CH692513A5 - Kugellager für Längsbewegungen und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

  



  Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugellager für Längsbewegungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung. 



  Ein gattungsgemässes Kugellager für Längsbewegungen ist beispielsweise durch die DE-OS 4 015 124 bekannt. Bei dieser bekannten Lösung sind die Laufbahnplatten mit seitlichen Verdickungen ausgeführt, die in entsprechende Ausnehmungen des Käfigs eingeschnappt sind. Die Führungswände der Führungsbahnen und der Rückführbahnen sind den Kugeln angepasst und sowohl Führungs- als auch Rückführbahnen weisen einen zur Welle offenen Schlitz auf. Radial nach aussen sind die Führungsbahnen durch die Laufbahnplatten und die Rückführbahnen durch den Käfigmantel abgedeckt. 



  Die Querschnitte des Käfigs im Bereich der Führungsbahnen und im Bereich der Rückführbahnen sind bei dieser bekannten Ausführung unterschiedlich, d.h. mit unterschiedlichen Materialanhäufungen ausgebildet, was bei der Herstellung des Käfigs aus Kunststoff im Spritzgussverfahren Verzug oder dgl. bewirkt. Auch ist von vorneherein festzulegen, wo am Umfang verteilt die Führungs- und wo die Rückführbahnen angeordnet sein sollen. Das heisst, dass für unterschiedliche Anordnungen trotz gleicher Abmessungen unterschiedliche Käfigausführungen hergestellt werden müssen. Das erhöht den Aufwand an Spritzwerkzeugen, Lagerhaltungskosten und dgl. 



  Die vorliegende Erfindung hat es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, ein Kugellager für Längsbewegungen zu schaffen, dessen wesentlicher Bestandteil, nämlich der Käfig, rationell mit einfachen Werkzeugen hergestellt werden kann und bei Verwendung des gleichen Grundkäfigs die Möglichkeit bietet, verschiedene Alternativen des Kugellagers mit individueller Anordnung der belasteten Kugelreihen am Umfang zu erzeugen. 



  Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass die seitlichen Führungswände sowohl der Führungsbahnen als auch der Rückführbahnen des Käfigs gleichen Querschnitt und im radial äusseren Bereich axial verlaufende Nuten oder dgl. aufweisen. 



  Auf diese Weise lässt sich ein Käfig erzeugen, der nach dem Spritzvorgang in einem z.B. axial zu entformenden Werkzeug in allen axial verlaufenden Bahnen und in den Zwischenstegen gleiche Querschnitte aufweist. Zunächst sind alle Bahnen im Käfig radial nach aussen verschlossen. Je nach gewünschter Anordnung der Führungsbahnen am Umfang werden die Aussenwände im Bereich der gewünschten Führungsbahnen ausgebrochen, d.h. mit radialen Durchbrechungen versehen, in die Laufbahnelemente eingesetzt werden. Diese Laufbahnelemente weisen axial verlaufende, seitlich vorstehende Vorsprünge auf, die in die Nuten der Führungswände des Käfigs eingreifen und so die Laufbahnelemente radial fixieren. Die radialen Durchbrechungen können in Längsrichtung mit geradlinig verlaufenden Kanten versehen sein.

   Es ist jedoch auch möglich, in Längsrichtung Abschnitte unterschiedlicher Breite vorzusehen. In ähnlicher Weise können dann auch die Laufbahnelemente ausgebildet sein. Dabei können die Vorsprünge der Laufbahnelemente sich nur über einen Teil der Länge der Laufbahnelemente erstrecken bzw. nur in bestimmten Bereichen in die Nuten im Käfig eingreifen. 



  Damit diese Durchbrechungen leicht erzeugt werden können, ist der Käfig nach weiteren Merkmalen der Erfindung am Aussenmantel im Bereich der axial verlaufenden Nuten - zumindest teilweise - mit axial verlaufenden Sollbruchstellen versehen. In gleicher Weise können auch im Bereich der axialen Stirnflächen der später einzusetzenden Laufbahnelemente in Umfangsrichtung verlaufende Sollbruchstellen vorgesehen werden. 



