068—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with the bearing body fully encircling the guide rail or track
- F16C29/0683—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with the bearing body fully encircling the guide rail or track the bearing body encircles a rail or rod of circular cross-section, i.e. the linear bearing is not suited to transmit torque
- F16C29/0685—Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with the bearing body fully encircling the guide rail or track the bearing body encircles a rail or rod of circular cross-section, i.e. the linear bearing is not suited to transmit torque with balls
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelbüchse, bestehend aus einer Außenhülse, die in der Bohrung am
Umfang verteilt mehrere axial verlaufende, die Laufbahnen für die Kugeln der belasteten Zone bildende
Vorsprünge besitzt, und einem in der Hülse angeordneten und ii, Umfangsrichtung festgelegten Kugelkäfig,
der am Umfang verteilt mehrere aus geradlinig und axial verlaufenden Führungsbahnen und diese Führungsbahnen
paarweise miteinander verbindenden halbkreisförmigen Umlenkbahnen bestehenden Kugelführungen
für die Aufnahme von endlosen Kugelreihen aufweist, wobei die die Kugeln der belasteten Zonen
führenden axial verlaufenden Führungsbahnen des Käfigs zum Durchtritt der Kugeln nach innen offen sind
und in der Bohrung der Außenhülse an beiden Enden im
Bereich der halbkreisförmigen Umlenkbahnen geneigte, sich zu den Enden der AußenhUlse hin erweiternde
Flächen anschließen.
Kugelbüchsen dieser Art sind in vielen Ausführungsformen bekannt. Bei der in der CH-PS 4 42 880
beschriebenen Kugelbüchse liegen die halbkreisförmigen Umlenkbahnen im wesentlichen innerhalb der
zylindrischen Endabschnitte der Außenhülse. Die die Rücklaufbahnen bildenden axialen Nuten innerhalb der
Außenhülse sind so tief in die Bohrung dieser Außenhülse eingearbeitet, daß sie an den Enden in die
zylindrischen Abschnitte auslaufen.
Zwischen den vorstehenden, die Laufbahnen für die tragenden Kugeln bildenden Abschnitten der Außenhülse
und den zylindrischen Endabschnitten sind geneigte Rampen vorgesehen, über die die Kugeln beim Ein- bzw.
ίο beim Auslauf in die bzw. aus der tragenden Zone laufen
müssen. Dabei haben die Kugeln die quer zu ihrer Laufrichtung verlaufenden Kanten zu überqueren, die
relativ scharf sind und somit sehr leicht zu Geräuschbildung und zu Verschleiß führen. Ferner wird bei dieser
j bekannten Ausführung eine kontinuierliche Umlenkung der Kugeln nicht erreicht Im Scheitelpunkt der
halbkreisförmigen Umlenkzone tritt die Kugel nämlich in eine Art Beharrungszustand ein. Aufgrund dieses
Beharrens der Kugeln im Scheitelpunkt der halbkreisförmigen Umlenkzone, die ja in den zylindrischen
Abschnitten liegt, tritt ein erhöhter Staudruck auf die
nachfolgenden Kugeln im Rücklaufkanal auf, so daß im Scheitelpunkt der Umlenkzone starker Verschleiß
auftritt, wodurch auf beiden Seiten des Rücklaufkanals Einbuchtungen durch die gebremsten und seitwärts
gedrückten Kugeln entstehen.
In der CH-PS 2 53 779 ist in Fig.9 bis 11 eine
Kugelbüchse beschrieben, bei der der Rücklaufkanal als eine sich über die gesamte Länge der Außenhülse
erstreckende Längsnut ausgebildet ist Der tragende Abschnitt für die Kugeln besteht aus einer zylindrischen
Fläche, die au den Enden in eine keglig sich nach außen erweiternde Fläche übergeht Die Rücklaufkanäle
verlaufen geradlinig durch die schrägen Flächen hindurch, wobei der Grund dieser Längsnut auf dem
gleichen Durchmesser liegt wie die Endzone der schrägen Fläche. Dadurch entstehen im Bereich der
schrägen Endflächen an den Rändern der Längsnut Kanten, die die Kugeln bei der \Jmlenkung überlaufen
müssen. Dadurch kommt es zu Stoßen und Geräuschsowie Verschleißbildung.
