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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine kugelgelagerte Drehverbindung nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, welche insbesondere vorteilhaft zur Lagerung des Drehtisches einer Behälterbehandlungsmaschine anwendbar ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Behälterbehandlungsmaschinen finden vor allem in der Getränke- und Arzneimittelindustrie sowie in der chemischen Industrie Anwendung und sind in unterschiedlichsten Ausführungen als Streck-Blas-Maschinen zur Herstellung von Kunststoffbehältern oder als Maschinen zum Reinigen, Abfüllen, Verschließen, Bedrucken und Etikettieren von Flaschen, Dosen, Tuben oder anderen Behältern aus Kunststoff oder Metall bekannt. Sie sind in aller Regel als Rundläufermaschinen ausgebildet, die im Wesentlichen aus einem feststehenden Maschinenteil und aus einem um eine vertikale Maschinenachse rotierenden Maschinenteil bestehen, wobei der rotierende Maschinenteil über eine zwischen den Maschinenteilen angeordnete kugelgelagerte Drehverbindung mit dem feststehenden Maschinenteil drehbar verbunden ist. Auf dem rotierenden Maschinenteil sind dann zumeist ein Drehtisch sowie mehrere Behandlungsstationen mit Funktionselementen angeordnet, die an die jeweilige Art der Behandlung angepasst sind und mit den zu behandelnden Behältern zusammenwirken. Je nach Anlagengröße und Verwendungszweck können diese Drehtische einen Durchmesser bis zu 7 m und ein Gewicht von bis zu 20 t aufweisen, die mit Umdrehungsgeschwindigkeiten von bis zu 50 min
–1 betrieben werden, so dass die daraus resultierenden hohen Belastungen vor allem von einer Drehverbindung zwischen dem rotierenden und dem feststehenden Maschinenteil aufgenommen werden müssen, die besonders hohe Anforderungen an Tragfähigkeit, Kippmomentsteifigkeit und möglichst geringem Lagerspiel erfüllt. In Behälterbehandlungsmaschinen kommen deshalb als kugelgelagerte Drehverbindungen nahezu ausschließlich sogenannte Vierpunktlager zum Einsatz, wie sie beispielsweise aus dem Katalog 404 „Drehverbindungen“ der Anmelderin vom Juli 2006 auf den Seiten 48 bis 77 oder aus der
DE 10 2008 035 357 A1 bekannt sind. Diese Vierpunktlager bestehen aus einem äußeren Lagerring, einem konzentrisch zu diesem angeordneten inneren Lagerring sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen angeordneter Lagerkugeln, die auf in die Innenseite des äußeren Lagerrings und in die Außenseite des inneren Lagerrings eingearbeiteten rillenförmigen Laufbahnen abrollen, wobei die Laufbahnen zur Reibungsreduzierung des Lagers so profiliert sind, dass die Lagerkugeln nur an vier gegenüberliegenden Punkten ihres Durchmessers mit den Laufbahnen in Kontakt stehen.
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In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, dass es bei solchen Vierpunktlager-Drehverbindungen aufgrund von unvermeidbaren fertigungsbedingten Formfehlern an den Lagerringen, beispielsweise durch geringfügige Verwindungen oder Rundheitsfehler, oder aufgrund von Unebenheiten oder elastischen Verformungen in der Anschlusskonstruktion der Drehverbindung zu hohen Gleitanteilen im Wälzkontakt der Lagerkugeln zu ihren Laufbahnen kommt, die ursächlich für einen hohen Anstieg der Lagerreibung und daraus resultierend für einen erhöhten Verschleiß der Drehverbindung sind. Die Lagerreibung wird dabei zusätzlich noch durch den hohen Scherwiderstand des in die Drehverbindung eingefüllten Schmiermittels verstärkt, der durch das permanente Durchwalken des Schmiermittels beim Abrollen der Lagerkugeln auf den Laufbahnen entsteht. Aus diesem Grund muss bei Vierpunktlager-Drehverbindungen zur Vermeidung eines extremen Anstieg des Reibmomentes bis hin zum Klemmen der Drehverbindung immer ein gewisses Mindestlagerspiel vorhanden sein, was sich jedoch negativ auf die geforderte Kippsteifigkeit der Drehverbindung auswirkt.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine kugelgelagerte Drehverbindung, insbesondere zur Lagerung des Drehtisches einer Behälterbehandlungsmaschine, zu konzipieren, bei der die Gleitanteile im Wälzkontakt der Lagerkugeln zu ihren Laufbahnen und der Scherwiderstand des in die Drehverbindung eingefüllten Schmiermittels auf ein Minimum reduziert sind und welche durch vollständige Spielfreiheit eine hohe Kippsteifigkeit aufweist.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer kugelgelagerten Drehverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Drehverbindung zwei axial übereinander sowie in O-Anordnung zueinander angeordnete Reihen Lagerkugeln, respektive eine Reihe abwärts gerichtete Betriebslasten aufnehmender Lagerkugeln und eine Reihe aufwärts gerichtete Kippmomente aufnehmender Lagerkugeln, aufweist, die auf unterschiedlichen Druckwinkelachsen in jeweils zwei radial übereinander angeordneten rillenförmigen Laufbahnen abrollen, wobei die einzelnen Laufbahnen eine Länge von weniger als 25% des Umfangs der jeweiligen Lagerkugeln aufweisen und die jeweils eine Länge von mehr als 25% des Umfangs der Lagerkugeln aufweisenden Bereiche zwischen den Laufbahnen am äußeren Lagerring und den Laufbahnen am inneren Lagerring als großvolumige Schmiermitteldepots ausgebildet sind.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäß ausgebildeten kugelgelagerten Drehverbindung werden in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.
