DE102009031712A1

DE102009031712A1 - Lagerkartusche, insbesondere für den Gelenkarm einer dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102009031712A1
Application number: DE102009031712A
Authority: DE
Inventors: Andreas 91074 Bohr; Robert 90766 Fackelmann; Arbogast Dr. 91085 Grunau; Norbert 91086 Höcherl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-04
Filing date: 2009-07-04
Publication date: 2011-08-04
Also published as: CN203297342U; WO2011003819A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerkartusche, insbesondere für den Gelenkarm einer dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung, welche Lagerkartusche (1) im Wesentlichen aus einem hohlzylindrischen Kartuschengehäuse (2) und aus einer in diesem Kartuschengehäuse (2) angeordneten Welle (3) besteht, die über zwei axial zueinander beabstandete Wälzlagerungen drehbar im Kartuschengehäuse (2) gelagert ist. Erfindungsgemäß werden die beiden Wälzlagerungen durch ein einzelnes Wälzlager (4) gebildet, welches zwei axial zueinander beabstandete und in O-Anordnung gegeneinander angestellte Reihen (5, 6) Wälzkörper aufweist, wobei die Wälzkörper zumindest einer der beiden Reihen (5, 6) als Kugelrollen (7, 8) mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten, parallel zueinander angeordneten Seitenflächen (9, 10 und 11, 12) ausgebildet sind und der Innenring des Wälzlagers (4) durch die Welle (3) der Lagerkartusche (1) gebildet wird, in deren Außenmantelfläche (13) rillenförmige Innenlaufbahnen (14, 15) für die Wälzkörper beider Reihen (5, 6) eingearbeitet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lagerkartusche nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, welche insbesondere vorteilhaft für die Lagerungen des Gelenkarms einer dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung anwendbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine solche Koordinatenmessvorrichtung zum Erfassen von dreidimensionalen Koordinaten ist beispielsweise aus der DE 603 18 396 T2 bekannt. Diese besteht im Wesentlichen aus einer Stützbasis und aus einem in dieser Stützbasis gelagerten, manuell positionierbaren Gelenkarm, der mehrfach gegliedert sowie über mehrere Achsen schwenkbar ist und an seinem freien Ende eine Messsonde aufweist. Der Gelenkarm bzw. die Messsonde wird zum Vermessen von Punkten auf einem Objekt verwendet, die mit aus rechnerunterstützten Zeichnungen gewonnenen oder anderen gespeicherten Daten verglichen werden. Die Stützbasis und der Gelenkarm sowie die einzelnen Glieder des Gelenkarms sind dabei durch sogenannte Lagerkartuschen miteinander verbunden, durch die es möglich ist, die Messsonde zu jedem beliebigen Punkt innerhalb des räumlichen Schwenkbereiches des Gelenkarmes zu bewegen. Diese Lagerkartuschen sind in den 10 und 12 der genannten Druckschrift näher dargestellt und bestehen im Wesentlichen aus einem hohlzylindrischen Kartuschengehäuse und aus einer in diesem Kartuschengehäuse angeordneten Welle, die über zwei axial zueinander beabstandete und als Rillenkugellager ausgebildete Wälzlagerungen drehbar im Kartuschengehäuse gelagert ist. Zwischen den äußeren und den inneren Lagerringen beider Lager sind darüber hinaus zwei geringfügig in ihrer Länge unterschiedliche Distanzhülsen angeordnet, über die sich beim Anziehen von entsprechenden, am inneren und am äußeren Lagerring eines der Rillenkugellager anliegender Spannmuttern der exakte Abstand bzw. die gewünschte Vorspannung beider Rillenkugellager einstellen lässt.
