Anwendungen hierfür

Die Erfindung betrifft allgemein eine Kugelrolle mit einem Gehäuse und einer Laufkugel die, in Richtung einer

Lagerachse betrachtet, aus dem Gehäuse durch eine

Gehäuseöffnung mit gegenüber der Laufkugel kleinerem

Durchmesser hervorsteht, wobei im Gehäuse eine an die

Laufkugel angepasste, konkave Lagerfläche vorgesehen ist, auf welcher die Laufkugel mittels einer Anzahl kleinerer Kugeln (nachfolgend: Lagerkugeln) frei drehbar gelagert ist. Die Lagerkugeln dienen zur Wälzlagerung und liegen zwischen Laufkugel und Lagerfläche im Gehäuse und haben einen

Durchmesser der typisch deutlich kleiner ist, als der

Durchmesser der Laufkugel.

Solche gattungsgemäßen Kugelrollen werden insbesondere in Transport- oder Lagervorrichtungen z.B. an

Kugelrollentischen, Transporttischen, Stützvorrichtungen oder Lagertischen verwendet. Oftmals werden eine Vielzahl Kugelrollen in einer horizontalen Ebene angeordnet, sodass auf die nach oben herausragenden Teile der Kugeln z.B. ein Werkstück aufgelegt und in beliebiger Richtung innerhalb der Ebene verlagert werden kann.

Gattungsgemäße Kugelrollen können vielfältig z.B. auch zur Lagerung beweglicher Teile, etwa an einem Möbel, an

Werktischen bzw. Montagearbeitsplätzen usw. oder als Fahr- bzw. Laufrollen zu Rädern zum Tragen fahrbarer Gegenstände eingesetzt werden.

DE102012100575A1 beschreibt eine gattungsgemäße Kugelrolle. Eine gattungsgemäße Kugelrollen-Einheit für die

Fördertechnik ist weiterhin in DE19622903C2 beschrieben, dort mit federnder Abstützung der Laufkugel.

In den bekannten Gestaltungen wird eine Vielzahl von

Lagerkugeln zur Wälzlagerung ungeordnet und frei beweglich zwischen der Laufkugel und der Lagerfläche angeordnet.

Es hat sich herausgestellt, dass die möglichen

Anwendungsfälle, insbesondere hinsichtlich der Einbaulage durch die typische Bauweise eingeschränkt sind. Zudem lässt sich ein möglichst gleichmäßiger, ruhiger Lauf nur bedingt gut erzielen.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es mithin, eine verbesserte Gestaltung einer Kugelrolle vorzuschlagen, welche in

beliebigen Einbaulagen gleichwertig einsetzbar ist und/oder ein gleichmäßigeres, ruhigeres Laufverhalten aufweist.

Bei einer gattungsgemäßen Kugelrolle nach dem Oberbegriff aus Anspruch 1 wird die Aufgabe bereits dadurch gelöst, dass die konkave Lagerfläche mindestens eine an den

Lagerkugeldurchmesser angepasste Vertiefung aufweist, und dass die Lagerkugeln in einer zugeordneten bzw.

entsprechenden Vertiefung einliegen, um die Lagerkugeln darin drehbar und in einer vorgegebenen Relativlage zur bzw. an der Außenfläche der Laufkugel zu halten, insbesondere um die Lagerkugeln gegen eine axiale Lageveränderung in Bezug auf die Lagerachse entlang der Oberfläche der Laufkugel zu halten .

Die Lagerkugeln können dadurch ihre Lage relativ zur

Laufkugel nur innerhalb des durch die Vertiefung definierten Raumes verändern. Es kann dabei für alle Lagerkugeln eine gemeinsame zusammenhängende Vertiefung oder jeweils mehrere verteilte Vertiefungen für einen Teil der Lagerkugeln vorgesehen werden. Jede Vertiefung muss dabei an den

Lagerkugeldurchmesser zumindest insofern angepasst sein, dass die Lagerkugeln über die Vertiefung und damit die angrenzende Lagerfläche zumindest geringfügig oder auch überwiegend vorstehen, andererseits die Lagerkugeln aber nur innerhalb der entsprechenden Vertiefung beweglich sind.