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Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Drehverbindung vorgesehen, dass die Lagerkugeln der beiden Reihen bevorzugt unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Damit ist vornehmlich gemeint, dass der Durchmesser der Reihe Kippmomente aufnehmender Lagerkugeln um mindestens 30% kleiner als der Durchmesser der Reihe Betriebslasten aufnehmender Lagerkugeln ausgebildet ist. Die Ausbildung der Reihen mit unterschied-lichen Kugeldurchmessern ist dabei den konkreten Belastungsfällen an Behälterbearbeitungsmaschinen geschuldet, auf deren Drehtische überwiegend hohe abwärts gerichtete Betriebslasten permanent einwirken, während die auf die Drehtische aufwärts einwirkenden Kippmomente eher stochastisch auftreten und selbst in ihren Spitzen kleiner als die Betriebslasten sind. Mit den beiden Reihen unterschiedlich großer Lagerkugeln wird somit eine optimale Tragfähigkeit und Lebensdauer der Drehverbindung auf mindestens gleich hohem Niveau wie bei den bisher verwendeten Vierpunktlagern erzielt. Darüber hinaus hat sich die Ausbildung der Drehverbindung mit einer Reihe größerer und einer Reihe kleinerer Lagerkugeln auch hinsichtlich deren Herstellung als vorteilhaft erwiesen, da hierbei Fertigungs- und Materialkosten gegenüber einer Drehverbindung mit zwei Reihen gleichgroßer Lagerkugeln eingespart werden können.
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Nach Anspruch 3 ist es ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäß ausgebildeten Drehverbindung, dass die Reihe Betriebslasten aufnehmender Lagerkugeln bevorzugt mit einem positiven Druckwinkel von größer 50° auf ihren Laufbahnen abrollt, während die Reihe Kippmomente aufnehmender Lagerkugeln bevorzugt mit einem negativen Druckwinkel von kleiner 30° auf ihren Laufbahnen abrollt. Unter positiven und negativen Druckwinkel ist dabei zu verstehen, dass die Druckwinkelachse bei der die Betriebslasten aufnehmenden Reihe Lagerkugeln von der Drehtischseite jeweils schräg vom äußeren Lagerring durch den Mittelpunkt der Lagerkugeln zum inneren Lagerring verläuft, während bei der die Kippmomente aufnehmenden Reihe Lagerkugeln die Druckwinkelachse von der Drehtischseite jeweils schräg vom inneren Lagerring durch den Mittelpunkt der Lagerkugeln zu äußeren Lagerring verläuft. Auch diese konstruktive Auslegung stellt ein Optimum für die auftretenden Belastungsfälle an Behälterbearbeitungsmaschinen dar, da die Richtungen der auf den Drehtisch einwirkenden Betriebslasten und Kippmomente größtenteils konstant sind.
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Gemäß Anspruch 4 zeichnet sich die erfindungsgemäß ausgebildete Drehverbindung darüber hinaus noch dadurch aus, dass die Schmiermitteldepots zwischen den Laufbahnen bevorzugt als Einstiche in die die Innenseite des äußeren Lagerrings und in die Außenseite des inneren Lagerrings ausgebildet sind, deren Tiefe mindestens 5% größer als der Durchmesser der Lagerkugeln ist. In fertigungstechnischer Hinsicht hat es sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, die Schmiermitteldepots im äußeren Lagerring als zwei einfache im Querschnitt dreieckförmige Einstiche und die Schmiermitteldepots im inneren Lagerring als einen gemeinsamen im Querschnitt parallelogrammförmigen Einstich auszubilden, da somit die notwendigen und kostenaufwändigen spangebenden Fertigungsschritte auf ein Minimum reduziert werden. Mit diesen eine Tiefe von mehr als 5% des Durchmessers der jeweiligen Lagerkugeln aufweisenden Schmiermitteldepots wird erreicht, dass die bei den bisher verwendeten Vierpunktlagern aus dem permanenten Durchwalken des Schmiermittels beim Abrollen der Lagerkugeln auf den Laufbahnen resultierenden Scherwiderstände des Schmiermittels vermieden werden, da das Schmiermittel sich nunmehr in den Einstichen im äußeren und inneren Lagerring ablagern kann und nur noch in Form eines scherwiderstandslosen Schmiermittelfilmes aus den Schmiermitteldepots an die Lagerkugeln abgegeben wird.
