DE102014008593A1

DE102014008593A1 - Verbesserte Drahtwälzlager-Drehverbindung

Info

Publication number: DE102014008593A1
Application number: DE102014008593.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Drahtwälzlager-Drehverbindung, aufweisend wenigstens zwei gegeneinander um eine gemeinsame Drehachse angeordnete Ringe, wobei die Ringe durch wenigstens einen die Drahtwälzlager-Drehverbindung durchsetzenden Lagerspalt radial voneinander getrennt sind und zueinander um die Drehachse relativ verdrehbar angeordnet sind, wobei zwischen den Ringen wenigstens eine Ausnehmung koaxial zur Drehachse angeordnet ist, die einen Hohlraum zwischen den Ringen zur Aufnahme mindestens einer Laufbahn ausbildet, wobei auf der Laufbahn wenigstens einer oder mehrere Wälzkörper abwälzt/en, wobei die Laufbahn auf einem Laufbahnträger angeordnet ist, der mindestens einen Laufbahndraht und/oder mindestens eine Laufbahnschale und/oder mindestens ein Stahl- oder Zugseile aufweist, wobei mindestens einer der Ringe eine verfestigte Matrix aufweist, wobei die Matrix Calzium-Silikat-Hydrat sowie wenigstens 5 Volumenprozent eines nichtmetallischen Zuschlagsstoffes aufweist und gegebenenfalls eine Bewehrung, die Bewehrung beispielsweise aufweisend Stahldrähte od. dgl., aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Drahtwälzlager-Drehverbindung für den Einsatz im schweren Maschinen- und/oder Anlagenbau sowie für den Einsatz in marinen Anwendungen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Drehkörpers einer solchen Drahtwälzlager-Drehverbindung.
Hintergrund der Erfindung
Aus den bisherigen Stand der Technik sind sogenannte Drahtwälzlager bekannt, die mit Laufbahndrähten ausgestattet sind. Solche Drahtwälzlager weisen Ringkonstruktionen, insbesondere zumindest einen Innen- und einen Außenring, sowie zwischen diesen Ringkonstruktionen abwälzende Wälzkörper auf und sind in der Regel dadurch charakterisiert, dass die Wälzkörper nicht direkt auf den Ringkonstruktionen abwälzen, sondern auf den Laufbahndrähten abrollen, die in entsprechende Aussparungen der jeweils umgebenden Ringkonstruktion eingelegt sind. Die Wälzkörper bestehen in der Regel aus gehärtetem Stahl und sind beispielsweise rollen-, kegel- oder kugelförmig. Drahtwälzlager kommen häufig dann zum Einsatz, wenn der Einbauraum für eine Lagerung sehr knapp bemessen ist oder wenn eine möglichst leichte Bauweise angestrebt werden soll, vgl. URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Drahtes%C3%A4lzlager, abgerufen am 03.06.2014. Drahtwälzlager werden daher beispielsweise in besonders kompakten Anwendungen eingesetzt und eignen sich für kleinen Bauraum, beispielsweise für Ringdurchmesser zwischen 100 mm und 500 mm, vgl. URL: http://www.frankegmbh.de/de/waelzlager/files/franke-waelzlager-leg.pdf, abgerufen am 25.03.2014. Das Patentdokument DE 1222322 offenbart beispielhaft ein Drahtwälzlager mit eingewalzten Laufbahndrähten und kugelförmigen Wälzkörpern.
Ferner existieren nach dem bisherigen Stand der Technik sogenannte Wälzlager-Drehverbindungen. Das Patentdokument DE 3602051 zeigt beispielhaft eine derartige Wälzlager-Drehverbindung, welche aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Laufringen, einem Innenring und einem Außenring, besteht, zwischen denen Wälzkörper abrollen. Die Ringe eines Drahtwälzlagers oder einer Wälzlager-Drehverbindung bestehen in der Regel aus einem Lager- oder Vergütungsstahl, der in vielen Anwendungsfällen zumindest teilweise gehärtet ist. Herkömmliche Drahtwälzlager oder Wälzlager-Drehverbindungen, sind im Allgemeinen in der Lage, die rotatorische Kopplung zweier benachbarter Maschinenteile zuverlässig herzustellen.
Werden derartige Lager jedoch in einer Anwendung eingesetzt, in der die Ringkonstruktionen große Durchmesser aufweisen, beispielsweise in einer Lastenfördermaschine des schweren Maschinen- und/oder Anlagenbaus, wie etwa in einem Kran mit drehbarem Ausleger, oder in einer Anlage mit schwenkbarem Maschinenfundament, so wird dementsprechend viel Lager- oder Vergütungsstahlmaterial benötigt. Es resultieren dementsprechend hohe Kosten. Dies ist in der Praxis nachteilig, zumal langfristige Wirtschaftsprognosen eine weiter steigende Stahlnachfrage und folglich auch einen weiter steigenden Stahlpreis vorhersagen. Im Maschinen- respektive Anlagenbau besteht langfristig eine mitunter starke wirtschaftliche Abhängigkeit von der Stahlpreisentwicklung. Beratungsexperten prognostizieren bis zum Jahre 2025 einen Anstieg auf bis zu circa 170 Prozent des heutigen Stahlbedarfs, vgl. http://www.pwc.de/de/industrielle-produktion/stahlmarkt-2013.jhtml, abgerufen am 03.06.2014, nachfolgend zitiert: „[..] Bis zum Jahr 2025 klettert der weltweite Verbrauch [an Stahl] nach PwC-Prognosen von gut 1,51 Milliarden Tonnen im Jahr 2011 auf voraussichtlich über 2,56 Milliarden Tonnen [...]. Je mehr Stahl der Maschinen- respektive Anlagenbau zukünftig benötigt, desto höher könnten diesbezügliche Stahlpreise in der Zukunft gegebenenfalls steigen (sofern die Stahlerzeugung nicht in vergleichbarem Maße ansteigt).
Darüber hinaus weist herkömmlicher Lagerstahl stahltypische Eigenschaften auf, beispielsweise Zugkräfte gut übertragen zu können, für die Aufnahme von Druckkräften hingegen nicht prädestiniert zu sein. In einigen Anwendungsfällen des schweren Maschinen- und/oder Anlagenbau ist diese Eigenschaft des herkömmlichen Lagerstahles durchaus nachteilig, da das Drahtwälzlager oder die Wälzlager-Drehverbindung in dem mit hohen Druckkräften beaufschlagten Lagerbereich strukturell verstärkt werden muss, was in der Regel ebenfalls nachteilige Kosten verursachen kann.
Im schweren Maschinen- und/oder Anlagenbau herrscht zudem die Anforderung vor, dass in widrigen Arbeitsumgebungen, etwa in der Baumaschinentechnik oder Landschaftsbautechnik oder überall dort wo eingesetzte Lager hohe Lasten abtragen und wechselnden Klimaeinflüssen widerstehen müssen und trotz dieser Belastungen dennoch eine hohe Lebensdauer aufweisen sollen. Unbehandelter Lagerstahl weist in solchen widrigen Arbeitsumgebungen allerdings eine Korrosionsneigung auf, die diese hohe Lebensdauer negativ beeinflussen kann. Einige Drahtwälzlager oder Wälzlager-Drehverbindungen, beispielsweise für den Einsatz in der Baumaschinentechnik oder in der Landschaftsbautechnik, werden daher aus rostbeständigen Stahllegierungen gefertigt und/oder mit korrosionshemmenden Schutzschichten oder Lacken versehen, um korrosionsbedingte Lagerausfälle zu mindern oder zu unterbinden. Derartige rostbeständige Stahllegierungen sind häufig teurer als unbehandeltes Stahlmaterial und bringen daher nachteilige Mehrkosten. Auch die Anbringung von korrosionshemmenden Schutzschichten oder Lacken kann zu Mehrkosten führen.
Weiterhin sind herkömmliche Drahtwälzlager oder Wälzlager-Drehverbindungen aus Stahl häufig nicht schwimmfähig, da diese eine höhere mittlere Dichte als Wasser aufweisen. Sie eignen sich daher nachteiligerweise nur dann für marine Anwendungen, wenn schwimmfähige Umgebungskonstruktionen gegeben sind, die die mittlere Dichte des Gesamtaufbaus auf ein Niveau unterhalb der Dichte der umgebenden Flüssigkeit herabsetzt. Insbesondere Leichtbaukonstruktionen weisen eine derartig verringerte mittlere Dichte auf. Sollen Drahtwälzlager oder Wälzlager-Drehverbindungen in marinen Anwendungen, beispielsweise in Meeresströmungskraftwerken oder Ähnlichem, eingesetzt werden, kommen daher speziell korrosionsbeständige und meerwassertaugliche Sonderkonstruktionen und/oder Leichtbaumaterialien zum Einsatz. Das Patentdokument DE 10 2010 012 473 beschreibt ein derartiges Draht-Wälzlager in Leichtbauweise mit einem am Aussenumfang des inneren Lagerringes angeordneten Draht-Laufring, und mit wenigstens einer in einem Käfig geführten Wälzkörperreihe.
Es ist darin vorgesehen, dass Rohr- oder Stangenprofile als Lagerringe aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet sind und dass die Laufringe jeweils aus einem austenitischen Werkstoff gebildet sind. Ein derartiges Draht-Wälzlager weist besondere Stähle (beispielsweise manganhaltigen Stahl: 1.3816) und besondere Materialien auf, die in Konstruktion und in Anschaffung aufwendig respektive teuer sind. Für Schwerlastanwendungen respektive für den schweren Maschinen- und/oder Anlagenbau ist dieses Draht-Wälzlager in Leichtbauweise nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Drahtwälzlager-Drehverbindung für den Einsatz im schweren Maschinen- und/oder Anlagenbau sowie für den Einsatz in marinen Anwendungen baulich zu verbessern.
Insbesondere soll die Drahtwälzlager-Drehverbindung im Bereich großer Durchmesser, im Speziellen weitestgehend unabhängig von der zukünftigen Stahlpreisentwicklung, kostengünstiger fertigbar sein als ein herkömmliches Drahtwälzlager oder eine herkömmliche Wälzlager-Drehverbindung aus Lager- oder Vergütungsstahl. Insbesondere soll die Drahtwälzlager-Drehverbindung eine hohe Lager-Lebensdauer, beispielsweise sich ergebend aus einer höheren Toleranz gegenüber widrigen Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Vibrationen/Schwingungen, Hitze, od. dgl., aufweisen. Ebenso soll die Drahtwälzlager-Drehverbindung eine geringere Korrosionsneigung aufweisen als eine herkömmliche Lageranordnung aus Lager- oder Vergütungsstahl.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Drahtwälzlager-Drehverbindung gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung eines Drehkörpers einer solchen ist in Anspruch 10 dargestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Die erfindungsgemäße Drahtwälzlager-Drehverbindung weist einen ersten Drehkörper und einen zweiten, dem ersten Drehkörper radial gegenüberliegenden, Drehkörper auf. Der erste Drehkörper und der zweite Drehkörper sind durch einen die Drahtwälzlager-Drehverbindung axial durchsetzenden Lagerspalt radial voneinander getrennt und zueinander um eine gemeinsame Drehachse relativ verdrehbar angeordnet. Mindestens einer der Drehkörper weist wenigstens eine ringförmig ausgebildete Ausnehmung auf, welche koaxial zur Drehachse ausgebildet ist. Diese Ausnehmung erstreckt sich in Richtung einer radialen Ebene und/oder in Richtung einer axialen Ebene und bildet einen zwischen den Drehkörpern angeordneten Hohlraum aus, wobei die Ausnehmung oder der Hohlraum vorgesehen ist zur Aufnahme mindestens einer Laufbahn auf der wenigstens ein Wälzkörper abwälzt. Die erfindungsgemäße Drahtwälzlager-Drehverbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper in wenigstens einem Kontaktpunkt seiner Wälzkörperoberfläche an mindestens einen Laufbahndraht und/oder an mindestens eine Laufbahnschale und/oder an mindestens ein Stahl- oder Zugseil anlegbar ist, wobei der Laufbahndraht und/oder die Laufbahnschale und/oder das Stahl- oder Zugseil an wenigstens einen der Drehkörper anlegbar ist, wobei ferner mindestens einer der Drehkörper Calzium-Silikat-Hydrat sowie wenigstens 5 Volumenprozent, vorzugsweise jedoch wenigstens 15 Volumenprozent, idealerweise mehr als 20 Volumenprozent, eines nichtmetallischen Zuschlagsstoffes aufweist.
