DE68918585T2 - Linearlager. - Google Patents

Linearlager.

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Description

    I. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Antifriktions-Linearbewegungslager und insbesondere auf Rollelementhalter zur Verwendung darin.
    • II. Beschreibung des Stand der Technik
  • Linearbewegungslager sind im Stand der Technik allgemein bekannt und werden extensiv in einer breiten Vielfalt von Maschinen, Werkzeugmaschinen und anderen Apparaten verwendet, wo ein Teil relativ zu einem anderen längs bewegt werden soll. Diese Lager können einen invers U-förmigen Lagerkäfig aufweisen, der rittlings auf einer modifizierten I-Träger- oder T-Trägerförmigen Schiene montiert ist. Eine oder zwei Paare von Führungen und Rückführungen sind in dem Käfig für eine Mehrzahl von umlaufenden Rollelementen, wie beispielsweise Kugeln oder Rollen, vorgesehen. Diese Rollelemente bewegen sich abwechselnd durch Belastungsführungen und Rückführungen, um eine Bewegung längs der Schiene mit minimaler Reibung zu ermöglichen. Endkappen sind an jedem Ende des Käfigs angeordnet und sind üblicherweise mit Wendeeinrichtungen versehen, die darin ausgebildet sind, um die umlaufenden Rollelemente von den Belastungsführungen zu den Rückführungen zu übergeben. Die Wendeeinrichtungen weisen eine halbringförmige Führung auf, die eine Belastungsführung mit einer Rückführung verbindet. Im Zentrum des Halbrings ist ein inneres Führungselement vorgesehen, um die Bewegung der Rollelemente um die Kurvenstelle von der Belastungsführung zur Rückführung gleichmäßig zu machen und zu verhindern, daß sich die Rollelemente an den Wendestellen aufstauen. Diese Endkappen sind normalerweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, wobei Formen verwendet werden, die die gekrümmten Führungen der Wendeeinrichtung integral mit der Endkappe ausbilden. Jedoch ist es schwierig, eine Form zu gestalten, die ein inneres Führungselement integral mit den Endkappen ermöglicht. Tatsächlich werden die inneren Führungselemente üblicherweise in einem separaten Vorgang geformt und in die geeignete Position in der Endkappe bei der Montage des Lagers eingesetzt. Diese separat geformten, inneren Führungselemente sind extrem klein und werden während der Montage leicht fehlausgerichtet oder sogar übersehen.
  • Darüber hinaus können die inneren Führungselemente, da wo die Linearbewegungslager ein integrales Schmiersystem aufweisen, so ausgebildet sein, daß sie mit lediglich einer Orientierung eingebaut werden müssen, um eine geeignete Schmierung der Führungen zu ermöglichen. Siehe beispielsweise US-Patent Nr. 4,743,124 von Blaurock (Fig. 9, Bezugszeichen 36, 37). Diese inneren Führungselemente können während der Montage leicht umgekehrt werden, was zu einem vorzeitigen Betriebsausfall infolge einer unzureichenden Schmierung führt.
  • Wenn die umlaufenden Rollelemente sich im Belastungsführungsbereich des Lagerkäfigs befinden, werden sie durch einen Rollelementhalter bewegbar in der Führung gehalten. Dieser Aufbau ermöglicht die Montage und Demontage des Linearbewegungslagers, dadurch daß die Rollelemente in der Belastungsführung daran gehindert werden herauszufallen, wenn der Lagerkäfig von der Schiene entfernt wird. Rollelementhalter bestehen im allgemeinen aus zwei Typen. Bei einem Typ ist die Hälfte des Halters in jeder Endkappe eingearbeitet und verriegelt mit dem gegenüberliegenden Halter und der Endkappe in der Mitte des Lagerkäfigs, wenn das Lager montiert wird. Siehe US-Patent Nr. 4,748,124 von Blaurock; 4,420,193 und 4,376,557 von Teramachi u. a.. Diese Lagertypen sind inherent schwierig zu formen. Darüber hinaus wird eine Montage erschwert durch die Notwendigkeit, spezielles Werkzeug zu benutzen, um die umlaufenden Rollelemente in die Führungen zu füllen.