Bereits aus dieser einfachen Optimierung des Gehäuseinneren resultiert ein wesentlicher Vorteil, nämlich dass die

Kugelrolle in jeder Einbaulage, auch z.B. mit horizontal und schräg oder vertikal nach unten gerichteter Lagerachse einsetzbar ist, weil die Lagerkugeln dank der diese

haltenden Vertiefung (en) stets eine lasttragende bzw.

lastabfangende Lage relativ zur Laufkugel einhalten. Zudem kann ein vergleichsweise gleichmäßiger und ruhiger Lauf erzielt werden. Anders ausgedrückt, die bestimmungsgemäß mögliche Lage der Lagerkugeln ist auf den Teilbereich der Vertiefung bzw. Vertiefungen beschränkt, sodass die

Lagerkugeln unabhängig von der Einbaulage und sonstigen Betriebsbedingungen ihre Lage lediglich in dem durch die gewählte Anordnung der Vertiefung (en) vorgegebenen

Raumbereich, insbesondere in Bezug auf die Laufkugel, verändern können.

Besonders bevorzugt wird als Laufkugel eine Polymer- Laufkugel, insbesondere aus einem Tribopolymer, eingesetzt - was während der hohen Lebensdauer einen schmierfreien und damit wartungsarmen bzw. -freien Betrieb ermöglicht. Die Lagerkugeln sind vorzugsweise mit dem technisch gewünschten geringen Bewegungsspiel in der jeweiligen Vertiefung

gehalten .

In bevorzugter, relativ einfach herstellbarer

Ausführungsform wird als Vertiefung eine koaxial zur

Lagerachse angeordnete Ringnut in der konkaven Lagerfläche vorgesehen, deren Radius im Querschnitt an den

Lagerkugeldurchmesser angepasst ist, sodass die Lagerkugeln mit geringem Bewegungsspiel darin einliegen bzw. gehalten sind. Dabei kann insbesondere genau eine um die Lagerachse vollständig umlaufende Ringnut als Vertiefung vorgesehen sein. Diese kann alle Lagerkugeln aufnehmen, d.h. die

Montage vereinfachen und/oder eine kreisförmige Laufbahn für die Lagerkugeln vorgeben, d.h. eine in alle Richtungen gleichmäßige Abstützung der Laufkugeln erlauben. So kann die Vertiefung eine Art umlaufende Laufrille darstellen, in der die kleineren Lagerkugeln laufen, und diese verändern ihre Raumlage nur auf dieser Kreisbahn.

Alternativ ist es auch denkbar, eine Anzahl räumlich um die Laufkugel verteilter Vertiefungen in der konkaven

Lagerfläche vorzusehen, z.B. drei getrennte

Ringnutabschnitte bzw. -Sektoren entlang eines

Oberflächenkreises der Laufkugel. Eine verteilte Anordnung der Vertiefungen ist bis hin zu einer 1:1 Zuordnung

entsprechend der Anzahl Lagerkugeln denkbar, d.h. einer jeweils eigenen, gesonderten Vertiefung für jede einzelne Kugelrolle .

Für eine gute Lastaufnahme bzw. -Verteilung wird jede

Ringnut vorzugsweise - bezogen auf die Nominallage des

Laufkugelmittelpunkts - in einem Winkelbereich des

Polarwinkels (Poldistanzwinkels) bzw. Höhenwinkels (in

Polarkoordinaten mit dem Laufkugelmittelpunkt als Ursprung und der Lagerachse als Pol-Achse) zur Lagerachse von ca. 25° bis 55°, insbes. von 30° bis 45° angeordnet.

Die Tiefe bzw. die Querschnittsdimensionierung (im Schnitt der die Lagerachse enthält) der bzw. jeder Vertiefung kann so gewählt sein, dass eine einliegende Lagerkugel mit einem überwiegenden Volumenanteil über die Lagerfläche vorsteht, um unnötige Reibung zu vermeiden und/oder dass jede

Lagerkugel bei vertikal stehender Lagerachse in der Vertiefung gehalten bleibt, was die Montage vereinfacht.

In einer für die Lebensdauer und einen schmierfreien Betrieb besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine Laufkugel aus Kunststoff verwendet. Die Laufkugel kann aus

Polyoxymethylen (POM) hergestellt sein.

Die kleineren Lagerkugeln sind vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, hergestellt. In machnen

Anwendungen, z.B. mit starken Magnetfeldern (z.B. in einem MRT) werden hingegen bevorzugt Lagerkugeln aus Glas

verwendet .