Unter den Drehkörpern sind dabei die Komponenten der erfindungsgemäßen Drahtwälzlager-Drehverbindung zu verstehen, die in herkömmlichen Lageranordnungen durch die Ringkonstruktionen gebildet sind. Für die weitere Beschreibung sind daher die Begriffe Drehkörper respektive Ring respektive Ringkonstruktion als gleichwertig zu betrachten.
In einer praktisch vorteilhaft einsetzbaren Ausgestaltungsform der Erfindung weist einer der Drehkörper gebundenes respektive verfestigtes Calzium-Silikat-Hydrat in halbkristalliner oder kristalliner Ausgestaltung auf und ist zu etwa 50 Massen- oder Volumenprozent aus dem nichtmetallischen Zuschlagsstoff und zu etwa 25 Massen- oder Volumenprozent aus einem Bindemittelgemisch gebildet.
Vorteilhafterweise bildet dieses Calzium-Silikat-Hydrat (in Literatur als sogenannte CSH-Phase bekannt), gemeinsam mit dem nichtmetallischen Zuschlagstoff eine verfestigte Matrix des Drehkörpers aus. Diese Matrix kann neben dem Calzium-Silikat-Hydrat auch Calziumcarbonat (CaCO₃) oder Calziumsulfat (CaSO₄) aufweisen. Der Drehkörper kann als ein Werkstoffverbundkörper ausgebildet sein, der diese verfestigte Matrix aufweist. Er wird vorteilhafterweise zu einer wesentlich kostengünstigeren Gesamtkonstruktion führen, da ein wesentlicher Anteil an Lager- oder Vergütungsstahl eingespart und durch das nichtmetallische, insbesondere (wesentlich) kostengünstigere, Material ersetzt werden kann.
Überdies ist es für die Erreichung einer hohen Lebensdauer und/oder einer geringen Korrosionsneigung vorteilhafterweise nicht mehr erforderlich, die erfindungsgemäße Drehverbindung mit Schutzschichten aus Korrosionshemmern oder Lacken zu versehen, da (wesentlich) weniger korrodierbares Stahlmaterial verwendet wird.
Calzium-Silikat-Hydrat (CSH) wird beispielsweise bei der Herstellung eines Betons aus einem Bindemittelgemisch gebildet. Dieses Bindemittelgemisch kann insbesondere Zement enthalten. Ebenso wie der vorgenannte nichtmetallische Zuschlagsstoff ist auch dieser Zement ein grundsätzlich in großen Mengen zur Verfügung stehender Baustoff, der überdies vergleichsweise kostengünstig, zumindest jedoch wesentlich günstiger als Stahl, ist.
Als nichtmetallischer Zuschlagsstoff ist im Sinne der Erfindung vorzugsweise eine Gesteinskörnung unterschiedlicher Korngrößen zu verstehen, beispielsweise Schüttgut wie Silt, feinkörniger Sand, insbesondere Quarzsand mit einer Korngröße von bis zu 2 mm, oder grobkörnigerer Sand, Schotter, oder Kies. Zwar kann diese Gesteinskörnung in sehr geringen Spuren (d. h. weniger als circa 0,5 Volumenprozent) Gesteine oder Minerale enthalten, die jeweils Eisen- oder sogenanntes Erz enthalten. Der Anteil dieser Eisen- oder Erzspuren in der Gesteinskörnung ist im Sinne der Erfindung allerdings derartig gering, dass die Gesteinskörnung praktisch als nichtmetallischer Zuschlagsstoff angesehen werden kann. Weiterhin können beispielsweise Bims, Hochofenschlacke, Flugasche, Hüttensand, Ziegelsplitt oder Ziegelmehl sowie andere, die Eigenschaft des Drehkörpers, und somit die Eigenschaft der Drahtwälzlager-Drehverbindung, verändernde Stoffe (siehe unten) als nichtmetallischer Zuschlagsstoff verwendet werden.
Dieser nichtmetallischen Zuschlagsstoff ist als Baustoff für den Einsatz der erfindungsgemäßen Drehverbindung in Anwendungen des schweren Maschinen- und/oder Anlagenbaus sowie für marine Anwendungen besonders geeignet, da in solchen Anwendungen in der Regel hohe Massenkräfte aufgenommen und durch die Drehverbindung abgetragen werden müssen. Die erfindungsgemäße Drahtwälzlager-Drehverbindung ermöglicht es, dass am Ort einer Baustelle vorhandene, gegebenenfalls sogar natürlich vorkommende, Baustoffe (wie Sand, Schotter, Splitt, od. dgl.) verwendet werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens einer der Drehkörper aus einem Bindemittel, insbesondere aus Zement, sowie aus dem Zuschlagsstoff und Wasser infolge einer hydraulischen und/oder puzzolanischen Reaktion gebildet. Das Bindemittel kann der vorgenannte Zement oder beispielsweise ein carbonhaltiger oder kunststoffhaltiger Mörtel sein. Alternativ kann ein Kalkmörtel oder ein Kalkzementmörtel als Bindemittel fungieren. Der Drehkörper weist beispielsweise eine Druckfestigkeit von mindestens 20 N/mm² auf, vorzugsweise jedoch eine Druckfestigkeit von mindestens 45 N/mm²; idealerweise von mindestens 100 N/mm² auf. Er ist aufgrund seiner hochfesten Ausgestaltbarkeit für Hochlastanwendungen durchaus geeignet. Beispielsweise weist mindestens einer der Drehkörper der erfindungsgemäßen Drehverbindung nach 28 Tagen Aushärtezeit eine Betonfestigkeitsklasse nach EUROCODE 2 von mindestens C12/15 auf. Vorzugsweise beträgt die Betonfestigkeitsklasse eines Drehkörpers mindestens C45/55 und idealerweise sogar mehr als C100/115.
Beispielsweise besteht daher ein Drehkörper zumindest teilweise aus Beton. Die Ausbildung mindestens eines Drehkörpers Beton bringt den großen Vorteil eines im Gegensatz zu Stahl verbesserten Dämpfungsverhaltens und einer hohen Korrosionsbeständigkeit, da Beton wesentlich weniger korrosionsanfällige Bestandselemente aufweist als Stahl. Ein Bauteil aus Beton an sich weist, sofern fachmännisch hergestellt und angewendet, daher eine grundsätzlich hohe Lebensdauer auf. Die Festigkeit eines Bauteiles aus Beton steigt, im Gegensatz zu Stahl, in der Regel sogar für eine lange Zeit nach der Herstellung des Betons ohne äußeres Zutun weiter an (vgl. sogenannte puzzolanische Reaktion; siehe oben). Beton weist gegenüber Stahl einen weiteren entscheidenden Vorteil auf, nämlich seine verhältnismäßig geringe Wärmeleitfähigkeit, die bis zu etwa einem zwanzigfachen geringer ist als die Wärmeleitfähigkeit von Stahl. Deswegen erwärmt sich ein Bauteil aus Beton beispielsweise unter Einwirkung starker Hitze (beispielsweise in einem Brandfall) sehr viel langsamer als ein Stahlquerschnitt derselben Form. Es kühlt andererseits auch langsamer ab. Die Ausbildung mindestens eines Drehkörpers zumindest teilweise aus Beton kann gegenüber dem Stahl eine verbesserte (Schwingungs-)Dämpfung, eine höhere Lebensdauer und eine verbessertes Wärmeisolations- und Wärmespeicherverhalten bewirken. Außerdem sind Anschaffungs- und Verarbeitungskosten bei Beton grundsätzlich kostengünstiger als bei Stahl. Ein weiterer Vorteil, der sich bei der Verwendung eines Drehkörpers zumindest teilweise aus Beton zusätzlich ergibt, ist eine hohe Recyclingfähigkeit und Umweltverträglichkeit des Betons.
Aufgrund der vielen Vorteile wird die erfindungsgemäße Drahtwälzlager-Drehverbindung nachfolgend auch als „verbesserte” (Drahtwälzlager-)Drehverbindung bezeichnet.
In einer beispielhaften Ausgestaltung der verbesserten Drehverbindung ist der erste Drehkörper und/oder der zweite Drehkörper dieser verbesserten Drehverbindung ringförmig um die Drehachse ausgeführt und zumindest teilweise aus dem vorgenannten Beton gebildet. Zur besseren Montierbarkeit vor Ort, insbesondere am Ort einer Montagebaustelle, kann mindestens einer der zu montierenden Drehkörper mehrteilig ausgeführt sein. Durch die Mehrteiligkeit sind Teile des Drehkörpers vereinzelbar und diese vereinzelten Teile weisen kleinere Abmessungen auf. Diese kleineren Abmessungen sind leichter transportierbar und in einfacher zu handhabenden Abmessungen montierbar. Dadurch können auf einer Montagebaustelle beispielsweise kleinere, kostengünstigere, Montagekräne verwendet werden.
Zum Einsatz der verbesserten Drehverbindung beispielsweise in einer Lastenfördermaschine mit einem dreh- oder schwenkbaren Ausleger, oder zur Anwendung in einer Anlage mit einem dreh- oder schwenkbaren Maschinenfundament, beispielsweise in einem Hafenkran oder in einer drehbaren Schleuse, ist ein vor Ort zur Verfügung stehender Baustoff verwendbar, der zumindest zum Teil zu einem Beton weiterverarbeitet werden kann. Vorteilhafterweise kann ein am Ort der Baustelle vorhandener sogennanter Ortbeton verwendet werden, wodurch die Logistikaufwände zur Beschaffung herkömmlicher Wälzlagerringe und Wälzlagerkomponenten zumindest zum Teil entfallen können.