In der FR-PS 2172 684 ist eine Kugelbüchse
dargestellt, bei der im Anschluß an die die Kugellaufbahnen für die tragenden Kugeln aufweisenden Vorsprünge
konische Übergangsflächen vorgesehen sind, in deren Bereich die Kugeln umgelenkt werden. Hier sind in der
Bohrung der AußenhUlse jeweils zwei Arten von Vertiefungen eingearbeitet, nämlich die Rillen für die
tragenden Kugeln und die Rillen für Kugeln in der Rücklaufzone. Diese Rücklaufzone erstreckt sich durch
die schräg verlaufenden Flächen hindurch. Damit entstehen auch hier im wesentlichen axial verlaufende
Kanten, über die die Kugeln beim Umlauf laufen müssen.
Bei der Kugelbüchse nach der DE-PS 19 16 164 sind die die Laufbahnen für die Kugeln der belasteten Zone
bildenden Vorsprünge vorzugsweise durch Prägen gebildet, wobei sie sich, jeweils ausgehend von einer in
Büchsenlängsrichtung langgestreckten, im wesentlichen rechteckigen Basisfläche, an der Hülseninnenseite
gegen das Kugelbüchsenzentrum hin allseitig pyramidenstumpfartig bis zu jeweils einer langgestreckten, zu
der Basisfläche im wesentlichen parallelen Kugellauffläche verengen. Um die stoßartigen Erschütterungen der
Kugeln beim Auflaufen auf die Vorsprünge oder beim Ablaufen von den Vorsprüngen auf ein Minimum zu
reduzieren oder möglichst ganz zu eliminieren, werden bei dieser bekannten Ausführung die geraden Bahnteile
der Kugellaufbahnen im Käfig etwa in gleicher Länge ausgeführt wie die Kugellaufflächen der Vorsprünge
und die gekrümmten Bahnteile des Käfigs verlaufen, so daß die Kugeln beim Auflaufen auf die Vorsprünge und
beim Ablaufen von den Vorsprüngen über die entsprechenden Eckpunktbereiche der Basisfläche der
Vorsprünge geführt werden. Diese bekannte Ausführung garantiert wohl optimale Laufbahnverhältnisse
und Umlenkung auf kleinstem Raum, eine kontinuierliche Umlenkung findet jedoch auch hier nicht statt
Durch die relativ hohe Geschwindigkeit, die in der Rücklaufzone herrscht, wird die Kugel, bevor sie auf die
Rampe aufsteigt, zusätzlich stark nach außen gedruckt,
weil die Kugel ja bestrebt ist, auf gleicher Ebene weiter zu laufen. Im Scheitelpunkt der halbkreisförmigen
Umlenkzone tritt die Kuge? auch hier in eine Art Beharrungszustand ein. Es treten also auch hier die
bereits weiter obengenannten Nachteile auf. Im Scheitelpunkt der Umlenkzone tritt starker Verschleiß
auf und auf beiden Seiten des Kanals entstehen Einbuchtungen durch die gebremsten und seitwärts
weggedrückten Kugeln. Dieselben Erscheinungen treten auch auf der Seite der Kugelbüchse auf, auf der die
Kugeln aus den Laufbahnen austreten und in die Rückführbahnen umgelenkt werden. Hier zeigt sich
insbesondere Verschleiß im Endbereich der Laufbahnen.
Durch die DE-AS 12 13 174 ist eine Kugelbüchse bekanntgeworden, bei der der Käfig in Umfangsrichtung
nicht festgelegt ist und alle axial verlaufenden Abschnitte der Führungsbahnen im Käfig zum Durchtritt
der Kugeln nach innen offen sind.