Besonders hohe Lebensdauer und Tragkraft wird mit der

Materialpaarung POM-Edelstahl , insbesondere einer POM- Laufkugel mit Edelstahl-Lagerkugeln, erzielt. Die Edelstahl- Lagerkugeln werden mit einer Lagerfläche am ersten

Gehäusteil gepaart, die aus einem schmierfreien Tribopolymer hergestellt ist, um den Verschleiß dort zu minimieren bzw. die Lebensdauer zu erhöhen. .

Bevorzugt hat das Gehäuse einen ersten Gehäuseteil aus einem Tribopolymer , welcher die Lagerfläche mit der Vertiefung bzw. den Vertiefungen aufweist, sowie einen die

Gehäuseöffnung aufweisenden zweiten Teil, vorzugsweise aus Kunststoff .

Die Lagerfläche ist vorzugsweise in etwa halbsphärisch bzw. halb-kalottenförmig ausgeführt, was sich z.B. im

Spritzgussverfahren günstig umsetzen lässt. Entsprechendes gilt für den zweiten Gehäuseteil, z.B. einen

ringscheibenförmigen Haltering, der bevorzugt eine

teilsphärische Rückhaltefläche für die Laufkugel hat, welche die Gehäuseöffnung umgibt. Bevorzugt besteht das Gehäuse insbesondere nur aus den beiden Gehäuseteilen, die als

Formteile in Kunststoff - ggf. beide aus einem Tribopolymer günstig herstellbar sind, insbesondere im Spritzgussverfahren. Dadurch werden u.a. die Herstellungs und Montagekosten reduziert.

In einer mechanisch günstigen Gestaltung liegt der kleinere Lagerkugeldurchmesser im Bereich von ca. 10% bis 35% des Laufkugeldurchmessers , insbesondere im Bereich von ca. 15% bis 25%. Ungeachtet dessen kann die Laufkugel für typische Anwendungen einen Laufkugel-Durchmesser im Bereich von ca. 5mm bis 50mm aufweisen. In Richtung der Lagerachse wird die Hauptkomponente der Last abgetragen bzw. abgeleitet. Die Lagerachse wird mechanisch durch die Gehäusegestaltung vorgegeben, und entspricht geometrisch meist der Linie durch die vorgegebene Nominallage des Laufkugelmittelpunkts im Gehäuse und das Zentrum der Gehäuseöffnung, entsprechend der Hauptrichtung der von der zu tragenden Last ausgeübten

Kraft .

Die vorgeschlagene Optimierung der Kugelrolle eignet sich für unterschiedlichste bekannte Anwendungen und auch für bisher nicht in Betracht kommende Einsatzgebiete, z.B. in einer Einbaulage, bei welcher die Laufkugel schräg oder vertikal nach unten gerichtet ist.

Ein häufiger Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Kugelrolle betrifft förderungstechnische Systeme, insbesondere in einem Kugelrollentisch, einer Rollenbahn einer Förderstrecke, einem Transporttisch oder dgl .

Die vorgeschlagene Kugelrolle kann auch in einem

lagerungstechnischen System, wie z.B. einem Regallager- System, z.B. als Laufrolle an einem Aufbewahrungsbehälter oder einer Palette eingesetzt werden.

Weiterhin kann die Kugelrolle auch zur Lagerung eines beweglichen Bauteils, insbesondere eines Möbelstücks, z.B. von Schubladen, Auszügen und dgl., oder von beweglichen Teilen eines Sport- bzw. Fitnessgeräts eingesetzt werden. Die Verwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf die genannten Anwendungsbeispiele beschränkt, sondern

grundsätzlich vorteilhaft.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich - ohne Beschränkung der Allgemeinheit der vorstehenden Lehre - aus der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Abbildungen. Hierbei zeigen:

FIG.l: einen vertikalen Längsschnitt durch den

Gesamtaufbau einer Laufrolle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ;

FIG.2A-2B: einen Längsschnitt bzw. eine Draufsicht einer

Variante eines Gehäuseteils für die Laufrolle nach FIG.l; und

FIG.3: eine perspektivische Ansicht des Gehäuseteils

gemäß FIG.2A-2B.

In FIG.l ist allgemein mit Bezugszeichen 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Kugelrolle bezeichnet. Die

Hauptbestandteile der Kugelrolle 1 sind die lastaufnehmende Laufkugel 2, ein zweiteiliges Gehäuse, nämlich aus einem ersten unteren Gehäuseteil 11 und einem oberen deckelartigen Gehäuseteil 12, sowie eine Anzahl Lagerkugeln 4.