Durch die Herstellung mindestens eines, idealerweise mehrerer, Drehkörper aus Beton bietet sich ferner der Vorteil, dass die verbesserte Drehverbindung zusätzlich eine erhöhte Schwimmfähigkeit aufweisen kann, wenn die mittlere Dichte eines Werkstoffverbundes aus Beton geringer ist als die Dichte des umgebenden Wassers respektive der umgebenden Flüssigkeit. Um die mittlere Dichte des Drehkörpers zu verringern und somit dessen Aufschwimmfähigkeit zu verbessern, können dem Beton Teile aus Füllstoffen geringerer Dichte, beispielsweise Polystyrol oder ähnliche Kunststoffe aufweisend, beigemischt sein. Werden die Drehkörper der verbesserten Drehverbindung zumindest in Teilen, gegebenenfalls sogar vollständig, aus Beton gefertigt, weist die verbesserte Drehverbindung eine erhöhte Schwimmfähigkeit gegenüber herkömmlichen Drehverbindungen, beispielsweise aus Stahl, auf. Sie eignet sich dadurch besser zur Realisierung von Drehfundamenten für Hohlkörper des schweren Maschinen- und Anlagenbaus, beispielsweise die schwimmfähig auf einem Gewässer errichtet sind. Denkbar ist auch ein Einsatz im Schiffs- oder Plattformbau. Gleicher Vorteil gilt für andere Anwendungen, die eine verbesserte Aufschwimmfähigkeit des Fundamentes erfordern. Diese können auch drehbar respektive schwenkbar gelagerte Gebäude oder Anlagen sein, beispielsweise an einem Gewässer angelegte Logistikgewerke.
Dadurch, dass die verbesserte Drehverbindung eine geringere Korrosionsneigung aufweisen kann, kann mindestens eine Laufbahn, auf der wenigstens ein Wälzkörper abwälzt, der verbesserte Drehverbindungzwecks zwecks Reinigung und Spülung zumindest teilweise offenliegen und von Wasser, respektive von der umgebenden Flüssigkeit, durchspült werden. Eine solche zumindest teilweise offenliegende Drehverbindung kann daher bis zu einem gewissen Grade als selbstreinigend bezeichnet werden.
Herkömmliche Drahtwälzlager oder Wälzlager-Drehverbindungen aus Lager- oder Vergütungsstahl mit großem Durchmesser sind in der Regel industriell sequentiell spanabhebend hergestellt. Eine kostengünstige spanlose Fertigung, die eine parallele Herstellung mehrerer Produkte ermöglicht, ist dort nicht vorgesehen. Die vorliegende Erfindung jedoch ermöglicht eine kostengünstige spanlose Fertigung, da Teile der verbesserten Drehverbindung beispielsweise in einem Beton-Fertigteil-Werk in dafür vorgesehenen Gussformen zeitlich zueinander parallel und somit zeitsparend hergestellt werden können.
Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, je einen Drehkörper in je einer Gussform herzustellen, was nachfolgend stichpunktartig beschrieben wird:

– Eine solche Gussform ist zur Aufnahme eines fließfähigen Gemischs, beispielsweise eines Betons, das Wasser (H₂O) aufweist, ausgebildet;
– in diese Gussform kann vor dem Eingießen des fließfähigen Gemischs eine Armierung respektive Bewehrung, beispielsweise ein Ringgitter oder ein Raumfachwerk aus Feldern und Stäben, beispielsweise in Form einer dreidimensionalen Stahlstruktur, eingesetzt werden;
– Das fließfähige Gemisch, welches sowohl Wasser (H₂O), als auch den nichtmetallischen Zuschlagsstoff und ein Bindemittel, beispielsweise Kalkmörtel oder Zement, aufweist, kann bei einer ersten Temperatur T₁, beispielsweise bei T₁ = 10°C, in diese Form eingegossen werden;
– nach dem Gießvorgang kann das fließfähige Gemisch – beispielsweise der Beton – in der Gussform verbleiben und unter Beibehaltung einer zweiten Temperatur T₁, wobei diese zweite Temperatur gegenüber der zweiten Temperatur erhöht ist (beispielsweise T₂ = 20°C) aushärten;
– das Aushärten kann folglich durch Zufuhr von Wärme, beispielsweise in einer klimatisierten Aushärtekammer, gezielt gesteuert und/oder beschleunigt werden;
– anstatt des Gießvorgangs kann alternativ ein Spritzgussverfahren, beispielsweise analog zu der Verarbeitung bei einem sogenannten Spritzbeton, angewendet werden;
– nach dem Gießvorgang wird wenigstens ein ringförmiger Laufbahndraht und/oder wenigstens eine ringförmige Laufbahnschale und/oder ein Stahl- oder Zugseil in eine Ausnehmung oder in den Hohlraum zwischen den Drehkörpern eingebracht;
– Nach dem Einbringen des Laufbahndrähte und/oder der Laufbahnschale und/oder des Stahl- oder Zugseiles werden mehrere Wälzkörper in die Ausnehmung oder in den Hohlraum eingebracht;
– diese Wälzkörper werden vorteilhafterweise zwischen den Laufbahndrähten und/oder zwischen den Laufbahnschalen und/oder zwischen den Stahl- oder Zugseilen angeordnet;
– nach dem Aushärten wird die Gussform entfernt (man spricht von dem Verfahrensschritt der sogenannten „Ausschalung”).

In der Praxis ist es weiterhin vorteilhaft, wenn ein Laufbahndraht und/oder eine Laufbahnschale und/oder ein Stahl- oder Zugseil derart konstruktiv in die Ausnehmung oder der Hohlraum einer verbesserte Drehverbindung eingebracht und an den Drehkörper anlegbar ist, dass im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Drehverbindung ein Verlagern, beispielsweise ein Verrutschen, desselben unterbunden ist. Es hat sich in diesem Sinne als vorteilhaft herausgestellt, dieses Verlagern dadurch zu unterbinden, dass der Laufbahndraht und/oder die Laufbahnschale und/oder das Stahl- oder Zugseil formschlüssig an den Drehkörper angelegt ist. Dies erfolgt beispielsweise derart, dass durch die Verdrehbewegung zweier Drehkörper relativ zueinander eine Selbstzentrierung des Laufbahndraht und/oder dgl. bewirkt wird. Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, dass diese Selbstzentrierung durch eine vorteilhafte Kontur zumindest eines Drehkörpers erzeugbar ist.
Ein Laufbahndraht unterscheidet sich von einer Laufbahnschale beispielsweise dadurch, dass die Laufbahnschale eine gebogene oder gerundete Führungsfläche zur gerichteten, beispielsweise ringförmig gerichteten, Führung eines Wälzkörpers auf seiner Laufbahn aufweist. Der Laufbahndraht weist hingegen beispielsweise einen elliptischen Querschnitt oder einen kreisförmigen Querschnitt zur gerichteten Führung des Wälzkörpers auf seiner Laufbahn auf, wobei ein Kreissegment dieses kreisförmigen Querschnitts fehlen kann und durch eine Fläche ersetzt sein kann. Diese Fläche kann eben respektive plan sein und eine mechanischen Anlage des Wälzkörpers an dieser Fläche vorsehen.
Ein Laufbahndraht oder eine Laufbahnschale kann zwecks Minimierung einer mechanischen Reibung mit einem Schmiermittel, insbesondere mit Öl oder Fett, beaufschlagt sein.
Das Material des Laufbahndrahtes oder der Laufbahnschale kann beispielsweise einen Stahl mit Kohlenstoffgehalt von 0,45 Massenprozent, beispielsweise C45, oder weniger aufweisen. Vorteilhaft in diesem Sinne ist es alternativ, wenn der Laufbahndraht oder die Laufbahnschale Chrom-Anteile, beispielsweise 100Cr6, aufweist. Die Werkstoffe C45 oder 100Cr6 können spanabhebend bearbeitet werden, wodurch vorteilhafterweise in den Laufbahndraht oder in die Laufbahnschale ein an den Einsatz-fall oder Anwendungsfall angepassten Profilquerschnitt eingearbeitet werden kann.
Das Profil respektive der Querschnitt eines Laufbahndrahtes oder einer Laufbahnschale kann zumindest entlang einer Achse symmetrisch sein. Durch diese Maßnahme kann die Fertigung des Laufbahndrahtes bzw. der Laufbahnschale vereinfacht werden. In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung kann ein Laufbahndraht oder eine Laufbahnschale sogar einen eckigen Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen drei,- vier-, fünf-, sechs- oder mehreckigen Querschnitt, wobei der Wälzkörper, der in der Laufbahn wälzt, an zumindest eine der Flächen dieses Querschnitts anlegbar ist. Diese Fläche fungiert wiederum als eine mechanischen Anlagefläche des Wälzkörpers, wie oben beschrieben.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung können anstelle von Laufbahndrähten oder anstatt der Laufbahnschalen auf Zug beanspruchbare Stahlseile oder sogenannte Zugseile in die Ausnehmung respektive in den Hohlraum zwischen den Drehkörpern eingebracht werden. Es ersetzt dann beispielsweise je ein solches Stahlseil oder Zugseil jeweils einen Laufbahndraht. Dieses Stahlseil oder Zugseil weist beispielsweise einen nahezu runden Querschnitt auf und ist ringförmig an einen der Drehkörper anlegbar. Der Wälzkörper ist demnach zwischen mehreren Stahlseilen oder Zugseilen angeordnet und kontaktiert mechanisch mit diesen mehreren Stahlseilen oder Zugseilen und kann zwischen diesen oder auf diesen abwälzen. In der nachfolgenden Beschreibung wird anstelle Stahlseil und/oder Zugseil vereinfachend auch der Begriff „Seil” verwendet.
Ein solches Seil ist vorteilhafterweise aus einem korrosions- und zugfesten Metall, alternativ aus einem korrosions- und zugfesten Nichteisenmetall gebildet. Alternativ kann ein solches Seil aus einem Verbundwerkstoff gebildet sein. Das Seil kann innere Fasern und äußere Fasern aufweisen. Dieses auf Zug beanspruchbare Seil weist vorteilhafterweise eine mechanische Zugfestigkeit von zwischen 500 N/mm² und 2000 N/mm² oder sogar mehr auf. Es kann eingearbeitete Fäden aufweisen und vorteilhafterweise mit Schmiermittel, insbesondere mit Öl oder Fett, getränkt sein. Durch eine Abgabe des Schmiermittels beim mechanischen Abwälzen der Wälzkörper an dem oder auf dem Seil kann zum Einen eine Schmierung erfolgen und zum Anderen kann das Seil und/oder der Wälzkörper dadurch besser gegen aus Mangelschmierung resultierenden Schäden geschützt sein. Vorteilhafterweise wird durch das Schmiermittel zusätzlich eine Korrosion des Seiles, als auch eine Korrosion des direkt benachbarten Bauteiles, verhindert oder zumindest vermindert.
Durch die vorgenannte Verwendung eines Seiles anstatt eines Laufbahndrahtes oder einer Laufbahnschale bietet sich zum Anderen der Vorteil, dass ein solches Seil, da es sich um sogenannte Meterware handelt, in der Regel kostengünstiger ist. Ferner bietet sich der Vorteil, dass ein solches Seil erheblich leichter vorgespannt werden kann als ein Laufbahndraht oder als eine Laufbahnschale. Die beiden Enden eines solchen in der verbesserte Drehverbindung ringförmig angeordneten Seiles können miteinander verbunden sein, sodass an der Übergangs- oder Nahtstelle nahezu oder exakt der gleiche Seilquerschnitt vorherrscht den das Seil selbst aufweist. Diese Verbindung kann stoffschlüssig, beispielsweise als Schweißung, ausgeführt sein. Der Seilquerschnitt kann einen Durchmesser von einigen Millimetern (mm) aufweisen. Der Seilquerschnitt kann hingegen in einer Schwerlastanwendung mehrere, beispielsweise drei, vier, fünf, oder mehr, Zentimeter (cm) betragen.
