DE1295929B - Drehgelenk zwischen Druckmittel fuehrenden Leitungsstuecken - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Drehgelenk zwischen Druckmittel führenden Leitungsstücken mit zwei hohlzylindrischen, koaxial angeordneten Kupplungsgliedern, von denen das eine das andere übergreift, bei dem am Innenumfang des äußeren Kupplungsglieds und am Außenumfang des inneren Kupplungsglieds einander gegenüberstehende Laufbahnen für zwischen den Kupplungsgliedern angeordnete Kugeln vorgesehen sind und bei dem das äußere Kupplungsglied an einem äußeren Ringflansch des einen Leitungsstückes angesetzt ist und aus zwei in der Mittellinie der äußeren Laufbahn aneinanderstoßenden Teilen besteht.
• Drehgelenke dieser Art dienen dazu, eine verdrehbare Leitungsverbindung zwischen zwei Leitungsstücken herzustellen, die etwa als ölbohrrohre dienen und daher eine unter ziemlich hohem Druck stehende Flüssigkeit fortleiten. Diese Flüssigkeit übt auf das Drehgelenk Kräfte in axialer Richtung aus, die bestrebt sind, die Gelenkverbindung auseinanderzudrücken. Dabei werden die Kugeln gegen die Teile der Kugellaufbahnen gepreßt, an denen sie anliegen; die Laufbahnen werden dadurch unregelmäßig ausgeweitet. Wenn durch diese Art von Verschleiß die Kugellaufbahnen unbrauchbar geworden sind, muß im allgemeinen das gesamte Drehgelenk ausgewechselt werden, was mit erheblichen Kosten verbunden ist.
• Bei einem bekannten Drehgelenk ist ein mit einer äußeren Kugellaufbahn versehenes äußeres Kupplungsglied vorgesehen, das längs der Mittelebene der äußeren Laufbahn geteilt ist. Bei übermäßigem Verschleiß brauchen daher nur noch die die äußere Kugellaufbahn bildenden Teile erneuert zu werden. Bei dem bekannten Drehgelenk liegen aber die Kugeln ungehaltert nebeneinander in dem aus der äußeren und der inneren Laufbahn gebildeten Kreisring, so daß sie relativ schnell verschleißen. Bei zu stark ausgeweiteter äußerer Laufbahn ist außerdem, wie erwähnt, sogleich das gesamte äußere Kupplungsglied auszutauschen, obwohl die Kugeln nur in bestimmten Bereichen der äußeren Laufbahn ihre Eintiefungen (Brinellmarken) eingedrückt haben. Auch die für diesen Austausch aufzuwendenden Kosten sind somit noch verhältnismäßig hoch.
• Die Wirtschaftlichkeit der bekannten Drehgelenke ließe sich daher erhöhen, wenn es gelänge, den Verschleiß der Kugeln herabzusetzen und auch die nicht mit Brinellmarken versehenen Zonen der äußeren Laufbahn zur Lagerung heranzuziehen.
• Gemäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die Teile der äußeren Laufbahn gegeneinander austauschbar ausgebildet sind, und daß die Kugeln - wie an sich bekannt-mit Spiel in einem zwischen dem äußeren Kupplungsglied und dem inneren Kupplungsglied mit Spiel angeordneten Haltering gehalten sind.
• Derartige Drehgelenke sind nicht bekannt. Zwar ist es aus anderen Zusammenhängen bekannt, Wälzläger aus Laufbahnhälften zusammenzusetzen, die einander innen bzw. außen übergreifen und die gegeneinander vertauscht werden können, es ist dort aber kein Austausch in dem Sinn möglich, daß die eine Laufbahnhälfte an Stelle der anderen eingebaut werden kann.
• Die erfindungsgemäßen Drehgelenke bieten den erheblichen Vorteil einer annähernd verdoppelten Lebensdauer des Gelenks gegenüber den bekannten Konstruktionen, weil die äußere Laufbahn nach dem Vertauschen ihrer Hälften den Charakter einer neuen, ungebrauchten Laufbahn hat, denn die zuvor eingegrabenen Brinellmarken werden in der neuen Zusammenstellung der Hälften im allgemeinen nicht im Laufweg der Kugeln liegen. Die Lebensdauer eines erfindungsgemäßen Drehgelenks wird gegenüber derjenigen eines Drehgelenks mit nicht gegenseitig austauschbaren Laufbahnteilen somit praktisch etwa verdoppelt, vorausgesetzt daß auch der Verschleiß der Kugeln niedrig gehalten werden kann, wozu bei der erfindungsgemäßen Lösung die Aufnahme der Kugeln in einem Haltering beiträgt.