  • Der andere Haltertyp ist als eine separate Anordnung ausgebildet und verriegelt zur Abstützung in den Endkappen. Siehe US-Patente 4,502,737 von Osawa (Fig. 2, Bezugszeichen 13) und 4,582,369 von Itoh (Fig. 8 bis 11, Bezugszeichen 14 und Fig. 11, Bezugszeichen 22). Diese Lager sind einfacher zu formen oder herzustellen als die erstgenannten Lager, allerdings weisen sie ebenso Schwierigkeiten bei der Montage auf. Insbesondere muß der Halter an Ort und Stelle gehalten werden, bis die umlaufenden Rollelemente eingesetzt und beide Endkappen fest sind.
  • Aus der europäischen Patentanmeldung EP-A-137 042 ist ein Linearbewegungslager bekannt, wie es durch den Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist. Das bekannte Linearbewegungslager bietet nicht die Möglichkeit, die als Einzelteile ausgebildeten Anordnungen auf der Innenfläche des Lagerkäfigs zu befestigen, ohne daß irgendwelche anderen Teile des Linearbewegungslagers verwendet werden.
  • Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Linearbewegungslager zu schaffen, das die Probleme, die mit der Herstellung und der Montage der inneren Führungselemente und des Rollelementhalters zusammenhängen, überwindet.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Linearbewegungslager zu schaffen, das einfacher zu montieren ist und weniger Teile aufweist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Linearbewegungslager zu schaffen, in dem die Endkappen, inneren Führungselemente und Rollelementhalter einfach geformt sind, wobei weniger komplexe Formen verwendet werden, als diejenigen, die im Stand der Technik erforderlich sind.
  • Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Linearbewegungslager zu schaffen, das per Hand einfach montiert werden kann, ohne die Notwendigkeit von speziellem Werkzeug.
    • III. Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Rollelementhalter geschaffen, der im wesentlichen auf einem Lagerkäfig eines Linearbewegungslagers gehalten ist. Ein inneres Führungselement ist an beiden Enden des Halters integral ausgebildet und paßt in den Ausgleichsraum der Wendeführung, die in den Innenflächen von jeder Endkappe ausgebildet ist.
  • Der integrale Rollelementhalter mit inneren Führungselementen ist einfach einstückig geformt und eliminiert die Notwendigkeit, einzelne innere Führungselemente separat zu formen. Die integrale Anordnung ist insgesamt aus einem flexiblen Material gebildet und ist abnehmbar am Lagerkäfig mittels Vorsprüngen befestigt, die in Rücksprünge im Lagerkäfig hineinpassen. Der Rollelementhalter kann darüber hinaus mit zumindest einem Vorsprung längs seiner Längserstreckung auf der Seite versehen sein, die der Innenfläche des Lagerkäfigs gegenüberliegt.
  • Der Vorsprung bzw. die Vorspünge passen in korrespondierende Schlitze, die im Lagerkäfig ausgebildet sind und dienen dazu, einen weiteren Halt für die integrale Anordnung aus Rollelementhalter und inneren Führungselementen zu schaffen.
  • Eine derartige, einzigartige Gestaltung des Halters und der inneren Führungselemente ermöglicht eine beträchtliche Vereinfachung der Montage des Linearbewegungslagers und reduziert die Anzahl von Kleinteilen, die mit der Verwendung von seperaten inneren Führungselementen zusammenhängen. Beispielsweise kann die Montage eines Linearbewegungslagers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch einfaches Einrasten der integralen Anordnung aus Halter und inneren Führungselementen auf jeder Innenfläche des Lagerkäfigs ausgeführt werden, wobei eine Endkappe auf dem Lagerkäfig installiert wird, der Käfig mit dem offenen Ende nach oben gewendet wird, die Rollelemente eingefüllt werden und die abschließende Endkappe an Ort und Stelle befestigt wird.
  • Es besteht kein Bedürfnis nach einem speziellen Werkzeug, um die Rollelemente einzufüllen und keine kleinen einzelnen inneren Führungselemente müssen eingeführt werden. Darüber hinaus vermeidet die Formung der integralen Anordnung aus Halter und inneren Führungselementen als eine einzige Einheit die Notwendigkeit, die inneren Führungselemente separat zur formen und zu installieren, ein langwieriger und arbeitsintensiver Prozeß.