  Die seitlichen Führungswände sowohl der Führungsbahnen als auch der Rückführbahnen können nach weiteren Merkmalen der Erfindung entweder über die gesamte Höhe, die Kugeln umschliessend, kreisbogenförmig ausgebildet oder nur im Bereich innerhalb des Teilkreisdurchmessers kreisbogenförmig und ausserhalb dieses Bereichs geradlinig verlaufend ausgebildet sein. Dadurch sind die Kugeln in radialer Richtung radial nach aussen in gewissen Grenzen frei beweglich. Um eine einwandfreie radiale Halterung der Laufbahnelemente zu erreichen, sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die axial verlaufenden Nuten in den seitlichen Führungswänden tiefer als der halbe Kugeldurchmesser ausgeführt. 



  Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist der Käfig am Aussenmantel im Bereich der Führungs- und Rückführbahnen mit radial von aussen eingearbeiteten axial verlaufenden Rillen oder dgl. versehen, die z.B. kreisabschnittsförmige Querschnittskontur aufweisen. Diese Rillen schwächen einerseits den Mantel des Käfigs, d.h. erleichtern das Ausbrechen der Durchbrüche im Bereich der Führungsbahnen, zum anderen können die im Bereich der Rückführbahnen verbleibenden Rillen als Anlagefläche für einen Taster oder dgl. zur automatischen Suche und Ausrichtung nach bzw. von Durchbrechungen dienen, durch die die Kugeln in die einzelnen Kugelführungen eingefüllt werden können. 



  Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird zunächst ein Käfigrohling hergestellt, bei dem alle am Umfang verteilten axial verlaufenden Führungs- und Rückführbahnen mit gleichem Querschnitt ausgeführt und radial nach aussen verschlossen sind, und anschliessend je nach gewünschter Anordnung der Führungsbahnen die Durchbrechungen zur Aufnahme der Laufbahnelemente durch Entfernen der radialen Abdeckung erzeugt werden, worauf die Teile des Kugellagers zusammengesetzt werden. 



  Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Durchbrechungen zur Aufnahme der Laufbahnelemente zumindest teilweise bei der Herstellung des Käfigrohlings erzeugt werden. 



  Die vorliegende Erfindung eröffnet, wie bereits erwähnt, die Möglichkeit, für verschiedene Ausführungsvarianten, d.h. bei unterschiedlicher Verteilung von Führungsbahnen mit belasteten Kugeln am Umfang, den gleichen Grundkäfig zu verwenden. Auch die am Ende des Käfigs befestigten Deckel mit den Umlenkbahnen, die jeweils eine Führungsbahn mit einer Rückführbahn endseitig verbinden, können für alle möglichen Varianten gleich ausgeführt werden. D.h. es ist ebenfalls nur eine Deckelausführung für beide Seiten des Lagers erforderlich. In diese Deckel können Dichtungen eingeschnappt werden. 



  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und soll nachstehend näher beschrieben werden. 



  Es zeigen: 
 
   Fig. 1 den Querschnitt, und zwar in der oberen Hälfte nach dem Ausbrechen der Durchbrechungen für die Laufbahnelemente und in der unteren Hälfte vor dem Ausbrechen der Durchbrechungen und 
   Fig. 2 den Längsschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1 eines erfindungsgemässen Kugellagers für Längsbewegungen. 
 



  Das Kugellager für Längsbewegungen besteht aus einem hülsenförmig ausgebildeten Käfig 1, der mit seiner Innenfläche eine zylindrische Welle 2 vollständig umgibt. An jedem seiner Enden ist am Käfig 1 ein ringförmiger Deckel 3 befestigt, der in einer zylindrischen Bohrungsfläche 4 jeweils eines Endabschnittes 5 des Käfigs 1 sitzt (Fig. 2). 



  Der Käfig 1 hat axiale Führungsbahnen 6 für belastete Kugeln 7 und axiale Rückführbahnen 8 für unbelastete Kugeln 9. Der Käfig 1 und seine beiden Deckel 3 bestehen aus einem giess- oder spritzfähigen Elastomer, sie sind jeweils im Spritzgiessverfahren in einer (nicht gezeigten) Giessform hergestellt. Die Giessform des Käfigs kann in an sich bekannter Weise Axialschieber zum Formen der Führungsbahnen 6 und Rückführbahnen 8 besitzen. 



  Beim dargestellten Beispiel sind jeweils eine Führungsbahn 6 und eine Rückführbahn 8 abwechselnd am Umfang des Käfigs 1 angeordnet. Wie aus der unteren Bildhälfte von Fig. 1 ersichtlich, sind die seitlichen Führungswände 10 und 11 sowohl der Führungsbahnen 6 als auch der Rückführbahnen 8 mit gleichem Querschnitt, und zwar über die gesamte Höhe, die Kugeln 7 bzw. 9 umschliessend, kreisbogenförmig ausgebildet. Weiterhin sind im radial äusseren Bereich der seitlichen Führungswände 10 und 11 axial verlaufende Nuten 12 und 13 vorgesehen, deren Tiefe grösser als der halbe Kugeldurchmesser, also seitlich über die Kugeln 7 bzw. 9 hinausragend, ausgeführt sind. 