• Aus dem bekannten Stand der Technik konnte der Fachmann keine Anregungen für die erfindungsgemäße Konstruktion eines Drehgelenks erhalten.
• Durch die bekannten Drehgelenke konnte die erfindungsgemäße Lösung schon deshalb nicht angeregt werden, weil die vertauschbaren Elemente des erwähnten bekannten Wälzlagers nur in einer Richtung, in der die Lagerelemente gegeneinander gepreßt werden, beanspruchbar sind; wird das Wälzlager auf Zug beansprucht, so öffnet es sich und fällt auseinander. Die Anwendung von Halteringen oder Käfigen für die Wälzkörper in Wälzlagern ist zwar bekannt, es sind aber keine Wälzlager bekannt, bei denen ein Wälzkörperkäfig innerhalb eines aus zwei gegeneinander austauschbaren Laufbahnhälften bestehenden Wälzkörpergehäuses angeordnet .ist, weshalb die erfindungsgemäße Konstruktion aus der Wälzlagertechnik nicht nahegelegt worden sein kann.
• Die Bildung von Brinellmarken wird in erfindungsgemäßer Weiterbildung der Erfindung dadurch erschwert und damit die Lebensdauer des Gelenks erhöht, daß in dem Haltering für die Kugeln alle inander benachbarten Abstände zwischen den Kugeln paarweise voneinander verschieden sind.
• Zweckmäßigerweise wird das erfindungsgemäße Drehgelenk so ausgeführt, daß die beiden Teile des äußeren Kupplungsglieds den Haltering mit Abstand umfassende, bis nahe an das innere Kupplungsglied heranreichende, ringförmige Ansätze aufweisen und daß zwischen diesen Ansätzen und dem Haltering, in Abstand von dem Haltering, Gleitdichtungsringe zwischen den Kupplungsgliedern vorgesehen sind.
• Die Zeichnungen dienen zur genaueren Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Es zeigt F i g. 1 einen Teillängsschnitt durch ein Drehgelenk mit einer erfindungsgemäßen Lagereinheit, F i g. 2 einen Schnitt in der durch die Linie 2-2 in F i g. 1 angedeuteten Ebene, F i g. 3 eine isometrische Ansicht eines Kupplungsglieds des Drehgelenks nach F i g. 1 und der erfindungsgemäßen Lagereinheit in auseinandergezogener Darstellung.
• In F i g. 1 ist das die Erfindung verkörpernde Drehgelenk insgesamt mit 10 bezeichnet. Das Drehgelenk umfaßt ein erstes als Förderleitung dienendes inneres Kupplungsglied 11 mit einer radialen Endfläche 12 und einer zylindrischen Außenfläche 14; dieses Kupplungsglied bildet ein Innenlager. Die Außenfläche dieses Innenlagers ist mit einer inneren Kugellaufbahn 16 versehen, die mit Abstand von der Endfläche 12 des inneren Kupplungsglieds 11 angeordnet ist.
• Das Drehgelenk 10 weist ferner ein zweites Leitungsstück 20 mit einem Endflansch 22 auf, der eine Endfläche 23 besitzt, die der Endfläche 12 des inneren Kupplungsglieds 11 gegenübersteht, wenn das Drehgelenk zusammengebaut ist. Der Endflansch 22 ragt in radialer Richtung von der Außenfläche 14 des inneren Kupplungsglieds 11 nach außen.
• Die den Kern der Erfindung bildende Lagereinheit ist insgesamt mit 40 bezeichnet. Sie umfaßt außer dem inneren Kupplungsglied 11 einen Haltering 42, der das Kupplungsglied umgibt und diesem gegenüber drehbar ist. Der Haltering hat mehrere, in Abständen über den Umfang verteilte kreisförmige Löcher 44 mit übereinstimmenden Durchmessern; seine Endflächen sind mit 46 bezeichnet. Er ist derart auf dem inneren Kupplungsglied 11 angeordnet, daß die Löcher 44 über der Innenlaufbahn 16 zu liegen kommen und die Mittelpunkte der Löcher in einer gemeinsamen Ebene liegen, die die Innenlaufbahn halbiert. Es ist wesentlich, daß die Löcher in dem Haltering in willkürlichen und unregelmäßigen Abständen angeordnet sind (F i g. 2). Die Mittelpunkte aufeinanderfolgender Löcher haben also unterschiedliche gegenseitige Abstände, die keine Periodizität besitzen. Diese ungleichmäßigen Abstände vermindern, wie noch erläutert werden wird, die nachteiligen Wirkungen der entstehenden Brinellmarken.
