Wälzlager für Linearbewegungen

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager für Linearbewegungen mit einem längs einer Führungsschiene verschiebbaren Tragkörper, der sich über mehrere Paare von Wälzkörperumläufen an zwei Längsseiten der Führungs¬ schiene abstützt, wobei jeder Längsseite ein einstückiger Käfig zu¬ geordnet ist und die Wälzkörperumläufe jeweils eine von dem Käfig geführte lastübertragende Wälzkörperreihe, eine in einem Rücklaufkanal des Tragkörpers angeordnete rücklaufende Wälzkörperreihe und zwei diese Reihen an ihren Ende miteinander verbindende Wälzkörper-Umlenk- bogen aufweisen, von welchen jeweils ein Teil als Fortsetzung der geradlinigen Wälzkörperreihe in dem einstückigen Käfig und der andere in einem Kopfstück angeordnet ist, das an der benachbarten Stirnfläche des Tragkörpers angesetzt ist.

Ein solches Wälzlager ist aus dem Dokument EP-A-0 427 238 bekannt. Dieses weist zwei Paare von Wälzkörperumläufen zum Abstützen des Tragkörpers an der Führungsschiene auf, so daß sich insgesamt vier Kugelumläufe mit den als Kugeln ausgebildeten Wälzkörpern ergeben. Die von dem Tragkörper auf die Führungsschiene übertragbare Kraft wird durch die vier lastübertragenden Wälzkörperreihen der Wälzkörperumläu¬ fe begrenzt. So läßt sich mit diesen vier Wälzkörperumläufen nur eine bestimmte maximale statische bzw. dynamische Tragzahl des Wälzlagers erzielen. Einer Erhöhung der Tragzahlen durch Erhöhung der Anzahl der Wälzkörperumläufe bei sonst gleichen baulichen Gegebenheiten des Wälzlagers steht aber die Schwierigkeit der Gestaltung der beiden

Käfige entgegen, die für die Lagerseiten jeweils einstückig für mehre¬ re lastübertragende Wälzkörperreihen ausgebildet sein sollen. Sofern ein solcher Käfig als Spritzgußteil aus einem polymeren Werkstoff hergestellt werden soll, ergeben sich komplizierte Spritzwerkzeuge. Erwünscht ist, das Werkstück in einfacher Weise spritzen und entformen zu können. Dabei soll ein Werkzeug verwendet werden können, das mög¬ lichst einfach aufgebaut ist und keine zusätzlichen Schieber benötigt. Der Käfig nach dem vorbekannten Wälzlager ist für zwei lastübertragen¬ de Wälzkörperreihen so ausgeführt, daß er sich in senkrechter Richtung entformen läßt.

Aus dem Dokument EP-A-0211243 ist ein Wälzlager für Linearbewegungen mit vier Wälzkörperumläufen bekannt, bei dem jeder Käfig von zwei in Flucht zueinander liegenden und an ihren Enden zusammenstoßenden achs- parallelen Haltestegen gebildet ist. Zwei lastübertragende Wälzkörper¬ reihen eines Paars von Wälzkörperumläufen sind jeweils an ihren ande¬ ren Enden einstückig mit dem Kopfstück ausgeführt. Ein solches Bauteil läßt sich in einem Spritzwerkzeug ohne Schieber herstellen und daraus entformen, wenn die Entformung in Längsrichtung des Käfigs erfolgt. Hier muß also im günstigsten Fall der Werkzeugweg etwas größer sein, als die halbe Käfiglänge, so daß sich hier der Nachteil großer Entfor- ungswege ergibt. Mit diesen sind aber auch große Taktzeiten beim Herstellungsprozeß in der Serienfertigung verbunden. Dieses Wälzlager hat außerdem den Nachteil, daß durch die Trennfuge auf der Käfiglänge im eingebauten Zustand der Käfige Stabilitätsverluste entstehen, die durch zusätzliche Befestigungsmaßnahmen, wie in Käfiglängsrichtung der beiden Käfighälften verlaufende Nuten oder Bohrungen und darin einge¬ steckte Paßstifte, ausgeglichen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in einfacher Weise herstellbares und montierbares Lager zu schaffen, mit dem bei gleichen Außenabmessungen seiner Bauteile höhere Tragzahlen und Quersteifigkei- ten erzielbar sind, so daß eine größere Lastübertragung möglich ist. Dabei soll in allen Lagerquerrichtungen möglichst eine annähernd gleiche Belastbarkeit und Steifigkeit erreichbar sein.