Sowohl die vorgenannten Seile, als auch die Laufbahndrähte und die Laufbahnschalen, weisen allesamt die Gemeinsamkeit auf, dass sie als Träger für eine Laufbahn fungieren. Auf der Laufbahn wälzt der wenigstens eine Wälzkörper, wie oben beschrieben wurde, ab. Seile, Laufbahndrähte, Laufbahnschalen können daher vereinfachend auch als „Laufbahnträger” bezeichnet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der erste Drehkörper und/oder der zweite Drehkörper der verbesserten Drehverbindung eine Bewehrung auf. Die verbesserten Drehverbindung kann dann dergestalt ausgebildet sein, dass eine Zuglast abtragende Struktur, insbesondere eine dreidimensionale Rahmen- oder Fachwerkstruktur oder ein ringförmiges Drahtgebilde, der verbesserten Drehverbindung durch die Bewehrung gebildet ist und die verfestigte Matrix durch das Calzium-Silikat-Hydrat und durch den nichtmetallischen Zuschlagstoff gebildet ist. Diese verfestigte Matrix ist vorzugsweise in Zwischenräumen der Zuglastabtragenden Struktur angeordnet. Diese Ausgestaltung ist deshalb bevorzugt, weil auf auf Zug beanspruchte Stellen der verbesserten Drehverbindung, beispielsweise die Laufbahnen und benachbarte Teile, mit Stahl verstärkt, respektive „armiert” oder „zugbewehrt”, werden können, während in den übrigen Bereichen die Druckfestigkeit der verfestigten Matrix für Stabilität sorgt.
Diese Matrix kann gebundenen und ungebundenen Zement und gebundenes Wasser aufweisen. Die Matrix kann ebenfalls kristallines Calziumoxid (CaO) oder Calziumhydroxid (CaOH₂) aufweisen. Letzteres kann entstehen, wenn im Rahmen der Herstellung des Drehkörpers das eingangs genannte Calziumcarbonat (CaCO₃) nicht vollständig mit Wasser abgebunden hat und gebrannter Kalk (sogenannter Ätzkalk) und/oder gelöschter Kalk (sogenannter Kalkhydrat) in der Matrix verbleibt. Die Matrix kann ferner (Luft-)Poren und Ettringit aufweisen.
In diesen Poren können weitere elastische nichtmetallische Zuschläge respektive Zuschlagstoffe angeordnet sein. Diese nichtmetallischen Zuschläge können die Vorteile der verbesserten Drehverbindung erhöhen, beispielsweise eine Schwimmfähigkeit erhöhen, oder das Einsatzspektrum respektive den Anwendungsbereich der verbesserten Drehverbindung erweitern. So weist beispielsweise eine mit Kunststoffgranulat- oder mit Polystyrolteilchen angereicherte Matrix des Drehkörpers eine höhere elektrische Isolationsfähigkeit und eine geringere mittlere Dichte auf. Eine derartig verbesserte Drehverbindung kann zum Beispiel zur verbesserten galvanischen Trennung gegeneinander verdrehbarer Anschlusskonstruktionen eingesetzt werden. In einer besonderen Ausgestaltungsform kann die Matrix Zuschläge aus Siliziumteilchen, beispielsweise Siliziumdioxid (SiO₂), aufweisen. Die Matrix kann jedoch auch aus dem Stand der Technik bekannte Betonzusatzstoffe oder Betonzusatzmittel aufweisen, um weitere Vorteile der verbesserten Drehverbindung auszubilden. Die Matrix ist vorzugsweise aus einem Gemisch verschiedener Stoffe (als sogennantes Baustoffgemisch) gebildet. In einer weiteren Ausgestaltungsform weist die Matrix Anteile von Bitumen auf und/oder verfügt sogar über wasserabweisende (sogenannte hydrophobe) Eigenschaften. In einer alternativen Ausgestaltungsform weist die Matrix Carbon- oder Kohlenstofffaser-Teilchen auf, welche gleitreibungsreduzierende Eigenschaften der verbesserten Drehverbindung erzeugen können, insbesondere wenn diese Carbon- oder Kohlenstofffaser-Teilchen an solche Oberflächen des Drehkörpers mechanisch angelegt sind, die in Reib- oder Wälzkontakt mit einem direkt benachbarten Körper, beispielsweise dem Wälzkörper, stehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der verbesserten Drehverbindung umfasst die vorgenannte Bewehrung mindestens einen den Drehkörper axial und/oder radial durchsetzenden Draht. Dadurch bietet sich der Vorteil, dass durch die Bewehrung das strukturelle Lastabtragverhalten verbessert wird. Das strukturelle Lastabtragverhalten ist insbesondere dann verbessert, wenn eine solche Bewehrung derart in die Drehverbindung integriert ist, dass der Draht in derjenigen Richtung orientiert ist, in der erhöhte mechanische Spannungen respektive Lasten auf die Drehverbindung einwirken. Da insbesondere ein Stahldraht eine sehr gute Zugfestigkeit aufweist, kann der Draht vorteilhafterweise als ein Stahldraht ausgebildet und in dem Drehkörper angeordnet sein. Es hat sich als weiterhin vorteilhaft herausgestellt, wenn die Bewehrung Baustahl aufweist oder mindestens einen Stahldraht, der aus einem unlegierten Edelstahl besteht, aufweist. Vorteilhafterweise ist ein solcher Baustahl zugunsten eine hohen Korrosionssicherheit derart in dem Drehkörper angeordnet, dass mehrere Zentimeter Matrixmaterial zwischen dem Baustahl und der Drehkörperoberfläche liegen. Sofern der Drehkörper aus Beton gefertigt ist, ist dieses Matrixmaterial als eine sogenannte Betonüberdeckung zu verstehen.
Alternativ kann diese Bewehrung mehrere Stahlseile oder nichtmetallische Drähte, beispielsweise in Seilstärke, umfassen. Die Bewehrung kann optional Kunststofffasern, beispielsweise Aramidfasern, alternativ Glasfasern, aufweisen. Es hat sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Bewehrung in Form von Armierungs- oder Bewehrungsmatten respektive in Ausgestaltung von Bewehrungsgittern zum optimalen Abtrag von mechanischen Zugspannungen respektive Lasten ausgeprägt ist und überwiegend innerhalb eines Drehkörpers angeordnet ist. Die Dimensionierung einer derartigen Bewehrung mittels Finite-Elemente-Methoden (sogenannte FEM) ist vorteilhaft, da dadurch der Materialbedarf des Bewehrungsmateriales ideal auf einen anwendungsgemäßen Lastfall respektive den spezifischen Einsatzfall der verbesserten Drehverbindung anpassbar ist.
Durch Beimischung von nichtmetallischen Fasern, beispielsweise Kunststofffasern und von anorganischen nichtmetallischen Stoffen, od dgl. zur Matrix kann die Matrix des Drehkörpers erheblich rissunempfindlicher ausgestaltet werden. Diese Matrix kann gegebenenfalls sogar in mehreren Raumrichtungen von solchen Fasern durchsetzt sein und kann in diesen mehreren Raumrichtungen mechanische Lasten, insbesondere Zuglasten, abtragen. Es können auch metallische Fasern oder metallische Drähte in die Matrix eingebunden sein, beispielsweise zusätzlich zu dem in dem Drehkörper angeordneten Bewehrungsgitter, um die mechanische Belastbarkeit der Matrix erhöhen. Es hat sich im Sinne einer guten Rissunempfindlichkeit als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Faserlänge jeweils mindestens 50 mm, idealerweise sogar mehr als 100 mm, beträgt.
Vorzugsweise weist die vorgenannte Bewehrung mindestens zwei metallische Drähte oder nichtmetallische Drähte auf, die sich an einer Kreuzungsstelle oder an mehreren Kreuzungspunkten überlagern. Diese Kreuzungen sind als Verbindungsstellen der Drähte zu verstehen, an denen eine formschlüssiger Verbindung oder eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist. Als vorteilhaft haben sich diesbezüglich Drahtverflechtungen oder Drahtverschweißungen herausgestellt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Laufbahndrähte und/oder die Laufbahnschalen mit der Bewehrung verbunden oder verbindbar. Eine solche Verbindung kann durch die Formung von Haken und Ösen gebildet werden, wobei der Laufbahndraht und/oder die Laufbahnschale mit einer Öse ausgestattet ist in die ein Haken der Bewehrung eingeführt werden kann – oder umgekehrt. Eine Verbindung kann alternativ stoffschlüssig durch Verschweißung des Laufbahndrahtes und/oder der Laufbahnschale mit der Bewehrung realisiert werden.
Dadurch kann ein struktureller Zusammenhalt der verbesserten Drehverbindung zwischen dem lastaufnehmenden Teil, beispielsweise der Laufbahnschale respektive dem Laufbahndraht und dem strukturverstärkenden Teil, beispielsweise den Stahldrähten respektive dem Bewehrungsgitter, ausgebildet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist es vorteilhaft, wenn diejenigen Bereiche der verbesserten Drehverbindung, in denen strukturell mit höheren mechanischen Spannungen respektive Lasten, insbesondere mit höheren mechanische Zugbelastungen, zu rechnen sind aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Stahl, bestehen. Weniger stark zugbelastete Bereiche der verbesserten Drehverbindung hingegen können den nichtmetallischen Zuschlagsstoff, vorzugsweise die Gesteinskörnung, aufweisen, die beispielsweise Schluff und/oder Sand und/oder Kies und/oder Splitt mit Körnern des Durchmessern von bis zu 16 mm, in Ausnahmeanwendungen sogar Teilchen mit mittleren Teilchendurchmesser bis zu 65 mm, beinhaltet. Diese Gesteinskörnung ist dann als der Zuschlagstoff zu verstehen und bildet vorteilhafterweise gemeinsam mit dem Calzium-Silikat-Hydrat die verfestigte Matrix des Drehkörpers aus. Es hat sich in diesem Sinne als ferner vorteilhaft herausgestellt, wenn zumindest eine der Laufbahndrähten respektive Laufbahnschalen aus Stahl besteht, wobei dieser Stahl vorzugsweise gehärtet ist, da beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der erfindungsgemäßen Drehverbindung in der Laufbahn selbst die höchsten mechanische Lagerbelastungen zu erwarten sind. Erhebliche mechanische Lagerbelastungen sind insbesondere an den Wälzkörperoberfläche zu erwarten, die unter mechanischer Spannung auf den Laufbahndrähten respektive Laufbahnschalen der Laufbahn abrollen oder abwälzen. Die Härte des Stahles der Laufbahndrähten respektive Laufbahnschalen kann geringer ausgeführt sein als die Härte des Werkstoffes eines in der verbesserten Drehverbindung angeordneten Wälzkörpers. Es kann sogar ein erheblicher Härteunterschied resultieren. Dieser Härteunterschied kann durch gezielte Anwendung eines Stahlhärteverfahrens gezielt eingestellt werden. Durch diesen gezielt einstellbaren Härteunterschied kann einer vorzeitigen Schädigung des Wälzkörpers in der Laufbahn gezielt vorgebeugt werden.