Der erste Gehäuseteil 11 bildet eine Lagerschale mit einer hier etwa hemisphärischen Lagerfläche 13, in welche die Laufkugel 2 eingelegt ist. Die Laufkugel 2 ist auf den

Lagerkugeln 4 gemäß dem Prinzip einer Wälzlagerung

abgestützt bzw. gelagert. Dazu sind die Lagerkugeln 4 im ersten Gehäuseteil 11 drehbar in Bezug auf die Lagerfläche 13 gelagert. Die Lagerkugeln 4 übertragen die Last von der Laufkugel 2 auf die Lagerfläche 13, d.h. auf das als

Lagergestell dienende Gehäuseteil 11. Die beiden

Gehäuseteile 11, 12 sind rotationssymmetrisch zur Lagerachse A ausgeführt und halten den Kugelmittelpunkt M der Laufkugel 2 auf dieser Lagerachse A.

Der Durchmesser der Laufkugel 2 D2 = 2xR2 ist dabei erheblich größer als der Durchmesser D ₄ = 2x R ₄ der Lagerkugeln 4, beispielsweise um einen Faktor im Bereich von etwa 3-6. Der Radius R2 der Laufkugel 2 kann im Bereich von etwa 2-50mm, vorzugsweise 2-25mm, oder größer liegen. Der Radius R13 der kalottenartigen Lagerfläche 13 ist um einen vorbestimmten Betrag größer als der Radius R2 der Laufkugel 2. Der

Unterschied ist jedoch kleiner als der Durchmesser D ₄ der Lagerkugeln 4, wie weiter unten ersichtlich wird.

Wie FIG.l und FIG.2A am besten veranschaulichen, ist in der konkaven Lagerfläche 13 als Vertiefung zur teilweisen

Aufnahme und Führung der Lagerkugeln 4 eine Ringnut 15 vorgesehen. Die Ringnut 15 ist torusförmig, koaxial zur Lagerachse A und vollständig umlaufend angeordnet.

Die Ringnut 15 ist im Querschnitt an den Radius R ₄ der

Lagerkugeln 4 angepasst. Dazu ist der Radius R ₄₅ der Ringnut 15, so dimensioniert dass die Lagerkugeln 4 mit geringem Spiel in der Ringnut 15 frei abrollen können.

Im hier gezeigten Beispiel ist genau eine vollständig umlaufende Ringnut 15 rotationssymmetrisch um die Lagerachse 5 vorgesehen. Auch andere Anordnungen, beispielsweise mehrere verteilte Ringnutabschnitte oder verteilte

Vertiefungen für einzelne Lagerkugeln 4 sind denkbar.

Die Ringnut 15 ist bevorzugt im Bereich der unteren Hälfte der hemisphärischen Lagerfläche 13 angeordnet, hier in etwa auf einem Polarwinkel (Q) von ca. 40° in Bezug auf die

Lagerachse A mit dem Kugelmittelpunkt M als Ursprung. Die Tiefe der Ringnut 15 gemessen von der angrenzenden

Lagerfläche 13 ist so gewählt, dass ein überwiegender

Volumenanteil der Lagerkugeln 4 über die Lagerfläche 13 vorsteht, um die Reibungsfläche der Lagerkugeln 4 an der Lagerfläche 13 zu minimieren. Andererseits sollten die Lagerkugeln 4 zur vereinfachten Montage bei vertikal

ausgerichteter Lagerachse A in der Vertiefung bzw. Ringnut 15 stabil gehalten bleiben.

Die Ringnut 15 bildet eine Art Laufrille, in der die

kleineren Lagerkugeln 4 frei laufen und zwischen der

Laufkugel 2 und dem ersten Gehäuseteil 11 aus einem

Tribopolymer in einer gewünschten Relativlage in Bezug auf die Laufkugeln 2 gehalten sind. Die Lagerkugeln 4 sind in FIG.l sozusagen auf der Umlaufbahn mit Polarwinkel (Q) um die Achse A geführt.

