DE2822410B2

DE2822410B2 - Flexibles Kugelgelenk

Info

Publication number: DE2822410B2
Application number: DE2822410A
Authority: DE
Inventors: Stephen N. Torrance Affa; Roy E. Granada Hills Yorke
Original assignee: General Connectors Corp
Current assignee: Meggitt Simi Valley Inc
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1978-05-23
Publication date: 1980-05-22
Also published as: DE2822410A1; JPS5473318A; GB1603914A; US4165107A; FR2409442A1; DE2822410C3; JPS611795U; FR2409442B1; JPS6216547Y2

Description

Die Erfindung geht aus von einem flexiblen Kugelgelenk zur Verwendung für Heißgasleitungen, insbesondere bei Flugtriebwerken, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei derartigen bekannten flexiblen Kugelgelenken (US-PS 28 40 394) wird zwischen den Lagerschalen ein Graphitring zur Herabsetzung der Lagerreibung und des Verschleißes verwendet. Dieser Graphitring ist jedoch für solche Einsatzzwecke nicht tauglich, wo hohe Betriebstemperaturen auftreten. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß sich der Reibungskoeffizient des Graphitringes mit wachsender Temperatur erhöht.

Weiterhin ist eine Kugelgelenkverbindung für Rohre aus elastischem Kunststoff bekannt (DE-PS 12 34 104) bei dem an der Außenseite der inneren Lagerschale nicht umlaufende Ansätze in Form von Noppen oder achsparallelen Rippen vorgesehen sind, die an der Innenseite der äußeren Lagerschale anliegen. Die innere Lagerschale ist dabei im wesentlichen zylindrisch ausgebildet Die beschriebene Gestaltung erleichtert das Entformen und verringert den Materialaufwand. Außerdem wird auch die Reibung zwischen beiden Lagerschaien verringert Kunststoff eignet sich jedoch nicht für Gelenkverbindungen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind.

Es ist unter dem Warenzeichen »Purebon« auch ein Carbon-Graphit-Material bekannt, welches einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten über große Temperaturbereiche hat, wobei dieser Reibungskoeffizient die Tendenz hat mit zunehmender Temperatur, z. B. bis zum Schmelzpunkt von Stahl, abzunehmen. Purebon hat auch ausgezeichnete selbstschmierende Eigenschaften. Obwohl Purebon auch maschinell bearbeitet werden kann, können durch diese maschinelle Bearbeitung die Verschleißeigenschaften beeinträchtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Kugelgelenk zur Verwendung für Heißgasleitungen, insbesondere bei Fiugtriebwerken, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, das hohen Betriebstemperaturen standhält, weitgehend verschleißfrei ist und es gestattet den reibungsarmen Werkstoff in einer billigen, leicht herstellbaren Form zu verwenden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Einsatzstücke sind ieicht zu fertigen und wegen des geringen Materialverbrauches auch billiger als ein kompletter Lagerring. Da die Einsatzstücke in großen Stückzahlen benötigt werden, können sie durch diesen von Purebon billig hergestellt werden. Der zusätzlich erforderliche Stützring verursacht keine Gewichtserhöhung, da dieser Stützring seinerseits die Lagerschale versteift, wodurch diese leichter ausgestaltet werden kann. Der Werkstoff Purebon hat auch bei hohen Temperaturen bis zur Schmelztemperatur von Stahl ausgezeichnete selbstschmierende Eigenschaften und unterliegt dabei einem geringen Verschleiß, so daß das erfindungsgemäße Kugelgelenk eine hohe Lebensdauer bei großer Betriebssicherheit aufweist. Auch hält Purebon ohne weiteres hohen Betriebstemperaturen bis zur Schmelztemperatur von Stahl stand.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Es rteigt

F i g. I eine Seitenansicht des Kugelgelenkes teilweise im Längsschnitt

Fig.2 eine Seitenansicht der äußeren Lagerschale teilweise im Längsschnitt

F i g. 3 eine Ansicht des Stützringes mit den Einsätzen in Richtung III der F i g. 2

F i g. 4 einen Teilquerschnitt nach der Linie IV-IV dar « Fig. 1

Fig.5 einen Querschniit nach der Linie V-V der Fig. 3.

F i g. 1 zeigt ein erstes Leitungsteil 10, das durch beliebige geeignete Mittel mit einem flexiblen Kugelgelenk verbunden ist, das insgesamt mit 12 bezeichnet ist. Das Kugelgelenk wird durch zwei Teile gebildet. Der eine Teil bildet einen äußeren Schutzmantel 14. Dieser Mantel wird aus Gründen der Wirtschaftlichkeit durch zwei Abschnitte gebildet. Der eine Abschnitt ist eine erste sphärische Lagerschale 16, die eine konkave sphärische Kontaktfläche 17 aufweist. Die sphärische Lagerschab 16 muß mit einem hohen Genauigkeitsgrad hergestellt werden, damit das Kugelgelenk weich u>

ohne wesentliche Reibung arbeitet Diese Ausbildung ist teuer und Einsparungen in den Herstellungskosten werden in diesem Falle dadurch erzielt, daß der restliche Abschnitt 22 nicht als Lagerschale wirkt und nur als Abschirmung zum Schutz des Balges gegen Stöße oder Schläge dienen soll. Einbeulungen im Abschnitt 22 haben daher keine Wirkung auf die Arbeitsweise des Kugelgelenks, so daß es billiger hergestellt werden kann. Der Abschnitt 22 ist mit der sphärischen Lagerschale 16 durch Verschweißen bei 18 oder 20 oder durch andere geeignete Mittel verbunden. Bei dieser Anordnung kann, wenn infolge Beschädigung oder Verschleiß die Lagerschale 16 ausgewechselt werden muß, die beschädigte oder abgenutzte sphärische Lagerschale 16, von dem Abschnitt 22 getrennt und an ihre Stelle eine neue Lagerschale 16 eingesetzt werden.