• Zu der Lagereinheit 40 gehört ferner ein quergeteiltes, ringförmiges äußeres Kupplungsglied 50, das das innere Kupplungsglied 11 umgibt und mit dem zweiten Leitungsstück 20 verbunden ist. Das äußere Kupplungsglied 50 umfaßt ein Zwischenstückteil 52 und ein Widerlagerteil54; diese beiden Teile sind untereinander völlig gleich. Jedes der Teile 52 und 54 hat eine zylindrische Außenfläche 56, eine radiale Paßfläche 57, eine ringförmige Innenfläche 58 und eine radiale Endfläche 60. Die Innenfläche 58 schließt einen konkaven Laufbahnabschnitt 62 ein, der an die Paßfläche 57 angrenzt, ferner einen zwischenliegenden Laufbahnabschnitt 64, der in axialer Richtung von dem konkaven Laufbahnabschnitt 62 ausgeht, einen radialen Abschnitt 66, der sich von dem zwischenliegenden Abschnitt 64 ausgehend erstreckt, und einen ringförmigen Ansatz 68, der einerseits an den radialen Abschnitt 66 und andererseits an die radiale Endfläche 60 angrenzt.
• Die Teile 52 und 54 umgeben das innere Kupplungsglied 11 und den Haltering 42, wobei die radiale Endfläche 60 des Zwischenstückes 52 flach auf dem Endflansch 22 der zweiten Leitung 20 aufliegt, die Paßflächen 57 sich aneinanderschmiegen und die Laufbahnabschnitte 62 eine äußere Kugellaufbahn 70 bilden. Die axialen Abmessungen des äußeren Kupplungsglieds sind derart, daß die äußere Laufbahn oberhalb der Löcher 44 in dem Haltering 42 und damit auch über der Innenlaufbahn und dieser zugekehrt zu liegen kommt. Ferner treffen sich die Paßflächen 57 in der oben erwähnten gemeinsamen Ebene der Mittelpunkte der Löcher 44. Weiter ist zu beachten, daß die radialen Abschnitte 66 des äußeren Kupplungsglieds in einem axialen Abstand von den benachbarten Endflächen 46 des Halterings 42 angeordnet sind.
• Die Teile 52 und 54 sind mit dem Flansch 22 des zweiten Leitungsstückes 20 verschraubt.
• In jedem Loch 44 des Halterings 42 liegt eine Stahlkugel 85. Alle Kugeln haben gleichen Durchmesser, der etwas geringer ist als der übereinstimmende Durchmesser aller Löcher, so daß die Kugeln in den Löchern rotieren können. Die Kugeln ragen von dem Haltering nach innen in die Innenlaufbahn 16 und nach außen in die Außenlaufbahn 70. Die Mittelpunkte der Kugeln fallen mit den Mittelpunkten der zugehörigen Löcher zusammen. Somit sind die Kugeln in der gleichen Weise in unregelmäßigen gegenseitigen Abständen angeordnet wie die Löcher. Die Kugeln rollen gleichzeitig auf der Innen- und der Außenlaufbahn ab. Beiderseits des Halterings 42, an die Endflächen 46 anstoßend, ist je ein Gleitdichtungsring 80 vorgesehen.
• Beim Gebrauch des erfindungsgemäßen Drehgelenks 10 übt die durch das Gelenk geleitete Druckflüssigkeit Kräfte auf die Endflächen 12 und 23 aus; die Kräfte sind bestrebt, die zusammengeführten Leitungsstücke voneinander zu trennen. Diese axialen Trennkräfte wirken auf die Lagereinheit 40 in der durch die Kraftpfeile F 1 und F 2 angedeuteten Weise. Wenn sich die Leitungsstücke gegeneinander drehen, wird der Laufbahnabschnitt 62 am Widerlagerteil54 rascher und stärker abgenutzt als der Laufbahnabschnitt am Zwischenstück 52.