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Schließlich wird es als vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäß ausgebildeten Drehverbindung durch Anspruch 5 noch vorgeschlagen, dass jede Rei-he der Lagerkugeln einen separaten Käfig zur gleichmäßigen Beabstandung der Lagerkugeln in Umfangsrichtung aufweist, dessen Führung entweder an der Innenseite des äußeren Lagerrings oder an der Innenseite des äußeren Lagerrings und an der Außenseite des inneren Lagerrings erfolgt. Die Führung der Lagerkugeln der beiden Reihen in jeweils separaten Käfigen hat sich dabei als technisch am sinnvollsten erwiesen, da durch die unterschiedlichen Durchmesser der Lagerkugeln deren Käfige auch mit unterschiedlichen Umfangsgeschwin-digkeiten umlaufen. Unter Inkaufnahme eines geringfügigen Schlupfes an den die Kippmomente aufnehmenden kleineren Lagerkugeln ist es jedoch auch möglich, beide Reihen der Lagerkugeln in einem gemeinsamen Käfig zu führen.
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Zusammenfassend weist die erfindungsgemäß ausgebildete, kugelgelagerte Drehverbindung somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten kugelgelagerten Drehverbindung den Vorteil auf, dass sie durch die Ausbildung als zweireihiges Schrägkugellager mit einer Reihe abwärts gerichtete Betriebslasten aufnehmender Lagerkugeln und einer Reihe aufwärts gerichtete Kippmo-mente aufnehmender Lagerkugeln, die auf erheblich verkürzten Laufbahnen abrollen, keine aus Formfehlern an den Lagerringen oder aus Unebenheiten oder elastischen Verformungen in der Anschlusskonstruktion der Drehverbindung resultierende Gleitanteile im Wälzkontakt der Lagerkugeln zu ihren Laufbahnen mehr aufweist und somit durch Reibungsoptimierung verschleißreduziert ausgebildet ist. Gleichzeitig wird bei der erfindungsgemäß ausgebildeten kugelgelagerten Drehverbindung durch die Bildung von großvolumigen Schmier-mitteldepots zwischen den Laufbahnen am äußeren Lagerring und den Laufbahnen der bisher auftretende Scherwiderstand des in die Drehverbindung eingefüllten Schmiermittels auf ein Minimum reduziert, da somit ein permanentes Durchwalken des Schmiermittels beim Abrollen der Lagerkugeln auf den Laufbahnen vermieden wird. Dieser gewünschte Zustand bleibt auch bei einer Auslegung der erfindungsgemäß ausgebildeten Drehverbindung mit einer Vorspannung voll umfänglich erhalten, so dass es auch im Langzeitbetrieb der Drehverbindung nicht zu einer nennenswerten Erhöhung des Lagerreibmomentes kommt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten, kugelgelagerten Drehverbindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht einer Hälfte einer erfindungsgemäß ausgebildeten kugelgelagerten Drehverbindung;
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2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X der erfindungsgemäß ausgebildeten kugelgelagerten Drehverbindung nach 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Aus 1 geht ein schematischer Querschnitt einer kugelgelagerten Drehverbindung 1 hervor, die zur Lagerung des Drehtisches einer Behälterbehandlungsmaschine geeignet ist und im Wesentlichen aus einem äußeren Lagerring 2, einem konzentrisch zu diesem angeordneten inneren Lagerring 3 sowie aus einer Vielzahl zwischen diesen Lagerringen 2, 3 angeordneter Wälzkörper besteht. Deutlich sichtbar weist diese Drehverbindung 1 dabei erfindungsgemäß zwei axial übereinander sowie in O-Anordnung zueinander angeordnete Reihen 12, 13 Lagerkugeln 4, 5 als Wälzkörper auf, von denen die untere Reihe 12 zur Aufnahme der in 2 durch einen Pfeil angedeuteten Betrieblasten F und die obere Reihe 13 zur Aufnahme der ebenfalls in 2 angedeuteten Kippmomente M vorgesehen ist. Da bei Behälterbehandlungsmaschinen diese überwiegend abwärts gerichteten Betriebslasten F relativ hoch und die überwiegend aufwärts gerichteten Kippmomente M demgegenüber relativ klein sind, ist der Durchmesser D2 der Reihe 13 Kippmomente M aufnehmender Lagerkugeln 5 in der dargestellten Ausführung um ca. 50% kleiner als der Durchmesser D1 der Reihe 12 Betriebslasten F aufnehmender Lagerkugeln 4 ausgebildet.