    • IV. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen insbesondere in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen:
  • Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Lagerkäfigs mit integralem Halter mit inneren Führungselementen in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Verwendung von Kugeln als Rollelemente;
  • Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines integralen Halters mit inneren Führungselementen ist;
  • Fig. 3 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines integralen Halters mit inneren Führungselementen ist;
  • Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines integralen Halters mit inneren Führungselementen ist, der für eine Längsabstützung und interne Schmierung geeignet ist;
  • Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Lagerkäfigs ohne Installation des integralen Halters mit inneren Führungselementen ist;
  • Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Entkappe in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem integralen Schmierungssystem ist;
  • Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines teilweise zusammengebauten Linearbewegungslagers in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
  • Fig 8 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Dichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist.
    • V. Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail und anfangs auf die Fig. 1 und 2 ist ein umgekehrt U- förmiger Lagerkäfig 20 dargestellt mit vier Belastungsführungen 22 und vier Rückführungen 24, die sich ergänzen, um zwei Paare von Umlaufführungen für eine Vielzahl von Rollelementen, in diesem Fall Kugeln 26, zu bilden.
  • Zwei integrale Halter mit inneren Führungselementen 28 sind eingebaut am Lagerkäfig von Fig. 1 dargestellt. Die inneren Führungselemente 30 sind an den Enden der Halteranordnung 28 ausgebildet, um zwischen den Öffnungen der Belastungsführungen 22 und der Rückführungen 24 im Lagerkäfig 20 positioniert zu werden. Diese inneren Führungselemente 30 dienen dazu, zu verhindern, daß sich die Kugeln 26 aufstauen, wenn sie sich zwischen den Belastungsführungen und den Rückführungen bewegen, wenn das Linearbewegungslager in Betrieb ist.
  • Der integrale Halter mit inneren Führungselementen 28 ist in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Die Anordnung weist einen T-förmigen Querschnitt auf und besitzt einen Bereich der Belastungsführungen 32, der auf ihren unteren Flächen ausgebildet ist. Diese Gestaltung dient dazu, die Kugeln in den Belastungsführungen 22 des Lagerkäfigs 22 zu halten, während ein Zugang für die Kugeln 26 geschaffen wird, um mit der Schiene 24 in Kontakt zu kommen.
  • Der Halter mit inneren Führungselementen 28 ist im wesentlichen auf dem Lagerkäfig 20 mittels Vorsprüngen 36 gehalten, die an den Enden der Halteranordnung ausgebildet sind. Diese Vorsprünge 36 greifen in Rücksprünge 38 ein, die in den Enden des Lagerkäfigs 20 ausgebildet sind. Um eine Erleichterung der Montage zu ermöglichen, können diese Vorsprünge 36, wie in Fig. 3 dargestellt, angewinkelt sein.
  • Eine Längsabstützung kann durch Bildung von Vorsprüngen 44 längs der Innenfläche der Anordnung 28 aus Halter und inneren Führungselementen geschaffen werden, die gegen den Lagerkäfig 20 stößt. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Der Vorsprung 44 paßt in eine Nut 40, die auf der Innenfläche des Lagerkäfigs 20 ausgebildet ist und dient dazu, eine Durchbiegung des integralen Halters mit inneren Führungselementen 28 zu verhindern.
  • Die Anordnung aus Halter und inneren Führungselementen ist vorzugsweise aus einem flexiblen Material gebildet, um eine Vereinfachung der Herstellung und der Montage des fertigen Linearbewegungslagers zu ermöglichen. Die Anordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann einfach aus einem Kunststoffmaterial unter Verwendung konventioneller Formungstechniken geformt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Konstruktionsmaterialien beschränkt und kann ebenso unter Verwendung relativ nicht-flexibler Materialien, wie beispielsweise rostfreiem Stahl oder Aluminium, ausgeführt werden.
