B e s c h r e i b u n g

Linearkugellager

Die Erfindung betrifft ein Linearkugellager.

Beispielsweise aus der US 4,952,075 ist ein Linearkugellager mit endlos umlaufenden Kugeln für ein Längsverschieben einer Welle innerhalb einer Käfighülse bekannt, wobei eine belastete Kugelreihe wenigstens einer der Kugelumläufe auf der einen Seite in einer in die Welle eingearbeiteten Rille und auf der anderen Seite von einer in die Käfighülse eingesetzten Laufbahnplatte geführt ist. Dabei ist sowohl die Laufbahnplatte als auch der rillenartige Bereich der Welle aus einem gehärteten Stahl ausgebildet.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Linearkugellager derart zu schaffen, dass das Linearkugellager für zwei zueinander längsverschiebliche, wenigstens gegen ein gegenseitiges Verdrehen gesicherte Teile bei einfacher und damit kostengünstiger Herstellbarkeit hohe Tragzahlen aufweist.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß Anspruch 1 beinhaltet ein Linearkugellager folgende Merkmale:

- Ein Innenteil und ein Außenteil, die über wenigstens zwei Reihen von Kugeln gegeneinander längsverschieblich sind,

- wenigstens eine der einander zum Gegenüberliegen vorgesehenen Mantelflächen der Teile ist wenigstens in einem sektorartigen Bereich größer 180° kreiszylin- dermantelartig ausgebildet,

- die Kugeln wenigstens einer Reihe sind an einem der Teile in einer Rille und im anderen Teil in einer Führung angeordnet, und

- im Bereich der Rille ist das Teil mit einer Härte kleiner in etwa 54 HRC ausgebildet.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass insbesondere gegenüber bekannten Lösungen, bei denen die belasteten Kugeln auf einem Kreiszylindermantel einer gehärteten Welle ohne Rillen abrollen, bei der erfindungsgemäßen Lösung mit Rillen sich die Hertz'schen Pressungsverhältnisse derart zum Positiven hin verändern, dass gegenüber besagten bekannten Lösungen mit gehärteter Welle gleiche oder bessere Tragzahlen erzielbar sind, ohne in vorteilhafter Art und Weise die Welle härten zu müssen. Weiterhin kommt mit Vorteil hinzu, dass die geringere Steifigkeit der ungehärteten Welle die Hertz'schen Pressungsverhältnisse zusätzlich im vorgenannten Sinne positiv zu größeren Tragzahlen hin beeinflusst. Dadurch, dass die Welle mit einer Härte kleiner gleich 54 HRC ausgebildet werden kann, also kein entsprechend hartes Material auszuwählen ist, nicht oberflächenbehandelt, wärmebehandelt und/oder gehärtet werden muss, ist die Welle mit einer Härte kleiner 54 HRC gegenüber härteren Wellen einfacher zu schneiden, zu entgraten, es können Schrauben eingedreht werden und so weiter. Dabei ist die Welle gemäß der Erfindung besonders einfach und damit kostengünstig durch ein Kaltumformen, beispielsweise einem mit einer Material Verdichtung verbundenen Ziehen und/oder insbesondere bei Hohlkörpern durch Kneten herstellbar. Ein einem Härten nachfolgendes aufwendiges Schleifen ist mit Vorteil nicht nötig.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist insbesondere das Innenteil mit der Rille besagter Härte als eine Hohlwelle ausgebildet. Dadurch ist insbesondere durch die

Höhlung hindurch mit Vorteil beispielsweise eine Kabeldurchführung möglich, wie auch ein Durchfuhren von Luft, insbesondere bei pneumatischen Anwendungen.

Das Innen- oder Außenteil mit der Rille besagter Härte kann dabei sowohl aus einem Edelstahl oder einer Nirostahlausführung als auch aus Aluminium ausgebildet sein.