Die erfindungsgemäße Drahtwälzlager-Drehverbindung weist mindestens einen Lagerspalt auf, der zwei Drehkörper räumlich trennt und somit deren Relativverdrehung zueinander ermöglicht. In einer möglichen Ausgestaltung ist dieser abgedichtet, um das Eindringen von Schmutz und Fremdkörpern in den Spalt zu verhindern. Es kann dafür wenigstens eine axial wirkende Dichtung zur Versiegelung einer Laufbahn vorgesehen sein. Diese Dichtung kann ein Elastomermaterial aufweisen oder aus einem zumindest teilweise flexiblen Elastomer- oder Kautschukmaterial bestehen. Diese Flexibilität ermöglicht eine dynamische Abdichtwirkung selbst bei sich relativ zueinander drehenden Drehkörpern und/oder wenn sich diese Drehkörper mit einer den Lagerspalt dynamisch verändernden Umwucht relativ zueinander drehen. Die Dichtung kann einen Elastomerring mit elliptischem Querschnitt aufweisen. Eine derartige Dichtung ist vorzugsweise in einer Umlaufnut oder in einer Aussparung eines Drehkörpers fixiert. Alternativ ist es möglich, an zwei benachbarten Drehkörpern je eine Abschrägung oder Abflachung auszubilden, wobei diese beiden Abschrägungen/Abflachungen Anlageflächen für mindestens einen umlaufenden Dichtungsring ausbilden, wobei der Dichtungsring zwischen den Abschrägungen/Abflachungen eingelegt sein kann. Alternativ kann eine Dichtung an einen Drehkörper angeschraubt sein.
Die verbesserte Drehverbindung weist vorzugsweise eine Bohrung zur Aufnahme eines Verbindungsmittels auf. Das Verbindungsmittel kann als Metallspreizdübel oder als Verbundanker ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann das Verbindungsmittel als eine Betonschraube zur Befestigung des ersten Drehkörpers und/oder des zweiten Drehkörpers an einer Anschlusskonstruktion ausgebildet sein. All diesen Verbindungsmitteln zur Befestigung eines Drehkörpers an einer Anschlusskonstruktion ist gemein, dass sie aufgrund Ihres Wirkprinzips an einem ersten Ende kraftschlüssig in die Anschlusskonstruktion einbringbar sind und an dem gegenüberliegenden zweiten Ende kraftschlüssig mit dem Drehkörper verbindbar sind. Sie eignen sich deshalb zuverlässig für den Einsatz in einer aus einem Werkstoffverbund bestehenden Konstruktion, insbesondere in der verbesserten Drehverbindung.
Diese Bohrung zur Aufnahme eines Verbindungsmittels muss nicht zwingend spanend in den Drehkörper eingebracht worden sein – sie kann vielmehr auch während eines nichtspanenden Fertigungsverfahrens, etwa durch die Verwendung einer entsprechenden Gussform, in den Drehkörper eingebracht worden sein.
In einer alternativen Ausgestaltung sind die vorgenannten Verbindungsmittel mit der Bewehrung des Drehkörpers verbunden oder verbindbar. Eine solche Verbindung kann unter Zuhilfenahme von Hülsen und beispielsweise unter der Zuhilfenahme von Metallspreizdübeln, gebildet werden. Das Verbindungsmittel ist mit der in oder an dem Drehkörper angeordneten Hülse kraft- oder formschlüssig verbindbar. Diese Hülse kann vorteilhafterweise an mehreren seiner Umfangsseiten von der Matrix des Drehkörpers umschlossen sein. Die Verbindung eines Drehkörpers mit der Anschlusskonstruktion wird dann idealerweise derart hergestellt, dass der Metallspreizdübel, der in eine Bohrung oder Aussparung der Anschlusskonstruktion eingesteckt wird, in die mit der Bewehrung des Drehkörpers verbundene Hülse eingeführt wird, wobei der Metallspreizdübel nach Herstellung der Verbindung von innen kraftschlüssig gegen die Wandung der Hülse drückt.
Alternativ kann eine Verbindung eines Drehkörpers mit einer Anschlusskonstruktion durch das vorgenannte Prinzip der Haken und Ösen hergestellt werden, sodass die Bewehrung des Drehkörpers mit einer Öse ausgestattet und in einen Haken der Anschlusskonstruktion eingeführt werden kann. Mindestens ein Wälzkörper der verbesserten Drehverbindung kann aus einem Keramikwerkstoff, gegebenenfalls welcher einen hohen Siliziumanteil aufweist, gebildet sein. Alternativ kann der Wälzkörper aus einem Hartmetall oder aus einem gehärteten Lagerstahl bestehen. Der oder die Wälzkörper können mittels eines Wälzkörperkäfigs oder mittels mehrerer Käfigsegmente in einer Laufbahn der verbesserten Drehverbindung geführt sein. Alternativ können die Wälzkörper durch Distanzstücke voneinander beabstandet sein. In einer weiterhin Alternative ist die verbesserte Drehverbindung vollrollig oder vollkugelig ausgeführt. In derartigen Ausführungen werden Käfigelemente oder Distanzstücke komplett eingespart, was weitere Kostenvorteile bringt. In einer Mehrzahl der bevorzugten Anwendungsfälle der verbesserten Drehverbindung sind viele gleichartige Wälzkörper jeweils nebeneinander und auf der Laufbahn abwälzend angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die verbesserte Drehverbindung mindestens eine Schutzschiene auf. Mehrere derartige Schutzschienen können als Kantenschutzschienen ausgeführt werden, um Abplatzungen oder Sprödbrüche an Kanten oder Stößen eines Drehkörpers zu unterbinden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen diese Schutzschienen ein bruchstabiles Material, beispielsweise Kunststoff oder Metall, auf und sind an Außenkanten des aus Beton bestehenden Drehkörpers angeordnet. Auch diese Schutzschienen respektive der Kantenschutz können mit der Bewehrung strukturell verbunden sein, beispielsweise durch das vorgenannte Prinzip der Haken und Ösen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die erfindungsgemäße Drahtwälzlager-Drehverbindung in einer Maschine oder Anlage der Schwerindustrie oder in einer marinen Anwendung mit großem Durchmesser eingesetzt respektive angewendet. Eine Lastenfördermaschine mit einem dreh- oder schwenkbaren Ausleger stellt nur eine der möglichen Verwendungen dar. Verwendungsvorteile bieten sich insbesondere überall dort, wo eine Rotationsbewegung um die Drehachse der erfindungsgemäßen Drahtwälzlager-Drehverbindung mit einem großen Radius respektive mit großem Durchmesser ausführbar ist. Das Einsatzspektrum respektive der Anwendungsbereich ist groß: Vorzugsweise kann die Drahtwälzlager-Drehverbindung in einer Anlage mit einem dreh- oder schwenkbaren Maschinenfundament angewendet werden. Weiterhin alternativ ist die Verwendung der Drahtwälzlager-Drehverbindung in einem Schwimmkran mit einem dreh- oder schwenkbaren Ausleger denkbar und infolge der verbesserten Eigenschaften vorteilhaft.
Zusammenfassend und mit anderen Worten ausgedrückt ist die Erfindung bevorzugt als eine Drahtwälzlager-Drehverbindung ausgebildet, aufweisend wenigstens zwei gegeneinander um eine gemeinsame Drehachse angeordnete Drehkörper respektive Ringe, wobei diese Drehkörper durch wenigstens einen die Drahtwälzlager-Drehverbindung durchsetzenden Lagerspalt radial voneinander getrennt sind und zueinander um die Drehachse relativ verdrehbar angeordnet sind, wobei zwischen den Drehkörpern wenigstens eine Ausnehmung koaxial zur Drehachse angeordnet ist, die einen Hohlraum zwischen den Ringen zur Aufnahme mindestens einer Laufbahn ausbildet, wobei auf der Laufbahn wenigstens einer oder mehrere Wälzkörper abwälzt/en, wobei die Laufbahn auf wenigstens einem Laufbahnträger angeordnet ist, der mindestens einen Laufbahndraht und/oder mindestens eine Laufbahnschale und/oder mindestens ein Stahl- oder Zugseil aufweist, wobei mindestens einer der Drehkörper der Drahtwälzlager-Drehverbindung eine verfestigte Matrix aufweist, welche Matrix Calzium-Silikat-Hydrat sowie wenigstens 5 Volumenprozent eines nichtmetallischen Zuschlagsstoffes aufweist und gegebenenfalls eine Bewehrung aufweist, wobei diese Bewehrung beispielsweise Stahldrähte od. dgl., aufweist.
Diese Erfindung wird als verbesserte Drahtwälzlager-Drehverbindung bezeichnet. Die verbesserte Drahtwälzlager-Drehverbindung kann vorspannbar ausgestaltet sein, dergestalt, dass mindestens ein Laufbahnträger mit einer Vorspannung beaufschlagbar ist und demzufolge auf der Laufbahn angeordnete Wälzkörper unter einem zusätzlichen mechanischen Druck stehen. Diese Vorspannung bringt beispielsweise Vorteile bei der Einstellung eines Lagerspiels. Diese Vorspannung kann vorzugsweise über die vorgenannte Bohrung zur Aufnahme eines Verbindungsmittels auf den Laufbahnträger aufgebracht werden.
Die Kosten der verbesserte Drahtwälzlager-Drehverbindung können, im Gegensatz zu herkömmlichen Drahtwälzlagern oder Wälzlager-Drehverbindungen aus Lager- oder Vergütungsstahl großen Durchmessers, geringer und von der Stahlpreisentwicklung wesentlich unabhängiger sein.