Diese Aufgabe wird nach einem ersten Vorschlag erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Tragkörper mindestens sechs Wälzkörperumläufe in drei Paaren angeordnet sind. Es können beispielsweise an dem Tragkör¬ per acht Wälzkörperumläufe in vier Paaren angeordnet sein.

Eine einfache und schnelle Herstellbarkeit der Käfige für ein solches Lager ergibt sich dadurch, daß erfindungsgemäß für einen Tragkörper mit drei Paaren von Wälzkörperumläufen in jedem Käfig die drei last¬ übertragenden Wälzkörperreihen parallel zueinander und senkrecht übereinander angeordnet sind, wobei der Käfig einen unteren Steg, darüber einen führungsschienenseitigen Steg, darüber einen tragkörper- seitigen Steg und über diesem einen oberen Steg aufweist, wobei sich alle Stege gegenseitig in waagerechter Richtung nicht überdecken. Ein solcher Käfig ermöglicht dann die Herstellung als Spritzteil in einem Spritzwerkzeug, das eine waagerechte Entformung rechtwinklig zur Käfiglängserstreckung ermöglicht. Da der Käfig in dieser Richtung nur geringe Abmessungen hat, ergeben sich bei der Serienherstellung auch nur geringe Taktzeiten für seinen Herstellungsprozeß.

Für einen Tragkörper mit vier Paaren von Wälzkörperumläufen sind vorteilhaft in jedem Käfig die vier lastübertragenden Wälzkörperreihen parallel zueinander und im Querschnitt in zwei Ebenen angeordnet, die einen Winkel miteinander bilden, wobei einer Ebene jeweils zwei durch einen Zwischensteg getrennte Wälzkörperreihen zugeordnet sind und der Käfig außerdem einen unteren Steg, schräg darüber einen mittleren Steg und schräg über diesem einen oberen Steg aufweist, wobei sich alle Stege gegenseitig in waagerechter Richtung nicht überdecken. Auch ein solcher Käfig ermöglicht eine einfache Herstellung in einem Spritz¬ werkzeug ohne Schieber mit geringen Taktzeiten.

Für eine günstige Herstellungsmöglichkeit und leichte Ausführung der Käfigbauteile sind vorteilhaft die Kopfstücke und/oder die Käfige aus einem polymeren Werkstoff hergestellt. Eine gute Montagemöglichkeit ergibt sich für den Tragkörper mit den beiden Käfigen und den beiden Kopfstücken dadurch, daß an jedem Wälzkörperumlauf der in dem Käfig befindliche Teil und der in dem Kopfstück befindliche Teil des Wälz

körper-Umlenkbogens sich jeweils über einen Winkel von 90° erstrecken. Dadurch ergeben sich zwischen den Kopfstücken und den aus dem Tragkör¬ per in Bewegungsrichtung des Tragkörpers herausragenden Enden der Käfige Trennfugen, die parallel zur Bewegungsrichtung des Tragkörpers verlaufen, so daß es möglich ist, die Kopfstücke in dieser Richtung an den mit den beiden Käfigen bereits versehenen Tragkörper stirnseitig anzustecken.

Die Kopfstücke weisen bevorzugt nach innen abstehende Befestigungs- zapfen auf, die in entsprechende Ausnehmungen der Käfige passend eingreifen. Nur durch das Aufstecken der Kopfstücke auf die beiden Stirnseiten des Tragkörpers und das gleichzeitige Umfassen der Enden der in dem Tragkörpern befindlichen Käfige ist somit bereits eine feste Montage der Bauteile erfolgt. Anschließend können die Kopfstücke an dem Tragkörper durch Schrauben befestigt werden.

