DE3717162A1 - Linearkugellager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Linearkugellager zur Verwendung bei den gleitenden Teilen verschiedener Geräte, wie Büroautomati­ sierungsgeräte.

Die in jüngster Zeit erzielten Verbesserungen an Büro­ automatisierungsgeräten u.dgl. bezüglich Geschwindigkeit und Präzision sind auf Linearkugellager in verschiedenen Gleitabschnitten zurückzuführen. Für die Linearkugellager werden aber eine weitere Größenverringerung, Gewichts­ minderung, Kostensenkung und Geräuschminderung verlangt.

Ein Linearkugellager besteht aus einem Lagerteil, welcher zahlreiche über Umlaufbahnen umlaufende Kugeln enthält, und einem mit dem Lagerteil (bearing proper) über die Kugeln in Berührung stehenden geführten oder Leitelement. Jede Umlaufbahn muß dabei aus einem Leerbewegungsabschnitt, einem Belastungsbewegungsabschnitt, der mit dem Leitelement in Berührung steht, und die beiden obigen Abschnitte mit­ einander verbindenden Umführabschnitten bestehen. Es ist jedoch schwierig, diese Abschnitte durch einstückiges Formen auszubilden. Aus diesem Grund weist ein bisheriger Lagerteil a, wie er beispielhaft in Fig. 8 dargestellt ist, einen aus einem Metallwerkstoff, einem Kunststoff oder einem anderen Werkstoff geformten Halter (oder Käfig) d, in welchem die erwähnten Umlaufbahnen ausgebildet sind, zwischen einer Hülse b aus Metall oder einem anderen Werk­ stoff und einer als Führung dienenden Achse oder Welle c sowie ein Mittel zur Befestigung des Halters d in einer vorbestimmten Stellung innerhalb der Hülse b auf.

Ein derartiger Halter d erschwert jedoch Bearbeitung und Zusammenbau und stellt ein Hindernis für eine Größenver­ ringerung und eine Fertigungskostensenkung dar.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Ausschaltung der Probleme beim Stand der Technik durch Integrierung des Halters in die Hülse und dgl.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1(a) und 1(b) einen zentralen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt durch wesentliche Teile eines Linearkugellagers gemäß der Erfindung,

Fig. 2(a) und 2(b) Vorderansichten eines Zwischenelements und eines Endelements,

Fig. 3(a) und 3(b) Schnitte längs der Linien A-A bzw. B-B in Fig. 2(a) bzw. 2(b),

Fig. 4(a) und 4(b) Schnitte längs der Linien C-C bzw. D-D in Fig. 2(a) bzw. 2(b),

Fig. 5(a) und 5(b) Schnittansichten einer anderen Aus­ führungsform, entsprechend den Teilen von Fig. 4(a) und 4(b),

Fig. 6 und 7 Querschnittansichten wesentlicher Teile zur Darstellung anderer Ausführungsformen von Lager­ teil und Leitelement und

Fig. 8(a) und 8(b) eine Schnittansicht bzw. eine per­ spektivische Darstellung eines bisherigen Linearkugellagers.

Ein erfindungsgemäßes Linearkugellager umfaßt einen Lager­ teil 2, der zahlreiche Kugeln 1 für eine Umlaufbewegung derselben hält, und ein über die Kugeln 1 mit dem Lager­ teil 2 in Berührung stehendes Führungs- oder Leitelement 3. Der Lagerteil 2 besteht aus einem Zwischenelement 4 und an dessen beiden Seiten (in Bewegungsrichtung) vorgesehenen Endelementen 5 und 5′. Das Zwischenelement 4 ist mit einer zweckmäßigen Anzahl von Aufnahmedurchgängen 6 eines den Durchmesser der Kugeln 1 etwas übersteigenden Durchmessers sowie einer entsprechenden Anzahl von den jeweiligen Auf­ nahmedurchgängen 6 paarig zugeordneten Aufnahmenuten 8 eines den Durchmesser der Kugeln 1 etwas übersteigenden Durchmessers mit jeweils einem an der Seite des Leit­ elements 3 ausgebildeten, in Bewegungsrichtung verlaufenden Schlitz 7, der schmäler ist als der Durchmesser der Kugeln 1, versehen. Die Endelemente 5, 5′ sind jeweils mit Um­ führnuten 9 versehen, welche die einander paarig zuge­ ordneten Aufnahmedurchgänge 6 und Aufnahmenuten 8 mitein­ ander verbinden. Die Endelemente 5, 5′ sind an gegenüber­ liegenden Seiten des Zwischenelements 4 befestigt, so daß durch die Aufnahmedurchgänge 6, die Aufnahmenuten 8 und die Umführnuten 9 jeweils Umlaufkanäle oder -bahnen 10 für die Kugeln 1 gebildet sind.