Insbesondere kann die Drahtwälzlager-Drehverbindung im Gegensatz zu herkömmlichen Drahtwälzlagern oder Wälzlager-Drehverbindungen aus Lager- oder Vergütungsstahl eine höhere Toleranz gegenüber widrigen Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Vibrationen/Schwingungen, Hitze, od. dgl., aufweisen und folglich eine geringe Korrosionsneigung und eine höhere Lager-Lebensdauer aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine erfindungsgemäße einreihige Drahtwälzlager-Drehverbindung in geschnittener Darstellung (die Matrix der Drehkörper sehr stark vereinfacht und sehr stark vergrößert darstellend);
2 eine Variation des Ausführungsbeispiels nach 1 in einer Schnittdarstellung ähnlich der 1;
3 eine weitere Variation des Ausführungsbeispiels nach 1 in einer Schnittdarstellung ähnlich der 1;
4 ein beispielhafter Ausschnitt einer Laufbahn mit kugelförmigem Wälzkörper in geschnittener Darstellung;
5 ein weiterer beispielhafter Ausschnitt einer Laufbahn mit kugelförmigem Wälzkörper in geschnittener Darstellung;
6 ein Laufbahnsystem einer zweireihigen Drahtwälzlager-Drehverbindung in geschnittener Darstellung;
7 eine Variation des Ausführungsbeispiels nach 3 in einer Schnittdarstellung wie in 1, jedoch mit Stahlseilen anstelle von Laufbahndrähten und in käfigloser Ausführung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die folgende Detailbeschreibung der Zeichnungen weist viele unterschiedliche Bezugszeichen auf. Funktional gleiche Zeichnungsteile wurden dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine erfindungsgemäße einreihige Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 in geschnittener Darstellung. Es handelt sich um einen Radialschnitt mit seitlicher Ansicht der Schnittfläche:
Diese Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 dient zur rotatorischen Drehverstellung zweier mittels der Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 aneinander gekoppelter Anlagenteile 20a, 20b (Die Anlagenteile sind nur schematisch angedeutet). Die Kopplung erfolgt durch Verbindung des einen Anlagenteiles 20a mit dem ersten Drehkörper 1 mittels mehrerer kranzförmig an dem Drehkörper 1 angeordneter Schrauben 15a und durch Verbindung des zweiten Anlagenteiles 20b mittels kranzförmig an dem Drehkörper 2 angeordneter Schrauben 15b (wobei in der Schnittdarstellung nach 1 jeweils nur eine Schraube 15a und 15b schematisch dargestellt ist). Der erste Drehkörper 1, der mehrteilig und ringförmig ausgebildet ist und aus einem rotationssymmetrischen Drehkörperoberteil 1a und einem entlang einer Ebene 13 daran flächig angelegten, ebenfalls rotationssymmetrischen, Drehkörperunterteil 1b besteht, ist mittenfrei ausgeführt. Radial gegenüberliegend und innerhalb dieses ersten Drehkörpers 1 ist ein zweiter Drehkörper 2 angeordnet. Der erste Drehkörper 1 und der zweite Drehkörper 2 sind durch einen die Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 axial vollständig durchsetzenden Lagerspalt 4 radial voneinander getrennt und zueinander um eine gemeinsame Drehachse 11 (nicht maßstablich dargestellt und nur angedeutet) relativ verdrehbar angeordnet. In der Draufsicht (nicht dargestellt) sind beide Drehkörper 1, 2 ringförmig ausgebildet. In vorliegender 1 fungiert der erste Drehkörper 1 als Außenringkonstruktion, während der zweite Drehkörper 2 als Innenringkonstruktion fungiert. Der Durchmesser beider Drehkörper 1, 2 beträgt mehrere Meter (nicht dargestellt). Beide Ringkonstruktionen sind in der Rotationsebene 13 verdrehbar oder verschwenkbar und weisen axiale Bohrungen 14a, 14b auf, die beispielsweise zur Aufnahme von Verbindungsmitteln (hier: Zur Aufnahme der vorgenannten Schrauben 15a, 15b) mit einem Schraubgewinde versehen sind. Beide Drehkörper 1, 2 weisen je eine in der Draufsicht (nicht dargestellt) ringförmig ausgebildete Ausnehmung 6a, 6b auf, wobei die erste Ausnehmung 6a zwischen dem Drehkörperoberteil 1a, dem Drehkörperunterteil 1b und dem zweiten Drehkörper 2 angeordnet ist und die zweite Ausnehmung 6b in den zweiten Drehkörper 2 eingearbeitet ist, aber durch einen Laufbahndraht 3c nahezu runden Profilquerschnitts vollständig ausgefüllt wird. Der sich bei Summierung beider Ausnehmungen 6a, 6b ergebende Raum stellt einen um die Drehachse 11 ringförmigen angeordneten Hohlraum dar, der zur Aufnahme axial übereinander angeordneter Laufbahnen vorgesehen ist. Auf diesen Laufbahnen rollen oder wälzen zwei axial übereinander angeordnete Reihen mit etlichen zylinderrollenförmigen, jeweils baugleichen, Wälzkörpern 5 ab. Diese Wälzkörper 5 kontaktieren einander in Drehrichtung, wie in einer Draufsicht (nicht dargestellt) zu erkennen wäre. Diese Laufbahnen werden einerseits, d. h. an einer radial innen liegenden Begrenzungsfläche des Hohlraumes, von dem Laufbahndraht 3c, sowie von zwei Laufbahnschalen 3g, 3f die jeweils einen fünfeckigem Profilquerschnitt aufweisen, begrenzt und andererseits, d. h. an einer radial außen liegenden Begrenzungsfläche des Hohlraumes, von zwei Laufbahndrähten 3a, 3b und von zwei Laufbahnschalen 3e, 3h (die ebenfalls einen fünfeckigen Profilquerschnitt aufweisen) begrenzt. Die letztgenannten Laufbahndrähte 3a, 3b sind in den radial äußeren Ecken der Ausnehmung 6b positioniert und füllen somit zwei radial äußere Ecken des vorgenannten Hohlraumes aus. Damit sämtliche Laufbahndrähte 3c, 3a, 3b zum Einen möglichst unverrutschbar in dem Hohlraum positionierbar sind und zum Anderen möglichst breite Abroll-/Abwälzflächen für die Wälzkörper 5 bereitstellen können, ist ihr Querschnitt an den Kontaktstellen mit den Wälzkörpern 5 kalottenförmig abgeflacht. Die in den beiden radial äußeren Ecken des Hohlraumes positionierten Laufbahndrähte 3a, 3b weisen lediglich eine Kontaktfläche mit den Wälzkörpern 5 auf, daher sind sie lediglich einseitig abgeflacht. Der Laufbahndraht 3c weist zwei Kontaktflächen mit den Wälzkörpern 5 auf und ist daher an diesen zwei Stellen abgeflacht. Dieser Laufbahndraht 3c weist konstruktionsbedingt einen größeren Querschnitt als die in den radial äußeren Ecken des Hohlraumes positionierten Laufbahndrähte 3a, 3b. Die Laufbahnschalen Laufbahnschalen 3g, 3f sowie 3e, 3h sind zwecks mechanischer Führung der Wälzkörper 5 jeweils an die Stirnseiten der Wälzkörper 5 angelegt. Im vorliegenden Beispiel nach 1 bestehen sowohl sämtliche Laufbahndrähte, als auch sämtliche Laufbahnschalen aus Lagerstahl, während sämtliche Wälzkörper 5 aus einem Wälzkörperhartmaterial bestehen, das eine noch höhere Härte aufweist als der Lagerstahl. Durch die vorgenannten Schrauben 15a kann das Drehkörperoberteil 1a mit dem Drehkörperunterteil 1b verbunden werden. Je stärker die Schraubenkraft in axialer Richtung wirkt, desto stärker werden Drehkörperoberteil 1a und Drehkörperunterteil 1b aneinander geschraubt respektive gepresst. Durch diese Schrauben 15a lässt sich folglich eine auf den Drehkörper 1 wirkende Vorspannung auf die Laufbahnen einstellen. Je größer diese axiale Vorspannkraft ist, desto stärker werden die Wälzkörper 5 gegen die Laufbahndrähte 3a, 3b, 3c und gegen die Laufbahnschalen 3e, 3f, 3g, 3h und letztlich auch gegen die Begrenzungsflächen des zwischen den Drehkörpern 1, 2 bestehenden Hohlraumes gepresst; und desto schwergängiger erfolgt die rotatorische Verstellung des ersten Drehkörpers 1 gegenüber dem zweiten Drehkörper 2. In 1 sind beide Drehkörper 1, 2 aus einem Verbundstoff hergestellt, der eine Matrix (die beispielhaft sehr stark vereinfacht und sehr stark vergrößert in einem kreisrunden Ausschnitt der 1 ersichtlich ist), überwiegend bestehend aus einer Calzium-Silikat-Hydrat(CSH)-Phase 16a, aufweist. Mehr als 15 Volumenprozent dieser Matrix des jeweiligen Drehkörpers bestehen aus dem nichtmetallischen Zuschlag 16b (in dem kreisrunden Ausschnitt beispielhaft dargestellt ist ein Teil einer Gesteinskörnung). Zwischen dem Zuschlag 16b und der CSH-Phase ist kristallines Ettringit, sowie mehrere Poren, in diese Matrix eingelagert. Der Verbundstoff beider Drehkörper 1, 2 weist in unterschiedlichen Raumrichtungen orientierte Fasern 9 (schematisch als mehrere gleich geartete Fäden angedeutet), auf die aus Stahl und/oder Kunststoff bestehen, um die Zugfestigkeit der Matrix zu stärken. Die Faserlänge (nicht dargestellt) beträgt jeweils mehr als 50 mm. Um einen besseren Abplatzschutz der äußeren Kanten der Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 zu gewährleisten, sind Kantenschutzprofile 27b aus Metall oder Kunststoff an diesen Kanten aufgebracht und Kantenschutzschienen 27a aus Metall oder Kunststoff formschlüssig in den Drehkörper 1 eingearbeitet. Um eine verbesseren Witterungsbeständigkeit gegen äußere Feuchtigkeit und von Außen eindringenden Schmutz zu gewährleisten, ist der Lagerspalt 4 an dem Drehkörperoberteil 1a mittels einer ringförmigen Dichtung 7a versehen. Der Lagerspalt 4 weist ebenfalls an dem Drehkörperunterteil 1b eine umlaufende Dichtung (nicht dargestellt) auf.
2 zeigt eine Variation des Ausführungsbeispiels nach 1 in einer Schnittdarstellung. Die Schnittebene ist identisch zur 1 gewählt. Es handelt sich um einen Radialschnitt mit seitlicher Ansicht der Schnittfläche: Diese Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 dient ebenfalls zur rotatorischen Drehverstellung zweier mittels der Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 aneinander gekoppelter Anlagenteile 20a, 20b (Anlagenteile sind nur schematisch angedeutet) und zwar analog zu 1, weshalb auf weitere Erläuterung der Funktion verzichtet wird. Beide Drehkörper 1, 2 sind hier jedoch einteilig ausgeführt. Entgegen 1 ist in 2 eine Drehverbindung mit nur einer Reihe (kugelförmiger) Wälzkörper 5 dargestellt, welche an vier Kontaktpunkten 5a, 5b, 5c, 5d von vier Laufbahndrähten 3a, 3b, 3c, 3d geführt wird. Zur noch besseren Führung der Wälzkörper 5 in der Laufbahn ist ein zusätzlicher Laufbahnkäfig 18 vorgesehen. Die Ausnehmung 6a im ersten Drehkörper 1 ist gleich groß wie die Ausnehmung 6b im zweiten Drehkörper 2. Die Wälzkörper 5 können deshalb in der Mitte des durch die beiden Ausnehmungen 6a, 6b gebildeten Hohlraumes geführt werden. Beide Anschlusskonstruktionen 20a, 20b weisen nach 2 ein Stahlbetonbauweise auf. Entgegen 1 erfolgt in 2 die Verbindung des ersten Drehkörpers 1 mit der ersten Anschlusskonstruktion 20a mittels Stahldrähten 17a eines in den ersten Drehkörper eingebetteten Bewehrungsgitters 17. Die Stahldrähte 17a sind formschlüssig über eine Haken-Ösen (26a–26b) – Verbindung mit der ersten Anschlusskonstruktion 20a verbunden, wobei diese formschlüssige Verbindung im Grundkörper oder in einer Betonmatrix der Anschlusskonstruktion 20a vergossen ist. Die Verbindung des zweiten Drehkörpers 2 mit der zweiten Anschlusskonstriktion 20b ist analog ausgeführt. Analog zu 1 weisen die Drehkörper 1, 2 in dem Ausführungsbeispiel nach 2 einen Verbundwerkstoff mit einer Matrix auf. Entgegen zu 1 werden jedoch keine Fasern verwendet, um die Zugfestigkeit der Matrix des jeweiligen Drehkörpers 1, 2 zu stärken, sondern mehrere Bewehrungselemente 8a, 8b, 8c, 8d, 8e aus Stahl sind jeweils Bestandteile des Bewehrungsgitters 17. Die so ausgeführten Drehkörper 1, 2 vereinen zum Einen die Vorteile eines kostengünstigen Werkstoffes (d. h. Verbundwerkstoff, z. B. aus Beton), mit einer zugstabilen, ringförmigen Raumstruktur (d. h. Bewehrungsgitter 17 aus Stahl). In diesem Ausführungsbeispiel nach 2 beträgt der Druckwinkel β, unter dem die vier konstruktiv gleichartig ausgebildeten Laufbahndrähte 3a, 3b, 3c, 3d in den vier Kontaktpunkten 5a, 5b, 5c, 5d an dem jeweiligen Wälzkörper 5 anliegen und mit diesem kontaktieren, etwa 45 Grad gegenüber der horizontalen und gegenüber der vertikalen Ebene.