Eine weitere Befestigungsmöglichkeit ergibt sich dadurch, daß an den Kopfstücken und den Käfigen gemeinsame, jeweils von einem Teil des Kopfstücks und einem Teil des Käfigs gebildete, nach außen abstehende Befestigungszapfen ausgebildet sind. Auf alle so zusammengesetzten Befestigungszapfen kann dann eine gemeinsame Platte mit entsprechenden Ausnehmungen, in die die Zapfen passend eingreifen, aufgesteckt wer¬ den. Dadurch ergibt sich eine feste und stabile Ausführung des Wälz¬ lagers.

Nach einem weiteren Vorschlag wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wälzkörperlaufbahnen der Tastübertragenden Wälzkörper¬ reihen der Führungsschiene und des Tragkörpers im Querschnitt geneigt angeordnet sind, wobei sie mit den Senkrechten Druckwinkel bilden, und daß jeweils die Druckwinkel eines Paars von Wälzkörperumläufen und die Druckwinkel eines weiteren Paars von Wälzkörperumläufen unterschiedli¬ che Beträge aufweisen. Infolge dieser Ausbildung mit unterschiedlichen Druckwinkeln kann erreicht werden, daß sich für Zug- und Seitenbela¬ stungen des Lagers gleiche Tragzahlen und eine höhere Zugsteifigkeit ergeben. Dabei können die Wälzkörperlaufbahnen Kugellaufbahnen sein, deren mittlere Tangenten mit den Senkrechten Druckwinkel bilden.

Wenn nun vier Kugelreihen, also zwei Paare von Wälzkörperumläufen vor¬ gesehen werden, läßt sich das Lager auch bei weichen oder ungenau ausgeführten Anschlußkonstruktionen funktionssicher verwenden.

An dem Tragkörper können auch mindestens sechs Wälzkörperumläufe in drei Paaren übereinander angeordnet sein, wobei jeweils die Druckwin¬ kel des mittleren Paars von Wälzkörperumläufen größer sind, als die Druckwinkel des oberen und des unteren Paars von Wälzkörperumläufen. Soll das Lager sechs oder mehr Kugelreihen erhalten, so läßt sich dieses ohne großen Kostenaufwand durchführen, da bei seiner Herstel¬ lung die Verwendung gleicher Bauteile möglich ist. Ein Lager mit sechs Kugelreihen, also drei Paaren von Wälzkörperumläufen eignet sich besonders gut für den Einbau in sehr genau arbeitende Werkzeugmaschi¬ nen, an welche die Forderung einer hohen Steifigkeit gestellt wird.

Der Druckwinkel des oberen und des unteren Paars von Wälzkörperumläu¬ fen kann beispielsweise jeweils 45° betragen, während der Druckwinkel des mittleren Paars von Wälzkörperumläufen jeweils 60° betragen kann. Die Kugellaufbahnen der lastübertragenden Wälzkörperreihen der Füh- rungsschiene und des Tragkörpers können im Querschnitt geneigt an¬ geordnet sein, wobei ihre mittleren Tangenten mit den Senkrechten Druckwinkel bilden, die bei allen Paaren von Wälzkörperumläufen gleich sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Wälzlagereinheit mit einem Tragkörper, der längs einer Führungsschiene verschiebbar ist, in einem recht- winklig zur Verschiebungsrichtung verlaufenden Schnitt gemäß Linie I-I der Figur 2, wobei die Führungsschiene jedoch nicht schraffiert dargestellt wurde;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Tragkörper;

Fig. 3 eine Unteransicht des mit Wälzkörperumläufen versehenen

Tragkörpers;

Fig. 4 eine stirnseitige Innenansicht eines Kopfstücks der Wälzlagereinheit;

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Kopfstück mit einem Teilschnitt gemäße Linie V-V der Figur 4;