• Muß die Lagereinheit 40 wegen Abnutzung am Laufbahnabschnitt 62 des Widerlagerteils 54 erneuert werden, so werden die Teile 52 und 54 von dem Endflansch 22 abgenommen. Dann werden die Teile in ihrer Stellung umgedreht oder vertauscht, so daß das Teil 52 jetzt die frühere Lage des Teils 54 einnimmt und umgekehrt. Wenn dann die Teile wieder mit dem Endflansch 22 verbunden sind, ist die Lagereinheit wenigstens teilweise erneuert worden; die Kräfte F 1 und F 2 bewegen die Kugeln 85 nun gegen den verhältnismäßig wenig abgenutzten Laufbahnabschnitt 62 des Teils 52, des vormaligen Zwischenstückes. Die Tatsache, daß der Laufbahnabschnitt des Teils 54 abgenutzt ist, ist unwesentlich, weil das Teil 54 nunmehr die Zwischenstückfunktion ausübt, bei der sein Laufbahnabschnitt keinem Druck der Trennkräfte F 1 und F 2 ausgesetzt ist.
• Wenn während des Betriebs des erfindungsgemäßen Drehgelenks 10 die Leitungsstücke 11 und 20 ausreichend lange Zeit relativ zueinander stillstehen und während dieser Zeit eine ausreichend starke axiale Trennkraft F 1, F 2) auf die Drehgelenkverbindung einwirkt, drücken die Kugeln 85 in die inneren und äußeren Laufbahnen 16 und 70 nicht eingezeichnete Vertiefungen oder Brinellmarken ein. Werden dann die Leitungsstücke wieder relativ zueinander in Rotation versetzt, so tritt trotzdem nur in sehr geringem Maße eine axiale Vibration und hörbares Knacken auf, und zwar wegen der unregelmäßigen Abstände der Kugeln 85. Da nämlich der Haltering 42 sich weder mit dem ersten Leitungsstück (inneres Kupplungsglied 11) noch mit dem zweiten Leitungsstück 20 zusammen dreht, sondern mit einer geringeren Geschwindigkeit, sind einige Umdrehungen der Leitungen erforderlich, bis die Kugeln wieder in Deckung mit den Eintiefungen sind, die sie verursacht haben. Oder anders ausgedrückt: Wenn die Kugeln in der üblichen Weise in gleichmäßigen Abständen angeordnet wären, müßte die axiale Vibration und das Knackgeräusch jedesmal auftreten, wenn eine relative Bewegung zwischen dem Haltering mit den Kugeln und den Laufbahnen um eine Bogenlänge stattfände, die dem Abstand zwischen zwei benachbarten Kugeln entspricht. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung erfolgt die axiale Vibration und das Knackgeräusch wegen der Vertiefungsnut, wenn die Vertiefungen wieder einmal mit den Kugeln zur Deckung kommen, die sie gebildet haben, und dazu können viele Rotationen erforderlich sein. Die ungünstigen Auswirkungen der Brinellmarken sind somit ganz wesentlich verringert.
• Der Haltering 42 bietet außerdem, wie an sich bekannt, den Vorteil, daß die Kugeln 85 in vorgegebenen gegenseitigen Abständen festgehalten werden. Eine Reibung zwischen den Kugeln oder ein Fressen zwischen den Kugeln kann nicht auftreten; die Abnutzung wird insgesamt verringert und die Lebensdauer der Kugeln und der Lagereinheit 40 erhöht.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Drehgelenk zwischen Druckmittel führenden Leitungsstücken mit zwei hohlzylindrischen, koaxial angeordneten Kupplungsgliedern, von denen das eine das andere übergreift, bei dem am Innenumfang des äußeren Kupplungsglieds und am Außenumfang des inneren Kupplungsglieds einander gegenüberstehende Laufbahnen für zwischen den Kupplungsgliedern angeordnete Kugeln vorgesehen sind und bei dem das äußere Kupplungsglied an einem äußeren Ringflansch des einen Leitungsstückes angesetzt ist und aus zwei in der Mittellinie der äußeren Laufbahn aneinanderstoßenden Teilen besteht, d a d u rc h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Teile (52, 54) gegeneinander austauschbar ausgebildet sind und daß die Kugeln (85) - wie für sich bekannt - mit Spiel in einem zwischen dem äußeren Kupplungsglied (50) und dem inneren Kupplungsglied (11) mit Spiel angeordneten Haltering (42) gehalten sind.
2. 2. Drehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle einander benachbarten Abstände zwischen den Kugeln (85) paarweise voneinander verschieden sind.
3. 3. Drehgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (52, 54) des äußeren Kupplungsglieds (50) den Haltering (42) mit Abstand umfassende bis nahe an das innere Kupplungsglied (11) heranreichende, ringförmige Ansätze (68) aufweisen und daß zwischen diesen Ansätzen und dem Haltering (42), in Abstand von dem Haltering, Gleitdichtungsringe (80) zwischen den Kupplungsgliedern (50,11) vorgesehen sind.