Als nachteilig bei einer solchen Lagerkartusche hat sich jedoch die durch das Kartuschengehäuse, die Welle, zwei Kugellager, zwei Distanzhülsen und zwei Spannmuttern gebildete hohe Anzahl an Einzelteilen erwiesen, die einen hohen Fertigungs- und Montageaufwand und somit hohe Herstellungskosten für die Lagerkartusche verursachen. Ein Großteil dieser Herstellungskosten entsteht dabei vor allem bei der Fertigung der Distanzhülsen, da deren unterschiedlichen Längen so exakt hergestellt werden müssen, dass weder durch zu kurze Ausführung der inneren Distanzhülse oder zu lange Ausführung der äußeren Distanzhülse die Vorspannung der Rillenkugellager zu hoch und die Lagerkartusche dadurch zu schwergängig wird noch durch zu lange Ausführung der inneren Distanzhülse oder zu kurze Ausführung der äußeren Distanzhülse die Vorspannung der Rillenkugellager zu gering und die Lagerkartusche dadurch eine zu geringe Steifigkeit aufweist. Ebenso wird ein großer Teil der Herstellungskosten durch die aufwendige Montage der Lagerkartusche verursacht, bei der zunächst das vordere/obere, an einem Absatz an der Welle anliegende Rillenkugellager und die äußere Distanzhülse in das Kartuschengehäuse ein gesetzt werden müssen, um anschließend von einer Seite die Welle in das Kartuschengehäuse und von der anderen Seite die innere Distanzhülse auf die Welle ein-/aufschieben zu können. Danach wird dann das hintere/untere Rillenkugellager gleichzeitig auf die Welle und in das Kartuschengehäuse auf-/eingepresst, bis dieses mit seinen Lagerringen an den Distanzhülsen anliegt und abschließend wird die innere Spannmutter auf die Welle sowie die äußere Spannmutter in das Kartuschengehäuse geschraubt und die Vorspannung der Rillenkugellager eingestellt.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Lagerkartusche, insbesondere für den Gelenkarm einer dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung zu konzipieren, die sich durch eine verminderte Anzahl an Einzelteilen und durch einen geringen Fertigungs- und Montageaufwand auszeichnet.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Lagerkartusche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die beiden Wälzlagerungen durch ein einzelnes Wälzlager gebildet werden, welches zwei axial zueinander beabstandete und in O-Anordnung gegeneinander angestellte Reihen Wälzkörper aufweist, wobei die Wälzkörper zumindest einer der beiden Reihen als Kugelrollen mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten, parallel zueinander angeordneten Seitenflächen ausgebildet sind und der Innenring des Wälzlagers durch die Welle der Lagerkartusche gebildet wird, in deren Außenmantelfläche rillenförmige Innenlaufbahnen für die Wälzkörper beider Reihen eingearbeitet sind.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass der an sich naheliegende Ersatz zweier einreihiger Wälzlager durch ein zweireihiges Wälzlager bei der konkreten Anwendung in einer Lagerkartusche nicht möglich ist, da die beiden Reihen Wälzkörper zur Erreichung der notwendigen Steifigkeit der Lagerkartusche einen großen Stützabstand zueinander aufweisen müssen und damit die Einstellung der entsprechenden Vorspannung ohne eine zweiteilige Ausführung des inneren oder des äußeren Lagerrings technisch nicht mehr bzw. nur mit erhöhten Aufwand möglich ist. Durch die Verwendung von an sich ebenfalls bekannten Kugelrollen als Wälzkörper für zumindest eine der beiden Reihen und durch die Nutzung der aus ihrer speziellen Form resultierenden Montagevorteile im Zusammenhang mit der Nutzung der Welle als inneren Lagerring des Wälzlagers ist jedoch neben der Verringerung der Anzahl der Einzelteile und der damit verbundenen Senkung der Herstellungskosten gleichzeitig eine vereinfachte Montage der Lagerkartusche möglich, die eine Einstellung der notwendigen Vorspannung problemlos ermöglicht.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerkartusche werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerkartusche vorgesehen, dass das einzelne Wälzlager bevorzugt durch ein Kugelrollenlager gebildet wird, bei dem sämtliche Wälzkörper beider Reihen als im Durchmesser und in der Breite gleichgroße Kugelrollen ausgebildet sind. Eine derartige Wälzkörperausbildung hat sich insbesondere im Hinblick auf die angestrebte Reduzierung der Anzahl der Einzelteile der Lagerkartusche als vorteilhaft erwiesen und hat auch keinerlei Nachteile bezüglich der Herstellungskosten, da Kugelrollen mit modernen Fertigungsverfahren heutzutage ebenso kostengünstig wie vergleichbare Lagerkugeln herstellbar sind. Möglich ist es jedoch auch, insbesondere die zuerst zu montierende Reihe Wälzkörper als Lagerkugeln und nur die zuletzt zu montierende Reihe Wälzkörper als Kugelrollen auszubilden und/oder für beide Reihen Wälzkörper mit unterschiedlichen Durchmessern zu verwenden, wenn dies für die Lastaufnahme der Lagerkartusche von Vorteil ist und der Außenring des Wälzlagers daran angepasst wird.
