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Die
Erfindung betrifft eine Wälzlager-Drehverbindung,
bestehend aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Laufringen,
zwischen denen auf zugehörigen
Laufbahnen Wälzkörper abrollen.
Solche Wälzlager-Drehverbindungen
werden unter anderem als Bauteile von Baggern, Kränen, im
Fahrzeugbau und bei Robotern verwendet, bei denen bei begrenztem
Bauraum hohe Belastungen auftreten und die eine hohe Betriebssicherheit
verlangen.
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Stand der
Technik
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Wälzlager-Drehverbindungen
sind bereits seit langem bekannt. Diese Drehverbindungen können Axialkräfte, Radialkräfte und
Kippmomente sowohl als Einzelkräfte
als auch in Kombination in jeder Richtung aufnehmen.
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Bekannt
sind geschlossene Systeme, bei denen die Drehverbindung durch das
Wälzlager
zusammen gehalten wird und sich die konzentrischen Laufringe nach
dem Einführen
der Wälzkörper nicht
mehr auseinander nehmen lassen. Nachteilig ist dabei, dass die Befüllung von
großformatigen
Drehverbindungen, wie z.B. Großkugellager
für die
oben genannten Anwendungen, eine umständliche und zeitraubende Angelegenheit
ist. Über
eine Einfüllöffnung in
einem der beiden Lagerringe müssen
die Wälzkörper einzeln
per Hand oder mit teuren und aufwendigen Maschinen eingebracht werden,
nachdem diese sich nicht in so genannten Käfigen befinden. Das Einfüllen von
Wälzkörpern von,
wie üblich
vorhanden hundert oder mehr Stück
ist deshalb relativ zeitaufwendig und damit kostenintensiv. Weiter
nachteilig ist, dass die Drehverbindung nach dem Einfüllen der Wälzkörper nicht
mehr geöffnet
werden kann. Dies führt
dazu, dass bei Störungen
im Wälzlager
die Drehverbindung als ganzes ausgetauscht werden muss. Ein weiterer
Nachteil ist, dass die Öffnungen) durch
welche die Wälzkörper nachträglich eingebracht
wurden, durch einen Stopfen verschlossen werden müssen, der
exakt ausgeformt und eingepasst werden muss, damit es beim Betrieb
der Drehverbindung nicht zu Störungen
oder übermäßiger Abnutzung
kommt. Dies führt
zu einem weiteren wirtschaftlich nachteiligen Aufwand in Konstruktion
und Fertigung.
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Stand
der Technik sind auch Drehverbindungen bei denen die Wälzkörper bereits
vor dem endgültigen
Zusammensetzen der Laufringe eingesetzt werden und damit versucht
wird, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden. Diese Drehverbindungen sind
dergestalt aufgebaut, dass der innere oder der äußere der beiden konzentrisch
gelagerten Laufringe einen zweiteiligen Aufbau aufweist. Die Wälzlagerdrehverbindung
besteht dementsprechend aus drei Ringen, aus Nasenring, Tragring
und Haltering, wobei Tragring und Haltering durch eine Schraubverbindung
zusammengehalten werden und das zweireihige Wälzlager oben und unten, sowie
die dazwischen liegende Nase des Nasenrings umfassen. Nach dem Stand
der Technik sind die Nase des Nasenrings und die Innenseiten von
Tragring und Haltering im Querschnitt gesehen weitgehend plan ausgebildet.
Die Fertigung dieser Wälzlager-Drehverbindungen
erfolgt dergestalt, dass die Wälzkörper zunächst auf
die Oberseite der Nase des Nasenrings aufgebracht und diese dann
durch den Haltering fixiert werden. Danach wird die Konstruktion
gedreht, auf die Unterseite der Nase die Wälzkörper aufgebracht und danach zusammen
mit dem Tragring durch eine Schraubverbindung verschlossen und erneut
gedreht. Dies hat den entscheidenden Nachteil, dass die Fertigung
nur in Handarbeit und nur mit erheblichem Zeitaufwand erfolgen kann,
da die Lagerung der Wälzkörper auf dem
Nasenring, solange die Drehverbindung noch nicht geschlossen ist,
konstruktionsbedingt extrem instabil ist, insbesondere weil auch
hier die Wälzlager nicht
mit einem Käfig
verbunden sind. Die Wälzkörper können relativ
einfach von der plan ausgebildeten Nase des Nasenrings herunterfallen.