  • In Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein integrales Schmierungssystem mit in das Linearbewegungslager eingebaut werden, um ein Schmiermittel unmittelbar in den Belastungsführungen 22 und/oder Rückführungen 24 bereitzustellen, ohne daß eine Demontage des gesamten Lagers notwendig wäre. Ein geeignetes Schmierungssystem ist insgesamt in den Fig. 4 und 6 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel eines Schmierungssystems ist eine Endkappe 46 mit einem Leitungsnetz von Kanälen 48 zur Führung des Schmiermittels von einem Nippel 50 zu den inneren Führungselementen 52 versehen. Diese inneren Führungselemente 52 sind ebenso integral mit dem Halter 28 ausgebildet und sind darüber hinaus mit einem Schmierungskanal 54 und Schmierungsöffnungen 56 versehen, wobei die Öffnungen einen unmittelbaren Zugang in die halbringförmige Wendeführungen 58 schaffen, die in der Endkappe 46 ausgebildet sind. Somit kann das Schmiermittel von außerhalb des Linearbewegungslagers unmittelbar in die Wendeführungen 58 eingeführt werden, wo es durch die umlaufenden Kugeln 26 aufgenommen wird, wenn sie sich durch die Wendeführungen 58 bewegen.
  • Wie vorstehend erwähnt, sind die inneren Führungselemente 30, 52 integral an der Anordnung 28 aus Halter und inneren Führungselementen ausgebildet, um zwischen den Belastungsführungen 22 und den Rückführungen 24 auf jeder Seite des Lagerkäfigs 20 positioniert zu werden. Diese inneren Führungselemente 30, 52 ragen aus dem Lagerkäfig 20 hervor und passen in Vertiefungen 60 hinein, die in der Endkappe 46 ausgebildet sind, und sind mit den Achsen der Rückführungen 58 ausgerichtet, wenn die Endkappen am Lagerkäfig 20 installiert sind. Somit sind, wenn die Endkappe 46 und die integrale Anordnung 28 aus Halter und inneren Führungselementen auf dem Lagerkäfig 20 montiert ist, eine Mehrzahl von vollständigen Umlaufführungen im Lager ausgebildet.
  • Die Montage des gesamten Linearbewegungslagers wird durch Anwendung der vorliegenden Erfindung beträchtlich vereinfacht. Wie vorstehend erläutert, erforderten dem Stand der Technik entsprechende Systeme die Positionierung einer Anzahl von kleinen Teilen, und bei manchen Konfigurationen spezielles Werkzeug, um die umlaufenden Rollelemente in die Führungen im Lagerkäfig einzufüllen. Durch Anwendung der Lehre und der Anordnung der vorliegenden Erfindung erfordert die Montage des gesamten Linearbewegungslagers minimale Verfahrensschritte, Teile und kein spezielles Werkzeug.
  • Die Montage wird durch Aufsetzen eines Paares von integralen Haltern mit inneren Führungselementen 28 auf den Lagerkäfig 20 und anschließender Installation einer einzelnen Endkappe 46, wie in Fig. 7 dargestellt, ausgeführt. Der teilweise montierte Lagerkäfig 20 wird dann mit der offenen Stirnseite aufwärts zeigend in eine aufrechte Stellung gewendet. Eine Vielzahl von Umlaufkugeln 26 wird anschließend einfach in die Belastungsführungen 22 und die Rückführungen 24 eingesetzt. Die Montage wird abgeschlossen durch Anbau der fehlenden Endkappe auf dem Lagerkäfig 20. Die wenigen Kugeln 26, die notwendig sind, um die gesamten Umlaufführungen zu füllen, können in der fehlenden Endkappe durch Aufbringen einer kleinen Menge eines Schmiermittels oder Schmiere gehalten werden, um sie an dieser Stelle zu halten, bis die Endkappe 46 fest installiert ist.
  • Wo das Linearbewegungslager einer Umgebung ausgesetzt ist, die möglicherweise die Rollelementführungen verschmutzen könnte, kann eine Dichteinrichtung 62 dem Linearbewegungslager hinzugefügt werden, um den Zugang zu den Umlaufführungen zusätzlich zu schützen. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Dichteinrichtung 62 ist in Fig. 8 dargestellt und weist zwei Endteile 64 auf, die durch flexible, sich selbst anpassende Längsabschnitte 66 miteinander verbunden sind. Die Endteile 64 sind fest mit den Endkappen 46 des Linearbewegungslagers verschraubt sind und dehnen die Längsabschnitte 66 derart, daß sie angepaßt längs der Unterseite des Lagerkäfigs 20 sitzen. Diese Längsabschnitte dienen zum zusätzlichen Schutz der freiliegenden Belastungsführungen 22 vor Verschmutzung von außen während des Betriebs des Linearbewegungslagers. Die Dichteinrichtung 62 kann aus einer breiten Vielfalt von Materialien einschließlich Kunststoffe und Metalle hergestellt werden. In dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in die Dichtung Metallversteifungen 68 im Endteil 64 eingebaut, um der Dichtung eine zusätzliche Steifigkeit und einen Dichtungsschutz zu verleihen.

