CH691191A5 - Drehverbindung auf Gleitlagerbasis. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft eine Drehverbindung auf Gleitlagerbasis mit den Funktionseinheiten Aussenring, Innenring und Gleitring. 



  Als Drehverbindungen werden Lager bezeichnet, welche radiale und axiale Kräfte sowie Kippmomente aufnehmen können. Sie unterscheiden sich vor allem dadurch von üblichen Lagerbauformen wie Kugellagern, dass sie einen grossen Lagerdurchmesser und im Vergleich dazu einen kleinen Lagerquerschnitt aufweisen. Die Hauptbauform der Drehverbindungen weist zudem in den Ringen axiale Bohrungen auf, welche eine einfache und preisgünstige Befestigung an der Anschlusskonstruktion erlauben. 



  Drehverbindungen werden meist als Wälzlager mit Kugeln oder Zylinderrollen als Wälzkörper ausgeführt. Die Ringe weisen vorwiegend winkelförmige oder rechteckige Grundquerschnitte auf, in welche die Laufbahnen eingearbeitet werden. Die Ringe bestehen üblicherweise aus massivem Stahl, wobei der Grundquerschnitt gewalzt wird und Laufbahnen und Anschlussflächen durch nachträgliche spanende Bearbeitung erzeugt werden. Die Laufbahnen müssen für die meisten Anwendungsfälle gehärtet werden. 



  Bei einer andern bekannten Ausführungform dienen sogenannte gehärtete Laufdrähte als Laufbahn der Wälzkörper, wobei erstere in massive Ringe eingelegt werden. Bei dieser Bauform sind die Laufdrähte auch oft direkt in ringförmigen Drahtbetten der Anschlusskonstruktion eingelegt. In diesem Fall spricht man von Drahtlager-Einbauelementen, welche jedoch kein vollständiges Lager darstellen und deshalb in den weiteren Betrachtungen nicht weiter erwähnt werden. Dies insbesondere auch deshalb nicht, weit sie die gleichen technischen Haupt-Nachteile aufweisen wie die gebräuchlichsten Bauformen. 



  In gewissen Fällen werden anstelle von Wälzlager-Drehverbindungen auch Gleitlager eingesetzt, wobei bei den bekannten Bauformen zwischen massive Ringe, Zylinder oder Scheiben ebene Gleitringe und zylindrische Buchsen eingelegt werden. 



  Dank ihrem grossen Durchmesser weisen Drehverbindungen hohe Tragfähigkeiten auf. Sie werden hauptsächlich zur Lagerung von Türmen und Säulen im Kranbau sowie oft zur Verbindung von Fahrzeugkasten und Drehgestell bei Bahn-Rollmaterial eingesetzt. Ein anderes wichtiges Anwendungsgebiet mit ganz andern Anforderungen ist die Medizinaltechnik. 



  Alle die bekannten Bauformen von kompletten Lagern haben den Nachteil, dass ihre Herstellung teuer ist. Insbesondere bei Anwendungen, wo rostfreie Ausführungen benötigt werden, sind die Herstellkosten infolge der hohen Materialpreise bei gleichzeitig grossem Materialvolumen sowie der ungünstigen Zerspanbarkeit dieser Werkstoffe extrem hoch. Zudem ist bei vielen Anwendungen notwendig, dass die Lager spielfrei vorgespannt werden. Dies erfordert bei der hohen Steifigkeit der Lager hohe Fertigungsgenauigkeiten, was zusätzlich zu hohen Kosten führt. Gleichzeitig ist es notwendig, dass auch bei der Anschlusskonstruktion eine hohe Formgenauigkeit eingehalten wird. 



  Drehverbindungen auf Wälzlagerbasis haben den weitern Nachteil, dass sie bei kleinen Schwenkbewegungen und bei Vibrationsbeanspruchung zu Riffelbildung neigen. In solchen Fällen werden hie und da Gleitlager eingesetzt, wobei es sich jedoch nicht um komplette Drehverbindungen handelt, sondern um getrennte Axial- und Radiallager. Gleitlager  herkömmlicher Bauart wären jedoch nur mit extremem technischem Aufwand spielfrei herstellbar und sind deshalb nicht bekannt. 