Der Lagerteil 2 und das Leitelement 3 können jeweils die nachstehend beschriebene Ausgestaltung aufweisen. Bei der Anordnung nach den Fig. 1 bis 5 ist das Leitelement 3 als Achse oder Welle ausgeführt, während der Lagerteil 2 als lose auf die Achse oder Welle aufgeschobenes Rohr ausgebildet ist, das gemäß Fig. 1(b) einen zylindrischen oder (vgl. strichpunktierte Linien) einen quadratischen Querschnitt oder eine beliebige andere, geeignete Quer­ schnittsform aufweisen kann. Bei der Anordnung nach Fig. 6 ist das Leitelement 3 als von einer Fläche hochragende Führungs(schiene) ausgebildet, und der Lagerteil 2 ist lose (mit Spiel) auf dieser Führung angeordnet. Bei der Aus­ führungsform nach Fig. 7 ist das Leitelement 3 als (plane) Fläche ausgebildet, wobei der Lagerteil 2 an seiner dem Leitelement 3 zugewandten Seite ebenfalls als (plane) Fläche ausgebildet ist. Wie sich aus diesen Ausführungs­ formen ergibt, können der Lagerteil 2 und das Leitelement 3 in Anpassung an die jeweiligen, beliebig ausgebildeten Gleitabschnitte zweckmäßig ausgebildet sein.

Das Zwischenelement 4 und die Endelemente 5, 5′ können auf übliche Weise mittels Schraubbolzen o.dgl. miteinander verbunden sein. Gemäß einer dargestellten Ausführungsform (Fig. 2 und 3) können jedoch entweder das Zwischenelement 4 oder die Endelemente 5, 5′ mit Einsteck- und Einrast­ zapfen 11 und das (die) betreffende(n) andere(n) Element(e) mit Einrastbohrungen 12 versehen sein, wobei die Einrast­ zapfen 11 und -bohrungen 12 zum Positionieren und Ver­ binden der Elemente 4, 5 und 5′ dienen. Dabei kann an der Spitze jedes Einrastzapfens 11 ein Bund 13 ausgebildet sein, während eine dem Bund 13 komplementäre Ausnehmung 14 in jeder Einrastbohrung 12 ausgebildet ist. Wenn die Bunde 13 aus einem elastisch verformbaren Werkstoff geformt sind, können die Elemente durch einfaches Zusammenstecken mit einer Einrastverbindung sicher miteinander verbunden werden. Außerdem können das Zwischenelement 4 und die Endelemente 5, 5′ auch einstückig (materialeinheitlich) geformt und anschließend maschinell oder spanabhebend bearbeitet werden, z.B. durch teilweises Fräsen, Schleifen, Läppen, Oberflächenfeinbearbeiten, elektrisches Ent­ ladungsbearbeiten und dgl. Als Werkstoff kann ein Keramik­ material, ein Kunststoff, ein Metall o.dgl. verwendet werden. Weiterhin können die Umführnuten 9 in den End­ elementen 5, 5′ auch auf die in den Fig. 4(a) und 4(b) sowie in den Fig. 5(a) und 5(b) dargestellte Weise zweck­ mäßig ausgebildet werden. Zur Festlegung der Form der Um­ führnuten 9 können zudem an den Enden des Zwischenelements 4 entsprechende Vorsprünge 15 o.dgl. ausgebildet sein (vgl. z.B. Fig. 4(a)).

Beim beschriebenen Linearkugellager gemäß der Erfindung wird eine entsprechende Zahl von Kugeln 1 jeweils in die durch die Aufnahmedurchgänge 6, die Aufnahmenuten 8 und die Umführnuten 9 festgelegten Umlaufbahnen 10 eingefüllt; sodann werden die Endelemente 5, 5′ an den gegenüber­ liegenden Stirnseiten des Zwischenelements 4 angebracht, so daß der (eigentliche) Lagerteil 2 gebildet wird. Dabei ragen die in den Aufnahmenuten 8 befindlichen Kugeln 1 über die Schlitze 7 teilweise zur (inneren) Außenseite hin. Da jedoch die Weite der Schlitze 7 kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln 1, fallen letztere auch dann nicht heraus, wenn der Lagerteil 2 nicht mit dem Leit­ element 3 zusammengesetzt ist.

Wenn der Lagerteil 2 mit dem Leitelement 3 zusammengesetzt bzw. auf dieses aufgeschoben wird, kommt er mit letzterem über die in den Aufnahmenuten 8 befindlichen Kugeln 1 in Berührung; aufgrund der Abwälzbewegung der Kugeln 1 kann sich dann der Lagerteil 2 reibungsarm längs des Leit­ elements 3 verschieben. Die sich bei der Verschiebung des Lagerteils 2 durch die Aufnahmenuten 8 bewegenden Kugeln 1 laufen dabei über die Umführnuten 9 in die Auf­ nahmedurchgänge 6 hinein und bewegen sich durch letztere in der entgegengesetzten Richtung, um über die Umführnuten 9 an der anderen Seite wieder in die Aufnahmenuten 8 ein­ zutreten. Die Kugeln 1 können somit durch die Umlaufbahnen 10 umlaufen. Die vom Leitelement 3 auf die Kugeln 1 über­ tragene Belastung wird von den Aufnahmenuten 8 aufgenommen, doch da letztere einen geringfügig größeren Durchmesser als die Kugeln 1 besitzen, kann infolge der großen Be­ rührungsfläche zwischen den Aufnahmenuten 8 und den Kugeln 1 die Belastbarkeit beträchtlich vergrößert sein.