Eine Ausführung, bei der alle axial verlaufenden Führungsbahnen im Käfig nach innen offen sind, ist auch
durch die DE-OS 25 58 196 vorgeschlagen worden. Die dort beschriebene Kugelbüchse weist, insbesondere um
die Kugellaufbahnen zu verlegen und dadurch die Lebensdauer der Vorrichtung zu vervielfachen, Mittel
zur Lageeinstellung des Käfigs gegenüber der Außenhülse auf. Damit sollen Mehrfach-Polarstellungen des
Käfigs gegenüber der Außenhülse wählbar und einstellbar sein, wobei jede Polarstellung einer festgelegten
Bahn der mit der Welle in Berührung stehenden Kugeln auf den Arbeitsbereichen der Außenhülse
entspricht. Die Außenhülse dieser vorgeschlagenen Kugelbüchse weist an ihren Enden innere Bereiche in
Form einer Kegelstumpffläche auf, welcher Aufstiegsund
Abstiegsrampen für die Kugeln gegenüberliegen, die in den Endbereichen des Käfigs angebracht sind,
wobei die Aufstiegs- und Abstiegsrampen derart in den so 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. Auch bei dieser vorgeschlagenen
Ausführung findet kein stetiger Übergang zwischen den einzelnen Bereichen in der Umlenkzone
statt, sondern es erfolgt am Abstiegspunkt ein sprungartiger Übergang, der die bereits mehrfach
erwähnten Nachteile der bekannten Ausführungen mit sich bringt
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Kugelbüchse der eingangs beschriebenen
Art zu schaffen, die eine optimale Laufbahnlänge aufweist und dabei gleichzeitig einen gleichmäßigen und
verschleiß- und störungsfreien Umlauf in der Umlenkzone gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß sich die geneigten Flächen in der
Bohrung der Außenhülse an beiden Enden im Bereich der halbkreisförmigen Umlenkbahnen sowohl an die
geradlinigen und axial verlaufenden Führungsbahnen der tragenden Laufbahnen als auch an die entsprechenden
Führungsbahnen der Rücklaufbahnen anschließen und somit am Ende der tragenden Laufbahnen als auch
der Rücklaufbahnen schräge Rampen entstehen, wobei die geneigten Flächen im Bereich der axialen Verlängerung
der Rücklaufbahnen außerhalb eines Zylinders liegen, der durch den Grund der Rücklaufbahnen geht,
daß diese geneigten Flächen stufenlos ineinander übergehen und so angeordnet sind, daß der Schnittpunkt
der halbkreisförmigen Umlenkbahn mit der Mittellinie der tragenden Laufbahn noch in der
geneigten Fläche liegt
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können die geneigten Flächen durch eine
einzige in die Endbereiche der Außenhülse eingearbeitete umlaufende Ringnut mit geneigter Seitenfläche
gebildet werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Kugelbüchse dargestellt sowie ein Schema der Abrollverhältnisse dieser erfindungsgemäßen
Kugelbüchse den Abrollverhältnissen bei einer Kugelbüchse nach dem Stand der Technik gegenübergestellt.
Es zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Kugelbüchse,
F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der in F i g. 1 gezeigten Kugelbüchse,
F i g. 3 eine Draufsicht von innen auf ein aus der Außenhülse ausgeschnittenes Segment, das den Endabschnitt
einer geschlossenen Kugelführung erkennen läßt
Fig.4 eine Draufsicht auf die Umlenkzone einer
Kugelbüchse nach dem Stand der Technik und
Fig.5 eine Draufsicht auf die Umlenkzone der erfindungsgemäßen Kugelbüchse.