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Bei
Drehverbindungen ist auch generell bekannt, dass neben dem Zweck
der drehbaren Verbindung zweier Maschinen- oder Anlagenteile zur
aktiven Drehung oder Abbremsung eines der beiden Maschinen- oder
Anlagenteile weiterhin ein Antriebsdrehmoment oder ein Bremsmoment
auf eines dieser Maschinen- oder Anlagenteile zu übertragen
ist, wobei dieses Antriebsmoment meist durch einen elektrischen
Antrieb und der Bremsmoment durch einen außen liegende Bremseinrichtung
bereitgestellt wird. In diesen Fällen
kann die Antriebseinrichtung auch eine Bremseinrichtung darstellen,
wie sie beispielsweise in
DE
198 14 629 A1 beschrieben wird.
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Bei
diesen so angetriebenen und abgebremsten Drehverbindungen ist von
Nachteil, dass aufgrund der separat angeordneten Brems- oder Antriebsvorrichtung
sehr viel Bauraum beansprucht wird. Auch kommt es durch die Kombination
von Brems- und Antriebseinrichtung durch die einwirkenden Kräfte zu einem
hohen Verschleiß.
Eine separate Bremseinrichtung kann diesen Nachteil vermeiden, beansprucht
aber noch zusätzlichen
Bauraum darüber
hinaus.
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Die
Laufringe für
Drehverbindungen werden in der Herstellung zumeist zu Rohlingen
gewalzt und dann in die Endform gedreht oder gefräst. Nachdem das
Drehen und Fräsen
eine aufwendige und kostenintensive Arbeit ist, wird versucht, solche
Arbeiten so wenig wie möglich
durchführen
zu müssen.
Dies hat den Nachteil, dass bei Drehverbindungen die äußeren Laufringe
meist, so sie keine Außenverzahnung haben,
einen durchgehenden Außenkreis
beschreiben. Dabei sind die Bohrungen für die Befestigung des Drehrings
mittig innerhalb des Außenrings
gesetzt. Folge hiervon ist, dass für den Laufring und damit die
Drehverbindung mehr Material als eigentlich notwendig verarbeitet
wird und die Drehverbindung damit ein hohes Gewicht aufweist. Ein
hoher Material- und Gewichtsanteil führt aber zu einer nachteiligen
Erhöhung
der Produktionskosten.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine für die Serienfertigung taugliche,
damit wirtschaftliche und in ihrer Konstruktion möglichst raumsparende
Wälzlager-Drehverbindung
zu schaffen, bei der das Zusammensetzen der Drehverbindung und insbesondere
das Einfügen
der einzelnen Wälzkörper auf
einfache, insbesondere schnelle und damit wirtschaftliche Art geschieht
und die auf konstruktiv einfache Art gebremst oder angetrieben werden
kann und dabei platzsparend ist. Weiterhin soll die Drehverbindung
konstruktiv ein möglichst
geringes Gewicht aufweisen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung
mit dessen Oberbegriff dergestalt gelöst, dass die Ober- und Unterseite der
Nase des Nasenrings eine im Querschnitt halbkreisförmige Einbuchtung aufweist
und die Innenseite von Tragring und Haltering ebenfalls eine halbkreisförmige Einbuchtung
aufweisen, welche nach dem Zusammenfügen der Einzelteile der Drehverbindung
deckend aufeinander zu liegen kommen und so einen im Querschnitt
kreisförmigen
Hohlraum bilden, in denen die kugelförmigen Wälzkörper, formschlüssig eingelagert
werden können.
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Die
Lösung
der vorstehenden Aufgabe wird weiter nach dem kennzeichnenden Teil
von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dergestalt gelöst, dass
der innere Laufring mit einer oben liegenden Ringscheibe verbunden
ist. Dabei ist die Drehverbindung erfindungsgemäß so konstruiert, dass der
innere Laufring zusammen mit der Ringscheibe in seiner vertikalen
Ausdehnung den oberen Rand des äußeren Laufrings
unterschreitet und den unteren Rand des äußeren Laufrings überschreitet.