  In der oberen Bildhälfte von Fig. 1 ist der Käfig 1 am Aussenmantel 14 im Bereich der Führungsbahnen 6 mit radialen Durchbrechungen 15 versehen. Diese Durchbrechungen 15 werden nach dem Spritzgiessen des Käfigs 1 erzeugt, wobei nicht näher dargestellte Sollbruchstellen entlang den Rändern der Durchbrechungen 15 das Ausbrechen erleichtern. Die Durchbrechungen 15 werden nach aussen durch Laufbahnelemente 16 aus Stahl oder dgl. abgedeckt, die auf der Innenseite die Laufbahn 17 für die belasteten Kugeln 7 tragen. Jedes Laufbahnelement 16 ist mit seitlich vorstehenden Vorsprüngen 18 versehen, die in die Nuten 12 in den seitlichen Führungswänden 10 der Führungsbahnen 6 eingreifen und somit die Laufbahnelemente 16 unverlierbar halten. 



  Die beiden Deckel 3 besitzen auf ihrer Innenseite am Umfang verteilt angeordnete, halbkreisförmig verlaufende Umlenkbahnen 19. Jede Umlenkbahn 19 verbindet jeweils das Ende einer Führungsbahn 6 mit dem Ende einer benachbarten Rückführbahn 8. 



  Der Käfig 1 hat sowohl im Bereich der Führungsbahnen 6 als auch im Bereich der Rückführbahnen 8 jeweils einen zur Welle 2 hin offenen axial verlaufenden Schlitz 20 bzw. 21. Auch die Deckel 3 besitzen einen halbkreisförmig verlaufenden Schlitz 22 im Bereich der Umlenkbahnen 19. Jeweils eine Führungsbahn 6, eine Rückführbahn 8 und zwei axial gegenüberliegend angeordnete Umlenkbahnen 19 bilden eine in sich geschlossene Bahn, in der eine endlose Reihe von Kugeln 7, 9 eingebaut ist. 



  Bei axialer Hin- und Herbewegung der Welle 2 rollen die Kugeln 7 zwischen der Laufbahn 17 der Laufbahnelemente 16 und der zylindrischen Mantelfläche der Welle 2 und übertragen dabei eine radiale Belastung von der Welle 2 über das Laufbahnelement 16 zur Bohrung des nicht dargestellten Gehäuses, in welchem das Kugellager eingesetzt ist. Die belasteten Kugeln 7 gelangen aus der belasteten Zone, d.h. aus den Führungsbahnen 6 über die Umlenkbahnen 19 in die Rückführbahnen 8, d.h. in die unbelastete Zone, und laufen als unbelastete Kugeln 9 von dort über die Umlenkbahnen 19 wieder zurück in die Führungsbahn 6. 



  Aus Fig. 2 sind zwei Ausführungsformen der Deckel 3 ersichtlich. Jeder der Deckel 3 ist mit einer Mantelfläche 23 in der Bohrungsfläche 4 des Endabschnittes 5 des Käfigs 1 eingesetzt. Auf der linken Seite der Fig. 2 ist keine besondere Dichtung vorgesehen. Die Bohrung 24 des Deckels 3 ist im Durchmesser geringfügig grösser ausgebildet als die Welle 2 und bildet mit der Mantelfläche der Welle 2 einen Ringspalt 25. Auf der rechten Seite der Fig. 2 ist der Deckel 3 mit einer Dichtung 26 mit zwei auf der Mantelfläche der Welle 2 unter Vorspannung aufliegenden Dichtlippen 27 und 28 versehen. 



  In der unteren Bildhälfte der Fig. 1 ist an der Stelle "X" ein abgeändertes Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier ist der Käfig 1 am Aussenmantel im Bereich einer Rückführbahn 8 mit einer radial von aussen eingearbeiteten, axial verlaufenden Rille 29 mit kreisabschnittförmiger Querschnittskontur versehen. In diese Rille 29 kann ein Taster oder dgl. zum automatischen Ausrichten des Käfigs 1 in eine Lage eingreifen, in der die Kugeln 7, 9 in das Lager eingeführt werden können.