Die in F i g. 1 bis 3 dargestellte Kugelbüchse weist eine Außenhülse 1 und einen zwischen der Außenhülse
■jnd der Welle 2 angeordneten Kugelkäfig 3 auf. Der
Kugelkäfig 3 enthält am Umfang verteilt mehrere aus geradlinig und axial verlaufenden Führungsbahnen 4
und 5 und diese Führungsbahnen 4 und 5 paarweise miteinander verbindende halbkreisförmige Umlenkbahnen
6 und 7 bestehende Kugelführungen für die Aufnahme endloser Reihen von Kugeln 8 auf. Die
Außenhülse 1 ist in der Bohrung mit mehreren am Umfang verteilten axial verlaufenden, die Laufbahnen 9
für die Kugeln 8 der belasteten Zone bildenden Vorsprüngen IU versehen. Zwischen den einzelnen
Vorsprüngen 10 sind die Rücklaufbahnen 11, die auf einem größeren Durchmesser als die Laufbahnen 9 auf
den Vorsprüngen 10 liegen, angeordnet. Auf diese Weise werden die Kugeln 8 im Bereich der Rücklaufbahnen
11 außer Kraftschluß mit der Welle 2 gebrecht und können yo entgegen der allgemeinen Bewegungsrichtung
der Kugelbüchse zurücklaufen.
In der Bohung der Außenhülse 1 sind an beiden Enden im Bereich der halbkreisförmigen Umlenkbahnen
6 und 7 jeweils an die geradlinigen Fühnjngsbahnabschnitte 4 und 5 anschließend geneigte, sich zu den
Enden der Außenhülse 1 hin erweiternde Flächen 12 vorgesehen, die stufentos ineinander übergehen. Beim
dargestellten Ausiührungsbeispiel werden die geneigten
Flächen 12 durch eine einzige in die Endbereiche der Außenhülse 1 eingearbeitete umlaufende Ringnut 13 mit
geneigter Seitenfläche gebildet Der Grund dieser
Ringnut 13 liegt dabei auf einem Durchmesser, der größer ist als die lichte Weite zwischen zwei diametral
gegenüberliegenden Rücklaufbahnen II. Auf diese Weise entsteht, wie insbesondere aus F i g. 2 zu ersehen
ist, sowohl am Ende der Rücklaufbahn 11 als auch am Ende der Laufbahn 9 auf den Vorsprüngen 10 eine
schräge Rampe 12, auf der praktisch die gesamte Umlenkung der Kugeln 8 beim Ein- und Auslauf in die
Laufbahnen 9 stattfindet.
Wie aus F i g. 3 zu ersehen ist, ist es zweckmäßig, die
geneigten Flächen so anzuordnen, daß die Kugeln 8 beim Einlauf in die gerade Führungsbahn 5 sich noch auf
der geneigten Fläche 12 befinden, oder mit anderen Worten gesagt, daß der Schnittpunkt der halbkreisförmigen
Umlenkbahn 6 mit der Mittellinie der Laufbahn 9 noch im Bereich der geneigten Flächen 12 liegt. Das hat
den Vorteil, daß die Kugel beim Einlauf bereits in die gerade Laufrichtung gebracht wird, ohne daß sie gleich
belastet wiiu. Dauiifcii wiiu uei summ bei lien bekannten
Kugelbüchsen auftretende Verschleiß aufgrund der »Bohrreibung« der Kugel vermieden. Die geringfügige
Verkürzung der tragenden Länge der Laufbahn 9 ist dabei praktisch ohne Einfluß auf die Tragfähigkeit.