  Die erfindungsgemässe Bauform hat deshalb zum Zweck, gleichzeitig mehrere der oben beschriebenen Nachteile der bekannten Drehverbindungen zu vermeiden. Insbesondere wird eine Bauart angestrebt, welche in rost- und/oder spielfreier Ausführung preisgünstig hergestellt werden kann und nicht zu Riffelbildung neigt. 



  Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass bei dieser Drehverbindung mindestens einer der Ringe aus Metallblech besteht, welches spanlos so umgeformt wurde, dass mindestens eine Gleitfläche konisch oder konusähnlich ist und dass sie einen Gleitring aufweist, der aus einzelnen Gleitelementen besteht. In den Hauptausführungsformen sind zusätzlich elastische Elemente vorhanden, welche das Spiel aufheben und bei Verschleiss der Gleitflächen diesen automatisch kompensieren. Bei einer weitern Ausführungsform kann die Vorspannung eingestellt werden. Bei den einzelnen Ringen ist es möglich, das Profil an spezifische Forderungen anzupassen. So können zum Beispiel Flanschpartien so gestaltet werden, dass relativ ungenaue Anschlussflächen den gleichmässigen Lauf des Lagers kaum beeinträchtigen. 



  Nachstehend werden zwei Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. 



  Dabei zeigen: 
 
   Die Fig. 1 einen Querschnitt durch die eine Hälfte einer typischen Ausführungsform. 
   Die Fig. 2. einen analogen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform. 
 



  Gemäss Fig. 1 ist der Innenring (3) aus relativ dickem Stahlblech hergestellt und zum Beispiel durch Drückwalzen so umgeformt, dass er die konischen Gleitflächen (3a) mit dem Winkel ( alpha ) und (3b) mit dem Winkel ( beta ) zur Lagerebene erhält. Der Flanschteil (3f) ist dabei in respektive parallel zu der ursprünglichen Blechebene. Der Aussenring (1) ist bei dieser Variante zweiteilig ausgeführt; er besteht aus dem unteren Aussenringteil (1a) und dem oberen Aussenringteil (1b). Vom Aussen- und Innenring werden die Gleitelemente (2) umschlossen. Die gezeigte Drehverbindung hat einen mittleren Durchmesser von 605 mm, eine axiale Gesamthöhe von 60 mm und weist 16 Gleitelemente auf. Diese werden durch die Gewindeeinsätze (5) gegen Verdrehen gesichert.

   Die Gewindeeinsätze dienen gleichzeitig dazu, die Drehverbindung mit zum Beispiel 16 Schrauben am unteren Anschlusselement zu befestigen. Die Gewindeeinsätze (5) ergeben sichere Schraubverbindungen trotz der relativ geringen Wandstärke der Lagerringe. Dank der Aussparung (2c) wirkt die schmale Partie (2d) der Gleitelemente (2) wie ein Gelenk. Die Partie (1c) des oberen Aussenringteiles (1b) ist so ausgebildet, dass sie als Tellerfeder wirkt, deren Steifigkeit durch die konstruktive Gestaltung den betrieblichen Erfordernissen der Drehverbindung angepasst werden kann. Die strichpunktierte Linie (1h) zeigt die Form des oberen Aussenringteiles vor der Montage.

   Beim Zusammenbördeln des oberen und unteren Aussenringteiles (1a) und (1b) wird diese Tellerfeder vorgespannt und drückt dann die Gleitpartie (2b) der Gleitelemente so gegen die Konusfläche (3b) des Innenringes, dass das ganze Lager spielfrei vorgespannt ist. Dichtungen (6) und (7) schützen das Lager gegen Eindringen von Schmutz. Drehverbindungen dieser Bauart werden in den meisten Fällen durch eine dominierende Axialkraft (Fa) belastet. Man spricht deshalb auch von den Tragbahnen (2a) und (3a) und den Haltebahnen (2b) und (3b). Der Winkel ( alpha ) der Tragbahnen ist relativ klein gewählt. Dadurch werden die Axialkräfte vom Innenring (3) so über die Gleitelemente (2) auf den Flanschteil (1g) des untern Aussenringteils (1a) übertragen, dass die Gleitelemente vorwiegend auf Druck in Richtung der Hauptlast beansprucht werden.