Wie vorstehend beschrieben, besteht erfindungsgemäß der Lagerteil (bzw. das eigentliche Lager) aus einem Zwischen­ element und an dessen beiden Enden (in Bewegungsrichtung gesehen) vorgesehenen Endelementen. Das Zwischenelement ist mit den Aufnahmedurchgängen und den Aufnahmenuten (oder Laufnuten) ohne durchgehende Umführabschnitte ver­ sehen, während die Endelemente mit Umführnuten ohne Be­ lastungsbewegungsabschnitte und Leerbewegungsabschnitte versehen sind. Diese Elemente können mithin jeweils einfach einstückig oder materialeinheitlich geformt und nach Bedarf anschließend maschinell oder anderweitig fertigbearbeitet werden, so daß sich ihre Fertigung sehr einfach gestaltet. Diese Elemente können ferner aus unterschiedlichen Werk­ stoffen, wie Keramik, Kunststoff und Metall, hergestellt werden. Auf diese Weise können große Kosteneinsparungen gewährleistet werden; zudem kann die Werkstoffwahl im Hinblick auf Gewichtsreduzierung und Geräuschminderung getroffen werden. Da bei der erfindungsgemäßen Konstruktion die Kugel-Aufnahmenuten insbesondere einen geringfügig größeren Durchmesser als die Kugeln und jeweils einen Schlitz einer Weite, die kleiner ist als der Kugeldurch­ messer, aufweisen, sind die in den Aufnahmenuten be­ findlichen Kugeln zwangsläufig gegen ein Herausfallen gesichert, wobei auch die Belastbarkeit oder Lastaufnahme­ fähigkeit (load capacity) in vorteilhafter Weise wesentlich vergrößert ist.

Claims (6)

1. Linearkugellager, umfassend einen zahlreiche Kugeln für Umlaufbewegung haltenden oder führenden Lagerteil und ein mit letzterem über die Kugeln in Berührung stehendes Leitelement, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerteil (2) aus einem Zwischenelement (4) sowie an dessen beiden Enden - in Bewegungsrichtung gesehen - vorgesehenen Endelementen (5, 5′) zusammengesetzt ist, das Zwischenelement (4) eine entsprechende Zahl von Aufnahmedurchgängen (6) eines den Durchmesser der Kugeln (1) etwas übersteigenden Durchmessers und eine entsprechende Zahl von den Aufnahmedurchgängen (6) paarig zugeordneten Aufnahmenuten (8) eines den Durch­ messer der Kugeln (1) etwas übersteigenden Durchmessers und mit je einem an der dem Leitelement (3) zugewandten Seite ausgebildeten und in Bewegungsrichtung verlaufenden Schlitz (7), dessen Weite kleiner ist als der Kugel­ durchmesser, aufweist und die Endelemente (5, 5′) je­ weils mit Umführnuten (9) zur Verbindung der jeweiligen paarigen Aufnahmedurchgänge (6) und Aufnahmenuten (8) versehen und an den gegenüberliegenden Seiten oder Stirnflächen des Zwischenelements (4) angebracht sind, so daß durch die jeweiligen Aufnahmedurchgänge (6), Aufnahmenuten (8) und Umführnuten (9) jeweils Umlauf­ bahnen (10) für die Kugeln (1) festgelegt sind.

2. Linearkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (3) als Achse oder Welle ausgebildet ist, während der Lagerteil (2) ein lose auf die Achse oder Welle aufgeschobenes Rohrelement ist.

3. Linearkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (3) als von einer Ebene oder Fläche hochragende Führung(sschiene) ausgebildet und der Lager­ teil (2) lose (mit Spiel) auf die Führung(sschiene) auf­ gesetzt ist.

4. Linearkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (3) eine Fläche ist und der Lager­ teil (2) an seiner dem Leitelement zugewandten Seite flächig ausgebildet ist.

5. Linearkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (4) oder die Endelemente (5, 5′) mit Einsteck- und Einrastzapfen (11) versehen ist bzw. sind, während das (die) betreffende(n) andere(n) Ele­ ment(e) mit (komplementären) Einrastbohrungen (12) ver­ sehen ist (sind), wobei die Einrastzapfen und -bohrungen als Mittel zum Positionieren und Verbinden von Zwi­ schenelement (4) und Endelementen (5, 5′) dienen.

6. Linearkugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (4) und die Endelemente (5, 5′) jeweils einstückig oder materialeinheitlich aus einem Keramikmaterial, einem Kunststoff oder einem Metallwerk­ stoff geformt und auf erforderliche Weise maschinell oder spanabhebend bearbeitet sind.