3 zeigt eine weitere Variation des Ausführungsbeispiels nach 1 in einer Schnittdarstellung. Es handelt sich ebenfalls um einen Radialschnitt mit seitlicher Ansicht der Schnittfläche:
Diese Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 dient ebenfalls zur rotatorischen Drehverstellung zweier mittels der Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 aneinander gekoppelter Anlagenteile (Anlagenteile sind nicht dargestellt) analog zu 1. Nur der erste Drehkörper 1 ist hier einteilig ausgeführt, während der zweite Drehkörper 2 zweigeteilt ausgeführt ist und aus einem Oberring 2a und einem Unterring 2b gebildet ist. Entgegen 1 ist eine Drehverbindung mit nur einer Reihe (kugelförmiger) Wälzkörper 5 dargestellt, welche an mehreren Kontaktpunkten (nicht dargestellt) von vier Laufbahndrähten 3a, 3b, 3c, 3d und einem segmentierten Käfig 19 geführt wird. Analog zu 1 und 2 weisen die Drehkörper 1, 2 in dem Ausführungsbeispiel nach 2 einen Verbundwerkstoff mit einer Matrix auf. Entgegen zu 1 werden jedoch keine Fasern verwendet, sondern analog zu 2 ist der erste Drehkörper 1 von mehreren Bewehrungselemente 8b, 8c, 8d aus Stahl durchzogen, die Bestandteile eines Bewehrungsgitters 17 sind. Dasselbe gilt für den Oberrring 2a (Bewehrungsgitter im Oberrring 2a ist nicht ausdrücklich dargestellt). Der Unterring 2b besteht hingegen überwiegend aus Lagerstahl, in den Bohrungen eingearbeitet sind. Das Bewehrunsgitter 17, das in die Matrix des ersten Drehkörpers 1 eingebettet ist, weist mehrere Stahldrähte 17a, 17b auf, welche sich an Kreuzungsstellen 17c überlagern und dort aneinander befestigt sind. Diese Kreuzungsstelle 17c kann als ein Knotenpunkt des fachwerkartigen Bewehrungsgitters 17 verstanden werden, wobei das Bewehrungsgitter viele derartige Knotenpunkte aufweist. Durch diese Befestigung der Stahldrähte an Kreuzungsstellen respektive Knotenpunkten 17c wird die Existenz ,lose' im Bewehrungsgitter einliegender Bewehrungselemente vermieden und somit Strukturfestigkeit des überwiegend zur Zuglastaufnahme vorhandenen Bewehrungsgitters 17 erhöht. Aus dem gleichen Grund sind die dem Bewehrungsgitter sind auch die Laufbahndrähten 3a, 3b, 3c, 3d mit dem Bewehrungsgitter 17 verbunden respektive daran befestigt. Dasselbe gilt auch für die Schutzschienen 27a zum Schutz der radial äußerer Kanten des Drehkörpers 1. Durch ein an den Oberring 2a und an den Unterring 2b flächig angelegtes und mit diesen beiden Ringen 2a, 2b verschraubtes Bauteil (nicht dargestellt) werden die beiden Ringe 2a, 2b konstruktiv axial aneinandergefügt und im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 zusammengehalten.
4 zeigt einen beispielhaften Ausschnitt einer Laufbahn der Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 mit einem kugelförmigen Wälzkörper 5 in geschnittener Darstellung:
Es ist ein Ausschnitt dargestellt, der den Hohlraum zeigt, der durch die beiden Ausnehmungen 6a, 6b ausgebildet wird. Von der Innenseite dieses Hohlraumes ist an den radial äußeren Drehkörper 1 eine einteilige Laufbahnschale 3g, die einen gebogenen Profilquerschnitt respektive eine gerundete Profilkontur aufweist, angelegt. Von der Innenseite dieses Hohlraumes gesehen und der einteiligen Laufbahnschale 3g radial gegenüberliegend sind an den radial inneren Drehkörper 2 zwei Laufbahndrähte 3a, 3b angelegt. Sowohl die Laufbahnschale 3g, als auch die beiden gegenüber liegenden Laufbahndrähte 3a, 3b kontaktieren mit dem kugelförmigen Wälzkörper 5, der in etwa mittig im Lagerspalt 4 der Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 angeordnet ist. Diese Kontaktierung erfolgt mechanisch und einerseits an den Kontaktpunkten 5b, 5d, und andererseits durch eine flächige Kontaktierung an der inneren Rundung der Laufbahnschale 3g. Die Profilkontur dieser flächigen Kontaktierung ist als Halbschale geformt, die sich zwischen den Punkten a und c erstreckt. Zwischen diesen Punkten a und c kontaktiert der Wälzkörper 5 mit der Laufbahnschale 3g und wälzt oder rollt an dieser ab. Axial oberhalb des Punktes a und axial unterhalb des Punktes c kontaktiert der Wälzkörper an der Laufbahnschale 3g nicht mehr. Die Laufbahnschale 3g ist in der Draufsicht (nicht dargestellt) auf die Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 ringförmig ausgebildet. Im bestimmungsgemäßen Gebrauch, d. h. während der Verdrehbewegung des Drehkörpers 1 gegenüber dem Drehkörper 2, ändert die Laufbahnschale 3g ihre Position nicht. Die Laufbahndrähte 3a, 3b hingegen weisen jeweils ein kalottenähnliches Profil auf und sind mit deren abgerundeten Seiten in die abgerundeten Ecken des Hohlraumes so angelegt, dass sie spielfrei an den Drehkörper 2 angelegt sind und ebenfalls ihre Position während der vorgenannten Verdrehbewegung nicht verändern (können). Sie sind im bestimmungsgemäßen Gebrauch praktisch zwischen dem Wälzkörper 5 und dem radial inneren Drehkörper 2 eingeklemmt. In diesem Beispiel nach 4 weisen beide Drehkörper 1, 2 eine Bewehrung 8a, 8b auf, die sich in dem Ausschnitt in axialer Richtung durch die Drehkörper 1, 2 erstreckt. Diese Bewehrung 8a, 8b ist nur beispielhaft angedeutet. Sie wirkt die Drehkörper 1, 2 struktur verstärkend gegenüber solchen mechanischen Lasten, die in radialer Ebene 13 wirken. Zum Schutz des Hohlraumes gegenüber von Außen eindringende Fremdkörper (Schmutz od. dgl.), welche die Funktion der Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 negativ beeinflussen könnten, ist eine Dichtung 7a (nur schematisch angedeutet) vor dem Lagerspalt 4 so angebracht, dass sie im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 ihre Position beibehält.
5 zeigt einen weiteren beispielhaften Ausschnitt einer Laufbahn mit kugelförmigem Wälzkörper 5 in geschnittener Darstellung:
Das Prinzip ist analog zu 4, weshalb auf weitere Erklärungen hier verzichtet wird. Die Unterschiede zu 4 liegen in der eckigen Formgestaltung der Laufbahnschale 3g und der Laufbahndrähte 3a, 3b und in der eckigen Formgestaltung des Hohlraumes, der durch die beiden Ausnehmungen 6a, 6b gebildet wird. Die Laufbahndrähte 3a, 3b sind hier im Querschnitt dreieckig profiliert ausgeführt, um spielfrei in die rechtwinkligen Ecken des Hohlraumes 6b an den Drehkörper 2 angelegt werden zu können. Die auf der radial gegenüberliegenden Seite angeordnete Laufbahnschale 3g ist an den Drehkörper 1 spielfrei angelegt und ist achteckig ausgeführt. Sie kontaktiert mit dem Wälzkörper 5 entgegen 4 in der 5 nicht flächig, sondern lediglich an den Kontaktpunkten 5a und 5c. Dies führt vorteilhafterweise zwar zu einem exakt einstellbaren Druckwinkel α, unter dem die Laufbahnschale 3g respektive die Laufbahndrähte 3a, 3b im bestimmungsgemäßen Gebrauch an ihren Kontaktpunkten 5a, 5b, 5c, 5d gegen den Wälzkörper 5 gedrückt werden und sorgt somit vorteilhafterweise für eine geringeren Reibung während der Abwälzbewegung des Wälzkörpers 5 auf der Laufbahnschale 3g. Diese Maßnahme geht aber etwas zu Lasten der in 4 beschriebenen verbesserten Führung des Wälzkörpers 5 auf der gerundeten Innenfläche der Laufbahnschale 3g. Zur Sicherung der Dichtung 7a gegen ein axiales Herausfallen aus der Lageranordnung weisen beide Drehkörper 1, 2 flächige respektive scheibenförmige Verliersicherungen 28 auf, die auf die Oberflächen dieser Drehkörper 1, 2 aufschraubbar sind oder welche sogar direkt, vorzugsweise wieder lösbar, in die Drehkörper eingesetzt werden können. Durch die Wiederlösbarkeit ist sichergestellt, dass die Dichtungen 7a, 7b in einem Verschleiß- oder Defektfall ausgetauscht werden können. Vorteilhaft ist, wenn, wie in 4 und 5 dargestellt, die Verliersicherungen 28, als auch die etwaigen Schrauben zur Aufschraubung (nicht dargestellt) derselben, in einer nutartigen Vertiefung positioniert sind, wobei die Tiefe der Nut in etwa der Dicke der Verliersicherung 28 entspricht, sodass die Verliersicherung nicht an einer Anschlusskonstruktion (nicht dargestellt) mechanisch kontaktieren und dadurch einer störenden mechanischen Reibung ausgesetzt sein kann.
6 zeigt beispielhaft ein Laufbahnsystem einer mehrreihigen Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 in geschnittener Darstellung:
Das Konstruktionsprinzip des Ausführungsbeispiels nach 6 basiert auf dem Prinzip von 4 und 5, jedoch ist hier ein Ausschnitt einer zweireihigen Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 abgebildet, die gemeinsam, aber axial versetzt, einerseits auf einer Laufbahnschale 22 abrollen oder abwälzen, und auf der radial gegenüberliegenden Seite an einem gemeinsamen Laufbahndraht 21 abrollen oder abwälzen.