Claims (12)

1. Kugellager für Längsbewegungen entlang einer Welle (2), bestehend aus: - einem in einer Bohrung eines Gehäuses festsetzbaren Käfig (1), der eine Innenfläche aufweist, die dazu dient, eine Welle (2) zumindest zum Teil zu umgeben, der mit axialen Führungsbahnen (6) für zwischen einem radial äusseren Laufbahnelement (16) und der Welle (2) rollende belastete Kugeln (7) und der mit axialen Rückführbahnen (8) für unbelastete Kugeln (9) versehen ist, - an jedem Ende des Käfigs (1) befestigten Deckeln (3) mit Umlenkbahnen (19), die jeweils eine Führungsbahn (6) mit einer Rückführbahn (8) endseitig verbinden, - und in diesen Bahnen (6, 8, 19) in endloser Reihe geführten Kugeln (7, 9), wobei die Führungsbahnen (6) und die Rückführbahnen (8) einen entlang dieser Bahnen verlaufenden, zur Welle (2) hin offenen Schlitz (20),

dessen radial innere Schlitzbreite etwas kleiner als der Durchmesser der Kugeln (7, 9) ist, sowie seitliche Führungswände (10, 11), welche eine die Kugeln (7, 9) zum Teil umfassende, im Wesentlichen kreisabschnittförmige Querschnittskontur besitzen, deren Mitten auf einem gemeinsamen Teilkreisdurchmesser um das Zentrum der Welle (2) liegen, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Führungswände (10, 11) sowohl der Führungsbahnen (6) als auch der Rückführbahnen (8) des Käfigs (1) gleichen Querschnitt und im radial äusseren Bereich axial verlaufende Nuten (12, 13) aufweisen.

2.

Kugellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) am Aussenmantel (14) im Bereich der Führungsbahnen (6) für die belasteten Kugeln (7) mit radialen Durchbrechungen (15) versehen ist, in die Laufbahnelemente (16) eingesetzt sind, die mit axial verlaufenden, seitlich vorstehenden Vorsprüngen (18) in die Nuten (12) in den seitlichen Führungswänden (10) des Käfigs (1) eingreifen.

3. Kugellager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Durchbrechungen (15) in Längsrichtung Abschnitte unterschiedlicher Breite aufweisen.

4. Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) am Aussenmantel (14) im Bereich der axial verlaufenden Nuten (12, 13) - zumindest teilweise - mit axial verlaufenden Sollbruchstellen versehen ist.

5.

Kugellager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) am Aussenmantel (14) im Bereich der axialen Stirnflächen der Laufbahnelemente (16) mit in Umfangsrichtung verlaufenden Sollbruchstellen versehen ist.

6. Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Führungswände (10, 11) sowohl der Führungsbahnen (6) als auch der Rückführbahnen (8) über die gesamte Höhe, die Kugeln (7, 9) umschliessend, kreisbogenförmig ausgebildet sind.

7. Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Führungswände (10, 11) im Bereich innerhalb des Teilkreisdurchmessers kreisbogenförmig und ausserhalb dieses Bereichs geradlinig verlaufend ausgebildet sind.

8.

Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die axial verlaufenden Nuten (12, 13) in den seitlichen Führungswänden (10, 11) tiefer als der halbe Kugeldurchmesser ausgeführt sind.

9. Kugellager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (1) am Aussenmantel (14) im Bereich der Rückführbahnen (8) mit radial von aussen eingearbeiteten axial verlaufenden Rillen (29) versehen ist.

10. Kugellager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (29) eine kreisabschnittförmige Querschnittskontur aufweisen.

11.

Verfahren zur Herstellung des Kugellagers nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Käfigrohling hergestellt wird, bei dem alle am Umfang verteilten axial verlaufenden Führungs- und Rückführbahnen (6, 8) mit gleichem Querschnitt ausgeführt und radial nach aussen verschlossen sind, und dass anschliessend je nach gewünschter Anordnung der Führungsbahnen (6) die Durchbrechungen (15) zur Aufnahme der Laufbahnelemente (16) durch Entfernen der radialen Abdeckung, insbesondere durch Ausbrechen, erzeugt werden, worauf die Teile des Kugellagers zusammengesetzt werden.

12. Verfahren zur Herstellung des Kugellagers nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechungen (15) zur Aufnahme der Laufbahnelemente (16) zumindest teilweise bei der Herstellung des Käfigrohlings erzeugt werden.