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Der
entscheidende Vorteil der Erfindung liegt darin, dass bei der Fertigung
der Drehverbindung die Laufringe mit den Wälzkörpern auf schnelle und damit
wirtschaftliche Art zusammengesetzt werden können. Dabei wird die Drehverbindung
so zusammengesetzt, dass die kugelförmigen Wälzkörper der unteren Reihe zunächst auf
die halbschalenförmige Einbuchtung
des Tragrings aufgelegt werden. Diese sind dadurch bereits ausreichend
fixiert. Danach wird der Nasenring aufgelegt und in dessen obere
halbkreisförmige
Einbuchtung die zweite Reihe von Wälzkörpern eingelegt, sodann wird
der Haltering aufgelegt und die Drehverbindung durch eine Schraubverbindung
fixiert. Dadurch kann die Montage der Drehverbindung schnell und
unkompliziert und damit wirtschaftlich erfolgen. Ein weiterer Vorteil
ist, dass die Drehverbindung und damit das Wälzlager schnell geöffnet und
gewartet werden kann. Eine zweireihige Kugeldrehverbindung ist eine
einfache und robuste Bauform mit ausreichendem Lagerspiel. Sie kann insbesondere
dort eingesetzt werden, wo die resultierende Kippmomentbelastung
schnell ihre Lage und Größe ändert, weil
die Lager schnellen und ständigen
Beanspruchungswechseln unterliegen.
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Vorteilhaft
ist damit auch, dass die Ringscheibe als notwendiger Bestandteil
einer Brems-, Halte- oder Antriebsvorrichtungen bereits integraler Bestandteil
der Drehverbindung ist.
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Der
innere Laufring kann fest auf der Bodenplatte montiert werden, da
die Drehverbindung so konstruiert ist, dass der innere Laufring
den äußeren Laufring
an der unteren Seite überragt.
Der innere Laufring stellt zusammen mit der Ringscheibe bereits das
Gegenstück
einer Bremsvorrichtung dar, welches dann nicht gesondert eingebaut
werden muss. Da der innere Laufring zusammen mit der Ringscheibe
den oberen Rand des äußeren Laufrings
unterschreitet, kann eine Brems- oder Antriebseinrichtung an dem äußeren Laufring
montiert werden und unmittelbar ohne weitere Konstruktion auf den
inneren Laufring über
die Ringscheibe einwirken. Dadurch, dass die Ringscheibe durch einfache
Veränderung der
Grundausführung
auf die unterschiedlichen Einsatzbereiche angepasst werden kann,
ergeben sich erhebliche Einsparungspotentiale in den Produktionskosten,
da die wesentlichen Baugruppen der Drehverbindung gleich bleiben.
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Die
vorgenannte Aufgabe wird weiter durch eine Wälzlager-Drehverbindung nach
dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 in Verbindung mit dessen
Oberbegriff gelöst,
in dem der äußere und der
innere Laufring bzw. dessen Teilringe entgegen der herkömmlich verwendeten
Verfahren gegossen wird und dabei Ausbuchtungen ausgeformt werden, die
die Schraubverbindungen zur Befestigung der Drehverbindungen aufnehmen
können.
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Vorteil
dieser erfindungsgemäßen Bauart
der Drehverbindung ist, dass der Wandstärke des äußeren und inneren Laufrings
weitgehend reduziert werden kann, denn die Befestigung der Drehverbindung an
den weiteren Baukörpern
werden außen,
beziehungsweise innen liegend über
die Ausbuchtungen, welche mit Bohrungen versehen sind vorgenommen. Der
Wandstärke
der Laufringe kann damit zwischen den Ausbuchtungen und damit insgesamt
entsprechend gering gehalten werden, ohne aufwendige und kostenintensive
Dreh- und Fräsarbeiten
durchführen zu
müssen.
Dies führt
zu der gewünschten
Material- und Gewichtsersparnis. Als Material für die Laufringe kommt beispielsweise
Gusseisen der Sorte „GGG-50" nach DIN 1693 oder
Stahl der Sorte „C45" in Betracht. Die
erfindungsgemäße Wälzlager-Drehverbindung kann
aber auch mit jedem anderen bekannten Verfahren, wie beispielsweise
dem Walzverfahren hergestellt werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungen
sind in den Unteransprüchen
3 bis 9 beschrieben.