Unabhängig von der bevorzugten Verwendung von Kugelrollen für beide Reihen der Wälzkörper ist es nach Anspruch 3 ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerkartusche, dass der Außenring des Wälzlagers durch eine im Kartuschengehäuse vormontierbare Hülse gebildet wird, in deren Innenmantelfläche rillenförmige Außenlaufbahnen für die Kugelrollen eingearbeitet sind. Beide Außenlaufbahnen des Wälzlagers laufen dabei jeweils eben zum benachbarten Hülsenrand aus, um einerseits ein Aufschieben der im Kartuschengehäuse vormontierten Hülse auf die zuerst montierte Reihe Wälzkörper und andererseits ein Einfüllen der Kugelrollen der zuletzt zu montierenden Reihe durch den Abstand zwischen der Hülse und der Welle hindurch zu ermöglichen. Da der Lagersitz der Hülse im Kartuschengehäuse durch den großen Stützabstand zwischen den beiden Reihen Wälzkörper eine entsprechende Breite hat und die Hülse durch eine Pressverbindung im Kartuschengehäuse befestigt wird, hat es sich zudem zur Erleichterung der Montage der Hülse als vorteilhaft erwiesen, diese an ihrem Außendurchmesser zwischen den beiden Außenlaufbahnen mit einem durchmesserreduzierten Einstich zu versehen, durch den die Presssitzfläche verkleinert wird. Alternativ zur Ausbildung des Außenrings des Wälzlagers durch eine im Kartuschengehäuse vormontierbare Hülse ist es jedoch auch denkbar, den Außenring und das Kartuschengehäuse miteinander zu integrieren, so dass der Außenring des Wälzlagers praktisch durch das Kartuschengehäuse selbst gebildet wird.
Schließlich wird es als vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerkartusche durch Anspruch 5 noch vorgeschlagen, dass beide Reihen der Kugelrollen in Umfangsrichtung in jeweils einem Lagerkäfig aufgenommen sind, durch den die Kugelrollen in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Nach Anspruch 6 ist dabei der Lagerkäfig der zuerst zu montierenden Reihe Kugelrollen als Kunststofffensterkäfig und der Lagerkäfig der zuletzt zu montierenden Reihe Kugelrollen als Kunststoffschnappkäfig ausgebildet. Der Kunststofffensterkäfig wird dabei in bekannter Weise durch zwei umlaufende Käfigringe gebildet, die durch Käfigtaschen bildende Taschenstege miteinander verbunden sind und zur Anpassung an den Druckwinkel der Reihe Kugelrollen parallel schräg verlaufende Innenseiten aufweisen. Der Kunststoffschnappkäfig weist dagegen an einem umlaufenden Käfigring axial einseitig mehrere, an die Kontur der Kugelrollen angepasste und durch Taschenstege voneinander getrennte Käfigtaschen auf, die ebenfalls schräg in die Innenseite des Käfigrings eingearbeitet und an den Druckwinkel der Reihe Kugelrollen angepasst sind. Die Montage der erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerkartusche erfolgt im Einzelnen schließlich derart, dass zunächst der als Kunststofffensterkäfig ausgebildete Lagerkäfig für die erste Reihe Kugelrollen auf die erste Innenlaufbahn in der Außenmantelfläche der Welle aufgeschoben und mit den Kugelrollen befüllt wird und anschließend der äußere Lagerring zusammen mit dem Kartuschengehäuse