Das erfindungsgemäße Linearkugellager kann dabei mit besonderem Vorteil bei Pneumatik- und/oder Hydraulikanwendungen, insbesondere in, an oder bei Kolben- fuhrungen von Pneumatik- und/oder Hydraulikzylindern, bei medizintechnischen Anwendungen, beispielsweise zur Linearfuhrung bei Injektionsvorrichtungen und/oder bei Textilmaschinen, beispielsweise zur Fadenführung, mit besonderem Vorteil eingesetzt werden. Es kann aber auch in der Automobiltechnik, insbesondere bei Ausbildung als Changierlager zur Lagerung von Schaltgabeln in Getrieben eingesetzt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Figur 1 einen sektorartigen Ausschnitt eines quergeschnittenen Linearkugellagers mit Kugelumlauf,

Figur 2 in perspektivischer Ansicht ein Changierlager mit einer Innenhülse mit Zapfen und einer Käfighülse mit darin gehaltenen Kugeln und mit länglichen Ausnehmungen für die Zapfen,

Figur 3 eine Frontansicht des Changierlagers der Figur 2,

Figur 4 in perspektivischer Ansicht die Innenhülse ohne die Zapfen und

Figur 5 in perspektivischer Ansicht die Käfighülse mit den darin gehaltenen Kugeln.

Die Figur 1 zeigt dabei als ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung einen sektorartigen Ausschnitt eines quergeschnittenen Linearkugellagers. Dabei umfasst das Linearkugellager eine Käfighülse 10, die beispielsweise in einem nicht dargestellten Gehäuse eingesetzt ist und die eine kreiszylindrische Achse 5 umgibt. Dabei kann die Käfighülse 10 aus einem Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt sein. Am Umfang der Käfighülse 10 verteilt sind dabei mehrere Kugelführungen für jeweils eine endlose Reihe von Kugeln eingearbeitet. Jede der Kugelführungen besteht dabei aus zwei am Umfang nebeneinander angeordneten längsverlaufenden Führungsbahnen, welche an ihren beiden Enden durch jeweils eine halbkreisförmig verlaufende Umlenkbahn miteinander verbunden sind. Der Ausschnitt der Figur 1 zeigt dabei exemplarisch eine der Kugelführungen, wobei der Querschnitt durch die längsverlaufenden Führungsbahnen geführt ist. Dabei gilt das nachfolgend anhand der in der Figur 1 dargestellten Kugelführung Beschriebene entsprechend auch für die weiteren nicht dargestellten Kugelführungen.

In der Käfighülse 10 laufen dabei die belasteten Kugeln 20 der Kugelreihe in einer zur Achse 5 hin offenen Führungsbahn und die unbelasteten Kugeln 25 in einer daneben angeordneten frei von einer öffnung zur Achse 5 hin ausgebildeten Führungsbahn sowie in den beiden Umlenkbahnen. Die Kugeln 20 und 25 sind beispielsweise aus einem Wälzlagerstahl ausgebildet. Nach außen hin sind die beiden Führungsbahnen durch eine in eine entsprechende öffnung der Käfighülse 10 eingesetzte Grundplatte 12 begrenzt.

Für die Führungsbahn der belasteten Kugeln 20 ist wiederum in eine entsprechende öffnung der Grundplatte 12 eine vorzugsweise metallische Laufbahnplatte 14 aus einem gehärteten Stahl eingesetzt. Dabei ist für ein radiales Fixieren der Laufbahn- platte 14 in der Grundplatte 12, die insbesondere aus Kunststoff ausgebildeten ist,

die Laufbahnplatte 14 mit an ihren Seitenflächen verlaufenden Ausnehmungen versehen, in welche entsprechende Vorsprünge der Grundplatte 12 eingreifen.

Die in der Kugelführung angeordneten Kugeln 20 und 25 können dabei unmittelbar aneinander anliegend, durch Trennelemente voneinander getrennt und/oder in einer Kette angeordnet sein. Für eine entsprechende Verdrehsicherung der Achse 5 gegenüber der Käfighülse 10 ist entsprechend der Führungsbahn der belasteten Kugeln 20 eine axial verlaufende Rille 7 in die Achse 5 eingearbeitet. Die Achse 5 ist dabei als ein massives Bauteil aus einem ungehärteten Stahl ausgebildet. Insbesondere weist die Achse 5 eine Härte kleiner in etwa 45 HRC auf. In anderen Ausführungsformen kann die Achse 5 auch als ein Hohlkörper ausgebildet sein. Weiterhin ist die Rille 7 in Bezug auf die Kugeln 20 und 25 derart ausgebildet, dass sich beispielsweise eine als Verhältnis von Laufbahnradius durch Kugeldurchmesser ausgedrückte Schmiegung von 0,56 ergibt. Dadurch sowie durch besagte Härte der Achse 5 werden über die eingangs beschriebenen Hertz'schen Pressungsverhältnisse die ebenfalls eingangs beschriebenen Vorteile erzielt.