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So
ist nach Anspruch 3 vorgesehen, dass die beschriebenen Einbuchtungen
in den Laufringen für die
Laufbahnen der Wälzlager
dreieckig ausgeformt sind, so dass sie im zusammengesetzten Zustand
einen im Querschnitt quadratischen Hohlraum und nach der Befüllung mit
quadratischen Rollenwälzkörpern ein
zweireihiges Kreuzrollenlager bilden. Kreuzrollenlager werden eingesetzt,
wenn größere Radialkräfte und
mittlere Axial- und Kippmomentbelastungen auftreten, geringes oder „Null" Lagerspiel und ein gleichmäßiger Drehwiderstand
gefordert werden.
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Nach
einem anderen weiteren Merkmal der Erfindung nach Anspruch 4 sollen
die Einbuchtungen für
die Rollbahnen im Querschnitt rechteckig ausgeschnitten sein, so
dass sie im zusammengesetzten Zustand einen im Querschnitt rechteckigen
und horizontal ausgerichteten Hohlraum aufweisen und nach der Befüllung mit
Rollenwälzkörpern ein
zweireihiges Axialrollenlager bilden. Axialrollenlager können insbesondere
dort eingesetzt werden, wo hohe Axialkräfte wirken.
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Nach
dem Anspruch 5 ist vorgesehen, die unterschiedlichen beschriebenen
Ausformungen der Rollbahnen zu kombinieren, so dass die Vorteile
der einzelnen Lagerbauformen in ihrer Kombination auf spezielle
Einsatzbereiche abgestimmt werden können und damit die erfindungsgemäße Drehverbindung
auf weitere Anwendungsbereiche speziell anzupassen.
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Gemäß Anspruch
6 ist die Ringscheibe als Rasterscheibe ausgeformt um die Drehverbindung mit
einer Raste feststellen zu können.
Dies hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße und vorteilhafte raumsparende
Bauart der Drehverbindung auch im Zusammenhang mit einer Rastenbremse
verwendet werden kann.
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Gemäß Anspruch
7 weist die Ringscheibe einen innen liegenden Zahnkranz auf, so
dass hier auf einfache und raumsparende Art ein Antriebsmoment über den
Zahnkranz auf die Drehverbindung wirken kann.
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Die
Ansprüche
8 und 9 zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen des Anspruchs 2 auf,
indem hier Materialen verwendet werden, die in ihren Eigenschaften
besonders gut als Ausgangsmaterial für die erfindungsgemäße Drehverbindung
eingesetzt werden können.
So kann bei Verwendung von Gusseisen der Sorte „GGG-50" fast gänzlich auf eine zusätzliche
Schmierung des Wälzlagers
verzichtet werden. Bei Stahl der Sorte „C45" handelt es sich um einen unlegierten
Werkzeugstahl, der besonders gute Bearbeitungseigenschaften aufweist
und damit die Herstellung der Laufringe erleichtert wird.
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Ausführungsbeispiel
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In
folgenden wird die Erfindung in nachstehenden Ausführungsbeispielen
anhand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 und 2 einen
Halbschnitt durch die beiden Laufringe der erfindungsgemäßen Drehverbindung;
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3 und 4 eine
mehr schematisierte Darstellung der Drehverbindung, in welchen weitere Formen
des Wälzlagers
dargestellt werden;
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5 einen
schematisierten Halbschnitt einer Drehverbindung, in welcher zwei
unterschiedliche Wälzlagerarten
kombiniert sind und
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6 eine
räumliche
Darstellung der erfindungsgemäßen Drehverbindung.
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Ausführliche
Beschreibung der Zeichnungen
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Die
in 1 gezeigte Wälzlager-Drehverbindung 1 besteht
aus dem äußeren Laufring 2 und
dem inneren Laufring 3, welcher aus den beiden Teilen Haltering 31 und
Tragring 32, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen 6a Laufkugeln
abwälzen
können.
Der Laufring 2 weist eine nach innen gerichtete Nase 21 auf,
in welcher sich zwei halbkreisförmige Einkerbungen 23 und 24 befinden.
Diesen gegenüber
liegen die Einkerbungen des Halterings 33 und des Tragrings 34 und
bilden somit die im Querschnitt kreisförmigen Laufbahnen 6a.