auf diese Reihe Lagerkugeln aufgeschoben wird. Danach wird die zweite Reihe Kugelrollen axial liegend durch den Abstand zwischen dem äußeren Lagerring und der Welle hindurch in ihre Laufbahnen eingefüllt, um 90° verschwenkt und gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt und abschließend der als Kunststoffkammkäfig ausgebildete Lagerkäfig auf die Kugelrollen aufgeschnappt. Die notwendige Vorspannung zwischen den beiden Reihen Kugelrollen kann dabei dadurch in die Lagerkartusche eingebracht werden, dass der maßgenau ausgebildete äußere Lagerring unter Ausnutzung der Elastizität aller Lagerteile nach dem Aufschieben auf die erste Reihe der Wälzkörper derart axial gegen die Welle verspannt wird, dass genügend Montageraum zum Einfüllen der Kugelrollen der zweiten Reihe in ihre Laufbahnen zur Verfügung steht und durch ein Aufheben der axialen Verspannung des äußeren Lagerring nach der Montage der Kugelrollen die Vorspannung in der Lagerkartusche entsteht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerkartusche wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine dreidimensionale Gesamtansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerkartusche;
2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Lagerkartusche.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Aus 1 geht deutlich eine für Lagerung der einzelnen Glieder eines Gelenkarmes einer dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung geeignete Lagerkartusche hervor, die im Wesentlichen aus einem hohlzylindrischen Kartuschengehäuse 2 und aus einer in diesem Kartuschengehäuse drehbar gelagerten Welle 3 besteht. Der Abbildung in 2 ist dabei entnehmbar, dass die drehbare Lagerung der Welle 3 durch ein einzelnes Wälzlager 4 gebildet wird, welches als Kugelrollenlager ausgebildet ist und zwei axial zueinander beabstandete sowie in O-Anordnung gegeneinander angestellte Reihen 5, 6 Kugelrollen 7, 8 aufweist. Deutlich sichtbar sind dabei sämtliche Kugelrollen 7, 8 beider Reihen 5, 6 mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten, parallel zueinander angeordneten Seitenflächen 9, 19 und 11, 12 sowie im Durchmesser und in der Breite gleichgroß ausgebildet.
Desweiteren ist aus 2 ersichtlich, dass der Innenring des Wälzlagers 4 durch die Welle 3 der Lagerkartusche 1 gebildet wird, indem in deren Außenmantelfläche 13 zwei rillenförmige Innenlaufbahnen 14, 15 für die Kugelrollen 7, 8 beider Reihen 5, 6 eingearbeitet sind. Der Außenring des Wälzlagers 4 wird dagegen durch eine im Kartuschengehäuse 2 vormontierbare Hülse 16 gebildet, in deren Innenmantelfläche 17 zwei rillenförmige Außenlaufbahnen 18, 19 für die Kugelrollen 7, 8 eingearbeitet sind. Beide Außenlaufbahnen 18, 19 laufen dabei jeweils eben zum benachbarten Rand der Hülse 16 aus, um einerseits ein Aufschieben der Hülse 16 zusammen mit dem Kartuschengehäuse 2 auf die zuerst montierte Reihe 5 der Kugelrollen 7 und andererseits ein Einfüllen der Kugelrollen 8 der zuletzt zu montierenden Reihe 6 durch den Abstand zwischen der Hülse 16 und der Welle 3 hindurch zu ermöglichen.