Der Drehkörper 1 ist überwiegend aus Beton hergestellt weist als Matrixwerkstoff das eingangs genannte Calzium-Silikat-Hydrat und den eingangs genannten nichtmetallischen Zuschlagsstoff auf. Der Drehkörper 2 hingegen ist aus Stahl gefertigt (kann aber in einer nicht weiter beschriebenen Ausgestaltungsalternative und unter Einbringung von Gewindehülsen für Schrauben gleichfalls aus Beton hergestellt sein). Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere in Anwendungsfällen zur Abtragung radial wirkender Lasten. Das abgebildete Laufbahnsystem ist axialen von beiden Seiten durch Dichtungen 7a, 7b (nur schematisch angedeutet) geschützt. Diese Dichtungen 7a, 7b sind ringförmig (die Ringform ist nur in einer nicht dargestellten Draufsicht erkennbar) an den radial inneren Drehkörper 2 angeschraubt. Der radial äußere Drehkörper 1 ist, analog zur Figurenbeschreibung von 4, durch mehrere eine Bewehrungen 17 strukturell verstärkt, um die in radialer Richtung auf den Drehkörper 1 wirkenden Lasten besser aufnehmen zu können. Die Laufbahnschale 22 weist eine gerundete Kontur auf, die durch den ersten und den zweiten kugelförmigen Wälzkörper 23, 24 formschlüssig und spielfrei und unter dem gleichen Druckwinkel α in eine mit spitzen Auskragungen versehene Kontur 25 des ersten Drehkörpers 1 gedrückt wird. Diese Kontur gerundete der Laufbahnschale 22 wirkt selbstzentrierend, sodass ein Verrutschen der Laufbahnschale 22 im bestimmungsgemäßen Gebrauch unterbunden ist. Auf der radial gegenüber liegenden Seite werden die beiden Wälzkörper 23, 24 unter dem gleichen Druckwinkel φ gegen ebene Flächen des gemeinsamen Laufbahndrahtes 21 gedrückt. Dieser Laufbahndraht 21 ist an der radial innen liegenden Seite des zwischen den beiden Drehkörper 1, 2 angeordneten Hohlraumes spielfrei und unverrutschbar in einer halbrunde Nut angeordnet, die in dem zweiten Drehkörper 2 eingearbeitet ist.
7 zeigt eine Variation des Ausführungsbeispiels nach 3 in einer Schnittdarstellung wie in 1, jedoch mit Seilen (durch vier karierte Kreise symbolisiert) anstelle von Laufbahndrähten und in käfigloser Ausführung: Diese Art der Konstruktion eignet sich insbesondere für Anwendungen, die eine galvanische Trennung von Laufbahn(system) und Anschlusskonstruktion (nicht dargestellt) erfordern. Diese Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 dient letztlich ebenfalls zur rotatorischen Drehverstellung zweier mittels der Drahtwälzlager-Drehverbindung 10 aneinander gekoppelter Anlagenteile (Anlagenteile sind nicht dargestellt) analog zu den vorher beschriebenen Figuren. Entgegen beispielsweise 1 und 3 werden jedoch in 7 vier Stahlseile 3i, 3k, km, 3j anstelle von Laufbahndrähten 3a, 3b, 3c, 3d verwendet, welche an dem Wälzkörper 5 angelegt sind um diesen in seiner Abwälz- oder Abrollbewegung zu führen. Diese Stahlseile sind aus einem nichtrostenden Stahl gebildet und mit einem Schmiermittel durchtränkt. Sie weisen innere Fasern und äußere Fasern auf. Der Wälzkörper wälzt jeweils auf diesen vier Stahlseilen ab, ohne dabei mit einem der Drehkörper 1, 2 zu kontaktieren. Darüber hinaus sind in 7 erneut Verliersicherungen 28, als auch die etwaigen Schrauben zur Aufschraubung der Verliersicherungen 28, wie oben beschrieben, dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Erster Drehkörper
1a: Drehkörperoberteil
1b: Drehkörperunterteil
2: Zweiter Drehkörper
2a: Oberring
2b: Unterring
3a: Laufbahndraht
3b: Laufbahndraht
3c: Laufbahndraht
3d: Laufbahndraht
3e: Laufbahndraht
3f: Laufbahndraht
3g: Laufbahnschale
3h: Laufbahnschale
3i: Stahl- oder Zugseil
3j: Stahl- oder Zugseil
3k: Stahl- oder Zugseil
3m: Stahl- oder Zugseil
4: Lagerspalt
5: Wälzkörper
5a: Kontaktpunkt
5b: Kontaktpunkt
5c: Kontaktpunkt
5d: Kontaktpunkt
6a: Ausnehmung
6b: Ausnehmung
7a: Dichtung
7b: Dichtung
8a: Bewehrung
8b: Bewehrung
8c: Bewehrung
8d: Bewehrung
8e: Bewehrung
9: Fasern
10: Drahtwälzlager-Drehverbindung
11: Drehachse
12: axiale Ebene
13: radiale Ebene
14a: Bohrung
14b: Bohrung
15a: Verbindungsmittel
15b: Verbindungsmittel
16a: Calzium-Silikat-Hydrat (CSH)
16b: Zuschlagsstoff
16c: Ettringit
16d: Poren
16e: Calziumhydroxid
17: Bewehrungsgitter
17a: Stahldraht
17b: Stahldraht
17c: Kreuzungsstelle
18: Käfig/
19: Käfigsegment
20a: Anschlusskonstruktion
20b: Anschlusskonstruktion
21: Laufbahndraht
22: Laufbahnschale
23: erster Wälzkörper
24: zweiter Wälzkörper
25: Kontur
26a: Haken
26b: Öse
27a: Schutzschiene
27b: Schutzschiene
28: Verliersicherung
29: Nut
α, β, φ: Druckwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1222322 [0002]
DE 3602051 [0003]
DE 102010012473 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://de.wikipedia.org/wiki/Drahtes%C3%A4lzlager [0002]
http://www.frankegmbh.de/de/waelzlager/files/franke-waelzlager-leg.pdf [0002]
//www.pwc.de/de/industrielle-produktion/stahlmarkt-2013.jhtml [0004]

Claims

Drahtwälzlager-Drehverbindung (10), aufweisend – einen ersten Drehkörper (1); – einen zweiten, dem ersten Drehkörper (1) radial gegenüberliegenden, Drehkörper (2), – wobei der erste Drehkörper (1) und der zweite Drehkörper (2) durch einen die Drahtwälzlager-Drehverbindung (10) axial durchsetzenden Lagerspalt (4) radial voneinander getrennt sind und zueinander um eine gemeinsame Drehachse (11) relativ verdrehbar angeordnet sind, – wobei mindestens einer der Drehkörper (1, 2) wenigstens eine ringförmig ausgebildete Ausnehmung (6a, 6b) aufweist, die koaxial zur Drehachse (11) ausgebildet ist und einen sich in Richtung einer radialen Ebene (13) und/oder in Richtung einer axialen Ebene (12) erstreckenden und zwischen den Drehkörpern (1, 2) angeordneten Hohlraum ausbildet, – wobei die Ausnehmung (6a, 6b) oder der Hohlraum vorgesehen ist zur Aufnahme mindestens einer Laufbahn, auf der wenigstens ein Wälzkörper (5) abwälzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (5) in wenigstens einem Kontaktpunkt (5a, 5b, 5c, 5d, a, b) seiner Wälzkörperoberfläche an mindestens einen Laufbahndraht (3a, 3b, 3c, 3d) und/oder an mindestens eine Laufbahnschale (3e, 3f, 3g, 3h) und/oder an mindestens ein Stahl- oder Zugseil (3i, 3j, 3k, 3m) anlegbar ist, – wobei der Laufbahndraht (3a, 3b, 3c, 3d) und/oder die Laufbahnschale (3e, 3f, 3g, 3h) und/oder das Stahl- oder Zugseil (3i, 3j, 3k, 3m) an wenigstens einen der Drehkörper (1, 2) anlegbar ist, – wobei ferner mindestens einer der Drehkörper (1, 2) Calzium-Silikat-Hydrat (16a) sowie wenigstens 5 Volumenprozent, vorzugsweise jedoch wenigstens 15 Volumenprozent, idealerweise mehr als 20 Volumenprozent, eines nichtmetallischen Zuschlagsstoffes (16b) aufweist.
Drahtwälzlager-Drehverbindung (10) nach Anspruch 1, wobei der erste Drehkörper (1) und/oder der zweite Drehkörper (2) ringförmig um die Drehachse (11) ausgeführt ist, insbesondere wobei der erste Drehkörper (1) und/oder der zweite Drehkörper (2) zumindest teilweise aus einem Beton gebildet ist.
Drahtwälzlager-Drehverbindung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Drehkörper (1) und/oder der zweite Drehkörper (2) eine Bewehrung (8a, 8b, 8c, 8d, 8e) aufweist.
Drahtwälzlager-Drehverbindung (10) nach dem vorgenannten Anspruch, wobei die Bewehrung (8a, 8b, 8c, 8d, 8e) den Drehkörper (1, 2) axial und/oder radial durchsetzt und mindestens einen Stahldraht (17a, 17b) und/oder mehrere Fasern (9) aufweist, alternativ nichtmetallische Drähte, gegebenenfalls Kunststofffasern, aufweist.
Drahtwälzlager-Drehverbindung (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Bewehrung (8a, 8b, 8c, 8d, 8e) als Bewehrungsgitter (17), beispielsweise als zuglastabtragende Struktur, ausgebildet ist, aufweisend mindestens zwei Stahldrähte (17a, 17b) oder nichtmetallische Drähte, die sich an wenigstens einer Kreuzungsstelle (17c) überlagern.
Drahtwälzlager-Drehverbindung (10) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Laufbahndraht (3a, 3b, 3c, 3d) und/oder die mindestens eine Laufbahnschale (3e, 3f, 3g, 3h) zur Anlage an den Drehkörper (1, 2) und/oder an den Wälzkörper (5) einen mehreckigen, beispielsweise einen drei,vier-, fünf-, sechs- oder achteckigen, Querschnitt aufweist.
Drahtwälzlager-Drehverbindung (10) nach Anspruch 1, wobei der Zuschlagsstoff (16b) eine Gesteinskörnung aufweist, beispielsweise die Sand und/oder Kies und/oder Splitt mit unterschiedlichen Korngrößendurchmessern aufweist, vorzugsweise wobei die Gesteinskörnung gemeinsam mit dem Calzium-Silikat-Hydrat (16a) einen verfestigten Körper, beispielsweise eine druckfeste Matrix, ausbildet.
Drahtwälzlager-Drehverbindung (10) nach Anspruch 1, wobei das Stahlseil oder Zugseil (3i, 3j, 3k, 3m) durch den Wälzkörper (5) auf Zug beanspruchbar ist, vorzugsweise ein korrosions- und zugfestes Metall aufweist oder aus einem korrosions- und zugfesten Nichteisenmetall gebildet ist.
Drahtwälzlager-Drehverbindung (10) nach wenigstens Anspruch 4 oder 5 wobei das wenigstens eine Bewehrungsgitter (17) oder der mindestens ein Stahldraht (17a, 17b) zur Befestigung des ersten Drehkörpers (1) und/oder des zweiten Drehkörpers (2) an jeweils einer Anschlusskonstruktion (20a, 20b) vorgesehen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Drehkörpers (1, 2) der Drahtwälzlager-Drehverbindung (10) nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch: – erstens die Bereitstellung einer Gussform oder einer Spritzgussform zur Aufnahme eines fließfähigen Gemischs, beispielsweise eines Flüssigbetons; – nachfolgend das Eingießen oder Einspritzen des fließfähigen Gemischs in die Form bei einer ersten Temperatur T₁, wobei das fließfähige Gemisch Wasser (H₂O), einen nichtmetallischen Zuschlagsstoff (16b) und ein Bindemittel, beispielsweise einen Zement, aufweist; – nachfolgend das Aushärten des Gemischs in der Form, vorzugsweise unter einer Zufuhr von Wärme und unter Beibehaltung einer zweiten Temperatur T₂ wobei diese zweite Temperatur T₂ gegenüber der ersten Temperatur T₁ erhöht ist, beispielsweise in einer klimatisierten Aushärtekammer unter gezielter Steuerung einer Wärmezufuhr, alternativ unter Beibehaltung der ersten Temperatur T₁.