In F i g. 4 ist eine Draufsicht auf die Umlenkung einer
Kugelbüchse nach dem Stand der Technik dargestellt. Wie bereits in der Einleitung beschrieben, ist bei dieser
bekannten Ausführung lediglich im Anschluß an die die Laufbahn 9 bildenden Vorsprünge 10 eine Rampe 14
vorgesehen. Die aus der Rücklaufbahn Il kommenden Kugeln 8 haben eine hohe Geschwindigkeit, die die
Scheitelkugel 8', bevor sie auf die Rampe 14 aufsteigen kann, axial nach außen drücken. Die Kugel hat das
Bestreben, auf der gleichen Höhe weiterzulaufen. Im Punkt X tritt dann die Kugel in eine Art Beharrungszustand,
der neben starken Verschleißerscheinungen auch einen Staudruck auf die nachfolgenden Kugeln in der
Rücklaufbahn 11 ausübt. Die Kugeln werden dabei abwechselnd nach beiden Seiten an die Ränder der
Rücklaufbahn 11 gedrückt und hinterlassen dort
ίο Eindrückungen, die für einen reibungslosen und
geräuscharmen Ablauf der Kugeln schädlich sind. In gleicher Weise erfolgt der Auslauf der Kugeln aus den
Laufbahnen 9. Auch hier verharrt die Kugel am Eckpunkt der Rampe 14, die aus der Laufbahn 9
tretenden Kugeln werden dadurch abgebremst, und es bildet sich Verschleiß am Ende der Laufbahn 9.
In der F i g. 5 ist der Ablauf der Kugeln im Bereich der
Umlenkbahnen 6 bzw. 7 der erfindungsgemäßen Kugelbüchse dargestellt. Die Kugeln S, die aiii der
Rücklaufbahn 11 kommen, werden nach Eintritt in die Umlenkbahn 6 zunächst auf gleicher Höhe in eine
gekrümmte Bahn gebracht. Nach kurzer Strecke schließt sich die geneigte Fläche 12 an, in der die Kugeln
auf zunehmendem Durchmesser stetig umgelenkt und dann auf stetiger Steigung in die Laufbahn 9 eingeführt
werden. Dadurch wird in der Umlenkzone ein kontinuierlicher Umlauf der Kugeln erzielt, ohne daß
durch sytungartige Übergänge die Kugeln stark
verzögert werden und damit Verschleiß eintritt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Kugelbüchse, bestehend aus einer Außenhülse, die in der Bohrung am Umfang verteilt mehrere
axial verlaufende, die Laufbahnen für die Kugein der belasteten Zone bildende Vorsprünge besitzt, und
einem in der Hülse angeordneten und in Umfangsrichtung
festgelegten Kugelkäfig, der am Umfang verteilt mehrere aus geradlinig und axial verlaufenden
Führungsbahnen und diese Führungsbahnen paarweise miteinander verbindenden halbkreisförmigen
Umlenkbahnen bestehenden Kugelführungen für die Aufnahme von endlosen Kugelreihen
aufweist, wobei die die Kugeln der belasteten Zonen führenden axial verlaufenden Führungsbahnen des
Käfigs zum Durchtritt der Kugeln nach innen offen sind und in der Bohrung der Außenhülse an beiden
Enden im Bereich der halbkreisförmigen Umlenkbahnen geneigte, sich zu den Enden der Außenhülse
hin erweiternde Flächen anschließen, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die geneigten Flächen (12) sowohl an die geradlinigen und axial
verlaufenden Führungsbahnen (4) der tragenden Laufbahnen (9) als auch an die entsprechenden
Führungsbahnen der Rücklaufbahnen (11) anschließen und somit am Ende der tragenden Laufbahnen
(9) als auch der Rücklaufbahnen schräge Rampen entstehen, wobei die geneigten Flächen im Bereich
der axialen Verlängerung der Rücklaufbahnen außerhalb eines Zylinders liegen, der durch den
Grund der Rücklaufbahnen geht, daß diese geneigten Flächen stufenlos ineinander übergehen und so
angeordnet sind, daß der Schnittpunkt der halbkreisförmigen Umlenkbahn (6, 7) init der Mittellinie der
tragenden Laufbahn (9) noch in der geneigten Fläche (12) liegt
2. Kugelbüchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigten Flächen (12)
durch je eine einzige in die Endbereiche der Außenhülse eingearbeitete umlaufende Ringnut (13)
mit geneigter Seitenfläche gebildet werden.
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