   Andernteils werden  durch die Konusflächen (3a) und (2a) doch radiale Kraftkomponenten erzeugt, welche dank der zentralsymmetrischen Anordnung der einzelnen Gleitelemente (2) eine Zentrierwirkung auf den Innenring ausüben. Diese Zentrierwirkung ist der Belastung proportional und ergibt damit eine belastungsabhängige Erhöhung der radialen Steifigkeit, ohne dass dazu eine hohe Vorspannung nötig ist, welche auch das Reibmoment der Drehverbindung erhöht. 



  Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung der erfindungsgemässen Drehverbindung. Sie unterscheidet sich hauptsächlich dadurch von der Ausführung nach Fig. 1, dass der Aussenring (1) einteilig ist und damit die Gleitelemente nicht vollständig gekapselt sind. Damit diese Drehverbindung trotzdem auch im nicht eingebauten Zustand eine fest verbundene Einheit bildet, weisen die Gleitelemente (2) elastische Zungen (2f) auf, deren Wulste (2e) in eine Nut (1e) des Aussenringes (1) eingreifen. Natürlich sind auch andere Befestigungsarten möglich. Bei dieser Ausführung wird die Spielfreiheit durch Federn (8) erzielt, wobei die Federkraft durch die Stellschrauben (9) eingestellt werden kann. Zur Befestigung an der Anschlusskonstruktion sind hier einfache Durchgangslöcher (1g) und (3g) vorhanden. 



  Beiden gezeigten Ausführungsvarianten ist gemeinsam, dass sie relativ kurze Gleitelemente aufweisen, sodass diese in preisgünstigen kleinen Formen zum Beispiel durch Spritzgiessen günstig hergestellt werden können. Dank lokalen Aussparungen (2g) ist auch das Gewicht der Gleitelemente gering. Je nach Anwendungsbereich können deshalb zum Beispiel hochfeste Kunststoffe oder legierte Kunststoffe mit niedrigen Reibwerten verwendet werden, ohne dass dadurch die Kosten massiv steigen. Als weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Drehverbindung ergibt sich dadurch ein flexibles Baukastensystem mit zahlreichen Variationsmöglichkeiten und niedrigen Herstellkosten.

   Die Aufteilung des Gleitringes in mehrere Elemente ergibt im Weitern den Vorteil, dass die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Stahl und Kunststoff bei Temperaturschwankungen nur Änderungen in der Spaltweite zwischen den Elementen bewirken und deshalb die Funktion nicht beeinträchtigen. 

Claims (9)

1. Drehverbindung auf Gleitlagerbasis mit den Funktionseinheiten Aussenring (1), Innenring (3) und Gleitring, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Ringe (1, 3) aus Metallblech besteht, welches spanlos so umgeformt ist, dass mindestens eine Gleitfläche (3a, 3b) weitgehend konisch ist und dass der Gleitring aus mindestens fünf einzelnen Gleitelementen (2) besteht.

2. Drehverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenring (1) oder der Innenring (3) aus zwei Aussenringteilen (1a, 1b) oder zwei Innenringteilen zusammengesetzt ist.

3. Drehverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenring (1) oder der Innenring (3) in axialer Richtung elastisch ist und bei der Montage so verformt wird, dass er die Gleitelemente (2) spielfrei vorspannt.

4.

Drehverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Aussenring (1) und Gleitelementen (2) Federn (8) eingesetzt sind, welche die Drehverbindung spielfrei vorspannen.

5. Drehverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft einstellbar ist.

6. Drehverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitelemente (2) eine Aussparung (2c) und eine schmale Partie (2d) aufweisen, welche ein federndes Gelenk bilden.

7. Drehverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei konische Gleitflächen (3a, 3b) aufweist.

8. Drehverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Konuswinkel der zwei Gleitflächen unterschiedlich sind.

9. Drehverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitelemente (2) aus Kunststoff sind.