Schließlich geht aus 2 noch hervor, dass beide Reihen 5, 6 der Kugelrollen 7, 8 in Umfangsrichtung in jeweils einem Lagerkäfig 20, 21 aufgenommen sind, durch den die Kugelrollen 7, 8 in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden. Der Lagerkäfig 20 der zuerst zu montierenden Reihe 5 der Kugelrollen 7 ist dabei als Kunststofffensterkäfig ausgebildet, der aus zwei nicht näher bezeichneten umlaufende Käfigringen besteht, die durch Käfigtaschen bildende Taschenstege miteinander verbunden sind und zur Anpassung an den Druckwinkel der Reihe 5 Kugelrollen 7 parallel schräg verlaufende Innenseiten aufweisen. Der Lagerkäfig 21 der zuletzt zu montierenden Reihe 6 der Kugelrollen 8 ist dagegen als Kunststoffschnappkäfig ausgebildet, der an einem ebenfalls nicht näher bezeichneten umlaufenden Käfigring axial einseitig mehrere, an die Kontur der Kugelrollen 8 angepasste und durch Taschenstege voneinander getrennte Käfigtaschen aufweist, die ebenfalls schräg in die Innenseite des Käfigrings eingearbeitet und an den Druckwinkel der Reihe 6 Kugelrollen 8 angepasst sind.
Bezugszeichenliste

1: Lagerkartusche
2: Kartuschengehäuse
3: Welle
4: Wälzlager
5: Reihe aus 7
6: Reihe aus 8
7: Kugel rollen
8: Kugelrollen
9: Seitenfläche von 7
10: Seitenfläche von 7
11: Seitenfläche von 8
12: Seitenfläche von 8
13: Außenmantelfläche von 3
14: Innenlaufbahn von 5
15: Innenlaufbahn von 6
16: Hülse
17: Innenmantelfläche von 16
18: Außenlaufbahn von 5
19: Außenlaufbahn von 6
20: Lagerkäfig für 5
21: Lagerkäfig für 6

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 60318396 T2 [0002]

Claims

Lagerkartusche, insbesondere für den Gelenkarm einer dreidimensionalen Koordinatenmessvorrichtung, welche Lagerkartusche (1) im Wesentlichen aus einem hohlzylindrischen Kartuschengehäuse (2) und aus einer in diesem Kartuschengehäuse (2) angeordneten Welle (3) besteht, die über zwei axial zueinander beabstandete Wälzlagerungen drehbar im Kartuschengehäuse (2) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wälzlagerungen durch ein einzelnes Wälzlager (4) gebildet werden, welches zwei axial zueinander beabstandete und in O-Anordnung gegeneinander angestellte Reihen (5, 6) Wälzkörper aufweist, wobei die Wälzkörper zumindest einer der beiden Reihen (5, 6) als Kugelrollen (7, 8) mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten, parallel zueinander angeordneten Seitenflächen (9, 10 und 11, 12) ausgebildet sind und der Innenring des Wälzlagers (4) durch die Welle (3) der Lagerkartusche (1) gebildet wird, in deren Außenmantelfläche (13) rillenförmige Innenlaufbahnen (14, 15) für die Wälzkörper beider Reihen (5, 6) eingearbeitet sind.
Lagerkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Wälzlager (4) bevorzugt durch ein Kugelrollenlager gebildet wird, bei dem sämtliche Wälzkörper beider Reihen (5, 6) als im Durchmesser und in der Breite gleichgroße Kugelrollen (7, 8) ausgebildet sind.
Lagerkartusche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring des Wälzlagers (4) durch eine im Kartuschengehäuse (2) vormontierbare Hülse (16) gebildet wird, in deren Innenmantelfläche (17) rillenförmige Außenlaufbahnen (18, 19) für die Kugelrollen (7, 8) eingearbeitet sind.
Lagerkartusche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Reihen (5, 6) der Kugelrollen (7, 8) in Umfangsrichtung in jeweils einem Lagerkäfig (20, 21) aufgenommen sind, durch den die Kugelrollen (7, 8) in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander gehalten werden.
Lagerkartusche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig (20) der zuerst zu montierenden Reihe (5) Kugelrollen (7) als Kunststofffensterkäfig und der Lagerkäfig (21) der zuletzt zu montierenden Reihe (6) Kugelrollen (8) als Kunststoffkammkäfig ausgebildet ist.