Dank der Vertiefung bzw. Ringnut 15 können die Lagerkugeln 4 ungeachtet der anliegenden Last nicht aus ihrer gewünschten Nominallage verdrängt werden (bei bestimmungsgemäßer

Anwendung und im montierten Zustand) . Die Lagerkugeln 4 können insbesondere auch bei schräger oder vertikal nach unten gerichteter Einbaulage der Kugelrolle 1 nicht nach unten bzw. in eine nicht mehr lasttragende Lage wegrutschen. Weiterhin wird aufgrund der durch Anordnung und Geometrie der Vertiefung 15 in vorgegebener Weise eingeschränkte Lage der Lagerkugeln 4 ein vergleichsweise gleichmäßiger und ruhiger Lauf der Laufkugel 2 erzielt. Insbesondere im

Vergleich zur herkömmlichen Anordnung mit ungeordneten

Lagerkugeln kann zudem eine geringere Anzahl Lagerkugeln 4 eingesetzt werden, da kein Ausfüllen des Freiraums zwischen Laufkugel 2 und der Lagerfläche 13 erforderlich ist.

Die Laufkugel 2 ist vorzugsweise aus einem handelsüblichen Kunststoff, beispielsweise einem Polyoxymethylen (POM) hergestellt. Die Lagerkugeln hingegen sind vorzugsweise aus Metall, besonders bevorzugt aus Edelstahl, hergestellt. Als Lagerkugeln können z.B. handelsübliche Wälzlagerkugeln eingesetzt werden. Als Laufkugel 2 können ebenfalls

handelsübliche Wälzlagerkugeln aus Kunststoff eingesetzt werden .

FIG.2A-2B zeigen weitere Einzelheiten der Gehäusegestaltung. Das erste Gehäuseteil 11 ist aus einem schmierfreien

Tribpolymer ( tribologisch optimierter Polymer-Kunststoff mit tribologischen Zusätzen, wie bspw. Festschmierstoffen), vorzugsweise im Spritzgussverfahren, hergestellt. Das

Gehäuseteil 11 bildet neben der Lagerfläche 13 mit der vorgeformten Vertiefung bzw. Ringnut 15 weiterhin einen flanschartig auskragenden Montagebund 17 stirnseitig an der zylindrischen Außenfläche sowie eine in diesen Montagebund 17 vorgesehenen Sitz 19 zum Einpressen bzw. Befestigen des zweiten Gehäuseteils 12 in einer passenden Aufnahme bzw. Bohrung. Der zweite Gehäuseteil 12 hat als Gehäuseöffnung 14 eine teilsphärische Rückhaltefläche, welche symmetrisch zur Lagerachse A angeordnet ist und nach Befestigen des zweiten Gehäuseteils 12 im Sitz 19 die Laufkugel 2 mit geringem Bewegungsspiel zentrisch auf der Lagerachse A hält. Wie bei der Materialpaarung zwischen Laufkugel 2 und Lagerkugeln 4 kann auch hinsichtlich des Tribopolymers der Gehäuseteile 11, 12 in Bezug auf die Laufkugel 2 aus handelsüblichem Kunststoff eine tribologisch günstige Werkstoffpaarung gewählt werden .

Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung können in Kombination mit der der Materialpaarung zwischen Laufkugel 2 und

Lagerkugeln 4 ein insgesamt schmierfreier Betrieb und eine sehr hohe Lebensdauer, u.a. bedingt durch sehr geringen Abrieb, erzielt werden. Besonders bevorzugt werden die

Gehäusteteile 11, 12 aus dem Werkstoff „Xirodur B180" der Fa. igus GmbH aus D-55147 Köln verwendet.

Mit der vorgeschlagenen Gestaltung wird u.a. dank der

Einhaltung einer bestimmungsgemäßen Lage der Lagerkugeln 4 schließlich auch eine höhere Lastaufnahme ermöglicht. Je nach Dimensionierung sind Lasten von mehreren 100 N möglich auch bei kleinen Baugrößen erzielbar, z.B. mit einer

Laufkugel 2 mit R2 d 25mm. Anmelder :

igus GmbH

51147 Köln

Kugelrolle, insbesondere Polymerkugelrolle, sowie

Anwendungen hierfür

Bezugszeichenliste

FIG.1-3

1 Kugelrolle

2 Laufkugel

4 Lagerkugeln (Tragkugeln)

11 erster Gehäuseteil

12 zweiter Gehäuseteil

13 Lagerfläche

14 Gehäuseöffnung

15 Vertiefung/Ringnut

17 Montagebund

19 Sitz (für Gehäusedeckel)

A Lagerachse

Q Polarwinkel (zur Lagerachse)

R Radius der Laufkugel

R Radius der Lagerkugeln

R13 Radius der Lagerfläche

Radius der Ringnut