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Käfigs der Wälzlagereinheit;

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Käfig;

Fig. 8 einen waagerechten Schnitt durch den Käfig gemäß Linie VIII-VIII der Figur 6;

Fig. 9 einen senkrechten Schnitt durch den Käfig gemäß Linie IX-IX der Figur 6 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 10 eine Seitenansicht eines anderen Käfigs;

Fig. 11 einen senkrechten Schnitt gemäß Linie XI-XI der Figur 10 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 12 die Wälzlagereinheit gemäß Figur 1 in einem Querschnitt in vergrößertem Maßstab, ohne Darstellung des erforder¬ lichen Käfigs.

Die Wälzlagereinheit nach den Figuren 1 bis 3 besteht aus einem Trag¬ körper 1, der längs einer waagerechten Führungsschiene 2 verschiebbar gelagert ist. Hierzu dienen drei Paare von Wälzkörperumläufen mit als Kugeln 3 ausgebildeten Wälzkörpern, die sich einerseits an Laufbahnen des Tragkörpers 1 und andererseits an Laufbahnen der Führungsschiene 2 abstützen, wobei von jedem Wälzkörperumlaufpaar ein Wälzkörperumlauf an einer Längsseite der Führungsschiene und der andere Wälzkörper- u lauf an der anderen Längsseite der Führungsschiene 2 angeordnet ist. Die drei Wälzkörperumlaufpaare jeder Seite sind senkrecht übereinander

angeordnet.

Jeder Wälzkörperumlauf besteht aus einer lastübertragenden Wälzkörper¬ reihe 4, einer dazu parallelen rücklaufenden Wälzkörperreihe 5 und zwei Wälzkörper-Umlenkbogen 6, die an den Enden der Wälzkörperreihen 4 und 5 angrenzen und diese Reihen miteinander verbinden. Bei der Bewegung durchläuft die rücklaufende Wälzkörperreihe 5 einen Rück¬ laufkanal 7, der für den Wälzkörperumlauf jeweils in dem Tragkörper 1 angeordnet ist. Die lastübertragenden Wälzkörperreihen 4 aller drei Wälzkörperumläufe einer Seite der Führungsschiene 2 werden von einem gemeinsamen Käfig 8 geführt, der in dem Tragkörper 1 für jede Seite der Führungsschiene 2 angeordnet ist und in Bewegungsrichtung des Tragkörpers 1 an beiden Enden aus diesem herausragt, wo seine Wälzkör¬ perreihe 4 in die Wälzkörperumlaufbahn 6 übergeht.

An jeder Stirnseite des Tragkörpers 1 sind die beiden aus dem Tragkör¬ per herausragenden Enden der Käfige 8 von einem Kopfstück 9 umgeben, in welchem der weitere Teil der Wälzkörper-Umlenkbogen angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Teile der Wälzkörper-Um- lenkbogen des Käfigs und des Kopfstücks jeweils über 90°, so daß sich hier eine Trennfuge 10 zwischen den Käfigen und den Kopfstücken 9 ergibt, die jeweils parallel zur Bewegungsrichtung des Tragkörpers 1 verläuft. Die Kopfstücke 9 sind mit Hilfe von Schrauben 11 an dem Tragkörper 1 befestigt, weitere Schrauben 12 dienen der Befestigung von Abstreiferplatten 13 und eines Schmiernippels 14 an dem Tragkör¬ per 1.

Jedes Kopfstück 9 weist an seiner Innenseite zwischen je zwei bogen¬ förmigen Kanälen 15 für die Teile der Wälzkörper-Umlenkbogen 6 waa- gerecht abstehende Befestigungszapfen 16 auf, die für den Eingriff in Ausnehmungen 17 der Käfige 8 vorgesehen sind und die Befestigung der Kopfstücke 9 an den Käfigen 8 sichern. Außerdem sind an den Kopfstük- ken 9 senkrecht abstehende Befestigungszapfen ausgebildet, die mit entsprechenden Zapfenteilen der Käfige 8 integriert sind und mit diesen gemeimsame Befestigungszapfen 18 bilden. Durch Eingriff dieser Befestigungszapfen 18 in Ausnehmungen einer gemeinsamen aufgesteckten

Montageplatte ergibt sich eine weitere Befestigung der Bauteile der Wälzlagereinheit aneinander.