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Weiterhin
lässt sich
die Bohrung 11 für
die Schraubverbindung erkennen, welche die beiden Teilringe 31, 32 und
die Ringscheibe 4 zusammenhält. Die Ringscheibe 4 weist
im Bereich der Bohrung 11 eine Einkerbung 10 auf,
so dass der Kopf der Verbindungsschraube gänzlich versenkt werden kann. Die
Figur weist weiterhin eine erfindungsgemäße äußere Ausbuchtung 8 des äußeren Laufrings 2 auf,
die der Befestigung der Drehverbindung 1 an den weiteren
Bauteilen dient.
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2 zeigt
einen Halbschnitt durch eine Wälzlager-Drehverbindung 1 welche
wiederum zwei Laufringe 2 und 3 aufweist, wobei
der innere Laufring aus den beiden Teilen Haltering 31 und
Tragring 32 besteht, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen 6a Laufkugeln
abwälzen
können.
Der Laufring 2 weist eine nach innen gerichtete Nase 21 auf,
in welcher sich zwei halbkreisförmige
Einkerbungen 23 und 24 befinden. Diesen gegenüber liegen
die Einkerbungen 33, 34 des Halterings 31 und
des Tragrings 32 und bilden somit die im Querschnitt kreisförmigen Laufbahnen 6a.
Die Figur zeigt eine Verbindungsschraube 12 die die beiden
inneren Teilringe 31, 32 zusammenhält, sowie
eine Ringscheibe 4 welche wiederum ein Loch 43 zur
Aufnahme einer Raste aufweist. Erkennbar in dieser Darstellung ist
auch eine äußere Ausbuchtung 8 der
Drehverbindung 1, an welcher die weiteren Bauteile mit
der Drehverbindung 1 verschraubt werden. Weiterhin zeigt 2 dass
der obere Rand 44 der Ringscheibe 4 tiefer liegt,
als der obere Rand 25 des äußeren Laufrings 2 und
der untere Rand 35 des inneren Laufrings 3 über den
unteren Rand 26 des äußeren Laufrings 2 hinausragt.
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Der
in 3 und 4 gezeigte Schnitt durch eine
erfindungsgemäße Wälzlager-Drehverbindung 1 zeigt
einen äußeren Laufring 2 und
einen inneren Laufring 3, der aus den zwei Teilringen,
Haltering 31 und Tragring 32, zusammengesetzt
ist, zwischen denen auf zugehörigen
Laufbahnen 6b, 6c Laufrollen abwälzen können. Der
Laufring 2 weist eine nach innen gerichtete Nase 21 auf,
in welcher sich zwei Einkerbungen 23 und 24 befinden.
Diesen gegenüber
liegen die Einkerbungen 33, 34 des Halterings 31 und
des Tragrings 32 und bilden somit die Laufbahnen 6b, 6c.
Die Ringscheibe 4 weist in 3 ein Rasterloch 43 auf.
In 4 ist erkennbar die oben geweitete 13 Bohrung 14,
welche die Verbindungsschraube der Teilringe 31, 32 aufnehmen
soll. Es zeigt 3 die Ausbuchtung 8 mit
der innen liegenden Bohrung 81 zur Aufnahme einer Befestigungsschraube.
Dabei zeigt 3 ein zweireihiges Kreuzrollenlager 6b und 4 ein
zweireihiges Axialrollenlager 6c.
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5 zeigt
einen Halbschnitt einer Wälzlager-Drehverbindung 1 nach
den vorstehenden Figuren, welche ein Kombilager aus einem Axialrollenlager 6c und
einem Kugellager 6a aufweist.
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In 6 wird
eine dreidimensionale Ansicht einer zusammengesetzten Wälzlager-Drehverbindung 1 gezeigt,
wobei der äußere Laufring 2 und
der innere Laufring 3, auf welchen die Ringscheibe 4, hier
in der Ausgestaltung einer Rasterscheibe mit den Rastlöchern 43,
befestigt ist, jeweils Ausbuchtungen 8, 9 aufweisen,
in denen sich die Bohrungen 81 für die Befestigung der Drehverbindung 1 befinden.
Erkennbar sind auch die Bohrungen 10 für die Aufnahme der Verbindungsschrauben
für den
inneren Laufring 3 und der Ringscheibe 4.