Claims (10)

1. Linearbewegungslager mit einer Schiene (34), einem Lagerkäfig (20), der längs der Schiene (34) bewegbar ist, einer Vielzahl von umlaufenden Rollelementführungen (22, 24), die im Käfig (20) ausgebildet sind zur Führung einer Vielzahl von Rollelementen (26) zwischen einer Belastungsführung (22) und einer Rückführung (24), wobei die Rollelemente (26) den Käfig (29) auf der Schiene (34) abstützen, wenn sie sich in der Belastungsführung (22) befinden, einer Mehrzahl von einstückigen Anordnungen (28), von denen jede im wesentlichen von dem Lagerkäfig (29) gehalten wird und einen Teil aufweist, der sich in die Bewegungsrichtung des Lagers erstreckt zum Halten der Lagerrollelemente (26) in den Belastungsführungen (22) und darüber hinaus an jedem der beiden gegenüberliegenden Enden dieses Teils ein inneres Führungselement (30) einer Wendeführung (58) zur Führung der Lagerrollelemente (26) auf der Innenseite der Wendeführung (58) aufweist, die die Belastungsführung (22) mit der Rückführung (24) verbindet, wobei die äußere Führung für die Lagerrollelemente (26) innerhalb der Wendeführung (58) Teil von jeweiligen Endkappen (46) ist, die an den Enden des Lagerkäfigs (20) angeordnet sind, wobei die Endkappen die jeweiligen inneren Führungselemente (30) der Anordnungen (28) aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungen (28) abnehmbar am Lagerkäfig (20) mittels Vorsprüngen (36) befestigt sind, die in Rücksprünge (38) hineinpassen unter Ausbildung einer Einrastverbindung zwischen dem Lagerkäfig (20) und den Anordnungen (28).
2. Linearbewegungslager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Anordnung (28) durch Vorsprünge (36) am Lagerkäfig (20) befestigt ist, die in gegenüberliegenden Enden der Anordnung (28) ausgebildet sind, wobei die Vorsprünge (36) in Rücksprünge (38) passen, die im Lagerkäfig (20) ausgebildet sind.
3. Linearbewegungslager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Anordnung (28) darüber hinaus zumindest einen Vorsprung (44) längs der Längsausdehnung des Halterteils der Anordnung aufweist, wobei der Vorsprung (44) in eine Nut (40) im Lagerkäfig (20) hineinpaßt.
4. Linearbewegungslager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Anordnung (28) aus einem flexiblen Kunststoffmaterial gebildet ist.
5. Linearbewegungslager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückige Anordnung (28) abnehmbar am Lagerkäfig (20) befestigt ist.
6. Linearbewegungslager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkäfig (20) wie ein umgekehrtes U geformt ist, die Rollelemente Kugeln sind, die Mehrzahl der einstückigen Anordnungen (28) auf gegenüberliegenden Innenwänden des Lagerkäfigs gehalten sind und die Endkappen Schlitze (60) zur Aufnahme der einstückigen Anordnungen (28) aufweisen.
7. Linearbewegungslager gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es ein integrales Schmierungssystem (48, 50, 56) aufweist.
8. Linearbewegungslager gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das integrale Schmierungssystem (48, 50, 56) in zumindest einer der Endkappen (46) ausgebildet ist.
9. Linearbewegungslager gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dichteinrichtung (62) zum Schutz der Kugeln (26) und der Umlaufkugelführungen (22, 24, 28) vor äußerer Verschmutzung aufweist.
10. Linearbewegungslager gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichteinrichtung (62) eine flexible, sich selbst anpassende Dichtung (66) aufweist.
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