Die Käfige 8 bestehen aus mehreren übereinander angeordneten und innerhalb des Tragkörpers 1 befindlichen waagerechten Stegen, die außerhalb des Tragkörpers 1 an ihren Enden in gemeinsame Verbindungs¬ stücke 19 übergehen. So weist der Käfig 8 für die Führung der Kugeln 3 der lastübertragenden Wälzkörperreihen 4 einen unteren Steg 20, einen darüber befindlichen führungsschienenseitigen Steg 21, einen darüber befindlichen tragkörperseitigen Steg 22 und einen darüber befindlichen oberen Steg 23 auf. Diese übereinander angeordneten Stege überdecken sich in waagerechter Richtung nicht, so daß es möglich ist, den Käfig 8 nach dem Spritzvorgang in waagerechter, rechtwinklig zur Längsrichtung des Käfigs 8 verlaufender Richtung zu Entformen. Die Verwendung von zusätzlichen Schiebern in dem Spritzwerkzeug kann dadurch vermieden werden.

Denselben Vorteil weist auch der Käfig 24 nach den Figuren 10 und 11 der Zeichnung auf, dieser besteht aus einem unteren Steg 25, einem mittleren Steg 26 und einem oberen Steg 27. Jeweils zwischen dem unteren Steg 25 und dem mittleren Steg 26 und zwischen dem mittleren Steg 26 und dem oberen Steg 27 befindet sich ein Zwischensteg 28, wobei alle Stege so übereinander angeordnet sind, daß sie sich in waagerechter Richtung nicht überdecken und das Spritzen des Käfigs 24 in einem Spritzwerkzeug ohne zusätzliche Schieber ermöglichen.

Das Wälzlager wurde in Figur 12 vergrößert dargestellt, um die Winkel¬ verhältnisse an den Kugel!aufbahnen besser erklären zu können. Sowohl am Tragkörper l _r als auch an der Führungsschiene 2 sind die Kugel- laufbahnen 29 des Tragkörpers 1 und die Kugellaufbahnen 30 der Füh¬ rungsschiene 2 für die lastübertragenden Wälzkörperreihen gegenüber den Senkrechten geneigt angeordnet.

Diese Laufbahnen sind mit gewölbter Oberfläche rillenför ig ausge- führt, da als Wälzkörper Kugeln 3 verwendet sind. Daher verlaufen genauer gesagt die mittleren Tangenten 31, 32 und 33 der Kugellaufbah

nen 30 geneigt gegenüber den Senkrechten 34, 35 und 36. Diese Verhält¬ nisse sind nur für die Wälzkörperlaufbahnen der Führungsschiene 2 dargestellt, bestehen in entsprechender Weise aber auch an den Wälz¬ körperlaufbahnen des Tragkörpers 1.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem drei Paare von Wälzkör¬ perumläufen übereinander angeordnet sind, bildet jeweils die Tangente 31 mit der Senkrechten 34 des obersten Paars von Wälzkörperumläufen und die Tangente 33 mit der Senkrechten 36 des untersten Paars von Wälzkörperumläufen einen Winkel α, während jeweils die Tangente 32 mit der Senkrechten 35 des mittleren Paars von Wälzkörperumläufen einen Winkel ß bildet. Erfindungsgemäß kann der Winkel ß größer sein als der Winkel α. Entsprechend den mathematisch-geometrischen Gesetzen werden die Winkel α bzw. ß auch von den durch die Mittelpunkte der Kugeln 3 verlaufenden Normalen der Tangenten 31 und 33 und den Waagerechten bzw. von der Tangente 32 und der Waagerechten gebildet.

Bezugszah 1 en 1 i st e