Ferner ist das Linearkugellager, insbesondere eine Tiefe der Rille 7 derart gering ausgebildet, dass die Achse 5 lediglich gegen ein Verdrehen gesichert ist und das Lager damit nicht als eine klassische, hohe Drehmomenten übertragende Keilwellenanordnung ausgebildet ist, bei der sich die geringe Härte der Achse 5 gegebenenfalls negativ auswirken könnte.

Die Figur 2 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Ansicht ein Changierlager und die Figur 3 eine Frontansicht des Changierlagers der Figur 2. Dabei umfasst das Changierlager eine auf einer Welle 59 angeordnete Innenhülse 50, deren Außenmantel mehrere sich axial erstreckende Rillen 57 umfasst, in denen die in einer Käfighülse 60 des Changierlagers gehaltenen Kugeln 70 zum Abrollen vorgesehen sind. Weiterhin sind in die Innenhülse 50 an drei Umfangsstellen Zapfen 52 eingepresst. Die Figur 4 zeigt dazu in perspektivischer

Ansicht die Innenhülse 50 der Figuren 2 und 3 in Alleinstellung ohne die Zapfen

52.

Die Innenhülse 50 ist beispielsweise als gezogenes oder rundgeknetetes Profil mit einer Härte von 45 HRC hergestellt. Weiterhin sind die Rillen 52 derart ausgebildet, dass sich eine, als Verhältnis vom Rillenradius zu Kugeldurchmesser ausgedrückte Schmiegung von ca. 0,56 ergibt. Durch die vorgenannte Ausbildung der Innenhülse 50 werden somit die zur Lösung der Aufgabe genannten Vorteile erreicht, und damit ein bei herkömmlichen Lösungen labiler Punktkontakt der einzelnen Kugeln 70 hin zu einer Welle beseitigt. Die Welle 59 kann dabei ebenfalls mit Vorteil vergleichsweise weich ausgebildet sein.

Für eine Begrenzung des Längsverschiebens zwischen der Innenhülse 50 und der Käfighülse 60 ragen die Zapfen 52 in axial längliche, in der Käfighülse 60 ausgebildete Ausnehmungen 62 hin. In anderen Ausführungen können dabei natürlich auch anders ausgebildete Mittel zum Begrenzen des Längsverschiebens eingesetzt werden.

Die Käfighülse 60, in der die Kugeln 70 rollfähig gehalten sind, entspricht dabei einer konventionellen bekannten Ausbildung. Dabei kann je Belastung die Anzahl der Kugeln 70 und/oder Kugelreihen variiert werden. Dabei zeigt die Figur 5 in perspektivischer Ansicht die Käfϊghülse 60 der Figuren 2 und 3 mit den darin angeordneten Kugeln 70 nochmals in Alleinstellung.

Das vorausgehend beschriebene Changierlager ist dabei insbesondere zur Lagerung von linearbeweglichen Schaltklauen bzw. -gabeln in Getrieben einsetzbar. Dort kann ein einzelnes erfindungsgemäßes Changierlager aufgrund seiner hohen Momentenbelastbarkeit bisherige Lösungen ersetzen, bei denen mit großem Platzbedarf zwei konventionelle Changierlager und/oder eine gehärtete und damit teuere Welle eingesetzt werden müssen. Dabei werden gemäß der Erfindung durch die günstigere Geometrie für den Kugelkontakt, sprich die Schmiegung, bei

kleineren Materialhärten und gleichzeitig vergleichweise kleinen Abmessungen eine hohe Belastbarkeit und große Tragzahlen erreicht.