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Desweiteren ist aus den 1 und 2 ersichtlich, dass die Lagerkugeln 4, 5 beider Reihen 12, 13 auf unterschiedlichen Druckwinkelachsen 14, 15 in jeweils zwei radial übereinander angeordneten, rillenförmigen Laufbahnen 8, 9 und 10, 11 abrollen, die in die Innenseite 6 des äußeren Lagerrings 2 sowie in die Außenseite 7 des inneren Lagerrings 3 eingearbeitet sind und zur Reibungsreduzierung der Drehverbindung 1 lediglich eine Länge von weniger als 25% des Umfangs der jeweiligen Lagerkugeln 4, 5 aufweisen. Für die Anwendung der Drehverbindung 1 zur Lagerung des Drehtisches einer Behälterbehandlungsmaschine hat es sich als Optimum erwiesen, wenn die Reihe 12 Betriebslasten F aufnehmender Lagerkugeln 4 dabei mit einem positiven Druckwinkel α von größer 50° auf ihren Laufbahnen 8, 9 und die Reihe 13 Kippmomente M aufnehmender Lagerkugeln 5 mit einem negativen Druckwinkel β von kleiner 30° auf ihren Laufbahnen 10, 11 abrollt. Darüber hinaus weist jede Reihe 12, 13 der Lagerkugeln 4, 5 zur gleichmäßigen Beabstandung der Lagerkugeln 4, 5 in Umfangsrichtung und den unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten beider Reihen 12, 13 Rechnung tragend einen separaten Kä20, 21 auf, dessen Führung entweder wie beim Kä21 der Reihe 13 der Lagerkugeln 5 an der Innenseite 6 des äußeren Lagerrings 2 oder wie beim Kä20 der Reihe 12 der Lagerkugeln 4 an der Innenseite 6 des äußeren Lagerrings 2 und an der Außenseite 7 des inneren Lagerrings 3 erfolgt.
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Schließlich ist in 2 noch zu sehen, dass die jeweils eine Länge von mehr als 25% des Umfangs der Lagerkugeln 4, 5 aufweisenden Bereiche zwischen den Laufbahnen 8, 10 am äußeren Lagerring 2 und den Laufbahnen 9, 11 am inneren Lagerring 3 als großvolumige Schmiermitteldepots 16, 17, 18, 19 ausgebildet sind, um die bei den bisher für Behälterbehandlungsmaschinen verwendeten Vierpunktlagern aus dem permanenten Durchwalken des Schmiermittels beim Abrollen der Lagerkugeln auf den Laufbahnen resultierenden Scherwiderstände des Schmiermittels zu vermeiden. Die Tiefe dieser Schmiermitteldepots 16, 17, 18, 19 ist dabei mindestens 5% größer als der Durchmesser D der Lagerkugeln 4, 5, wobei es zur Reduzierung der dafür notwendigen und kostenaufwändigen spangebenden Fertigungsschritte vorteilhaft ist, die Schmiermitteldepots 16, 18 im äußeren Lagerring 2, wie in 2 gezeigt, als zwei im Querschnitt dreieckförmige Einstiche und die Schmiermitteldepots 17, 19 im inneren Lagerring 3, wie ebenfalls in 2 gezeigt, als einen gemeinsamen im Querschnitt parallelogrammförmigen Einstich auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehverbindung
- 2
- äußerer Lagerring
- 3
- innerer Lagerring
- 4
- Lagerkugeln
- 5
- Lagerkugeln
- 6
- Innenseite von 2
- 7
- Außenseite von 3
- 8
- Laufbahn von 4 in 6
- 9
- Laufbahn von 4 in 7
- 10
- Laufbahn von 5 in 6
- 11
- Laufbahn von 5 in 7
- 12
- Reihe von 4
- 13
- Reihe von 5
- 14
- Druckwinkelachse von 4
- 15
- Druckwinkelachse von 5
- 16
- Schmiermitteldepot von 12 in 6
- 17
- Schmiermitteldepot von 12 in 7
- 18
- Schmiermitteldepot von 13 in 6
- 19
- Schmiermitteldepot von 13 in 7
- 20
- Käfig von 12
- 21
- Käfig von 13
- F
- Betriebslasten
- M
- Kippmomente
- D1
- Durchmesser von 4
- D2
- Durchmesser von 5
- α
- Druckwinkel von 4
- β
- Druckwinkel von 5
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008035357 A1 [0002]