Der übrige Teil des Abschnittes 22 ist abgestuft pusgebildet, um ein im wesentlichen zylindrisches Einbauteil 24 zu erhalten. Ferner ist ein flexibler Balg 28 aus einem undurchlässigen Material, beispielsweise aus dünnem Blech, vorgesehen. Das eine Ende 26 des Balges 28 ist durch geeignete Mittel, beispielsweise durch Verschweißen, an der Innenfläche des Einbauteils 24 befestigt, wie F i g. 1 zeigt. Das entgegengesetzte Ende 30 des Balges 28 ist durch geeignete Mittel an der Innenfläche eines axial versetzten Einbauteils 32 befestigt. Dieses Einbauteil 32 ist abgestuft um ein zylindrisches Verbindungsteil 34 zu bilden, das zur Verbindung mit einem zweiten Leistungsteil 10' bestimmt ist.

Eine zweite sphärische Lagerschale 36, an der ein zylindrisches Einbauteil 37 angebracht ist, ist an dem zylindrischen Verbindur.gsteil 34 starr befestigt und weist eine konvexe Kontaktfläche 19 auf, die als die Kugel des Kugelgelenks 12 dient. Diese zweite Lagerschale 36 ist zur ersten Lagerschale 16 konzentrisch und in einem engen radialen Abstand nach innen zu dieser angeordnet.

An der Kontaktfläche 17 der ersten Lagerschale 16 ist ein dünnwandiger Stützring 38 durch Verschweißen oder andere geeignete Mittel befestigt, wie F i g. 2 zeigt. Dieser Stützring 38 ist mit im wesentlichen kreisförmigen Löchern 40 versehen, die über die Fläche des Ringes in im wesentlichen gleichen Winkelabständen verteilt angeordnet sind, wie es in F i g. 3 und 5 dargestellt ist. In diese Löcher 40 sind Einsatzstücke 42 aus Purebon (eingetragenes Warenzeichen) eingesetzt, in weichen Löchern sie durch beliebige geeignete Mittel gehalten werden. Nach dem Zusammenbau sind diese Einsätze 42 so angeordnet, daß sie gegen die Kontaktfläche 19 der zweiten Lagerschale 36 anliegen. Diese Anordnung verhindert einen direkten Kontakt zwischen beide Lagerschalen 16,36, wobei die Purebon-Einsätze 42 als das Schmiermittel dienen, welches ein freies Abwinkein des Kugelgelenks über einen weiten Temperaturbereich ermöglicht.

Die Kontaktfläche 19 der Lagerschale 36 ist sphärisch, während die Purebon-Einsätze 42 in ihrer Form zylindrisch sind (etwa 3,2 mm im Durchmesser und etwa 1,6 mm in der Dicke). Bei dieser Anordnung liegen die flachen kreisförmigen Enden dieser Einsätze -r* gCgC

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der geringen Größe der Einsätze die Unterschiede in der Form zwischen der ebenen Fläche des Einsatzes 42 und der sphärischen Kontaktfläche 19 rasch unwesentlich, da der Verschleiß an den kleinen Einsätzen zur Folge hat, daß ihre ebenen kreisförmigen Enden im wesentlichen sphärisch werden, so daß sie einen besseren Sitz an der sphärischen Kontaktfläche 19 der Lagerschale 36 haben. Hierdurch wird der Reibungswiderstand des Kugelgelenks innerhalb kurzer Zeit

]') weiter herabgesetzt. Die zylindrische Form der Purebon-Einsätze 42 ist besonders vorteilhaft, da es vergleichsweise einfach und billig ist, kleine zylindrische Purebon-Einsätze zu formen, während größere und kompliziertere Formen aus Purebon in der Herstellung viel teurer werden wurden. Ferner können im Falle der Abnutzung die Purebon-Einsätze leicht ersetzt werden, da hierzu der Stützring 38 mit den abgenutzten Purebon-Einsätzen 42 nur aus der Lagerschale 16 entfernt und ausgewechselt zu werden braucht.

Die Purebon-Einsätze 42 werden in den Löchern 40 des Stützringes 38 teilweise durch Preßpassung gehalten und auch dadurch, daß die Einsätze 42 zwischen den Lagerschalen 16 und 36 unter Druck stehen. Die Flexibilität des Balges 28 könnte jedoch eine relative axiab Bewegung zwischen den Lagerschalen 16 und 36 ermöglichen, die durch eine rasche Beschleunigung oder Verzögerung des Flugzeugs verursacht werden können. Diese relative axiale Bewegung kann die Trennung zwischen beiden Lagerschalen 16, 36

ω verstärken, se daß die Purebon-Einsätze unter Umständen aus dem Stützring 38 herausfallen können.

Damit dies nicht geschieht, ist eine kombinierte sphärische Schutz- und Anschlagschale 44 vorgesehen. Diese Anschlagschale 44 weist ein zylindrisches Einbauteil 45 und ein sphärisches Teil 46 auf. Das Einbauteil 45 ist auf dem zylindrischen Einbauteil 34 durch Verschweißen oder andere geeignete Mitte! starr befesiigt. Der sphärische Teii 46 der Anschiagschaie 44 ist zur Außenfläche der ersten Lagerschale 16 konzentrisch und hat von dieser einen geringen Abstand bzw. liegt an dieser an, siehe Fig. 1. Infolgedessen würde, da die Anschlagschale 44 an dem Leitungsteil 10' und an der zweiten Lagerschale 36 starr befestigt ist, eine relative Axialbewegung zwischen beiden Lagerschalen 16, 36 in einer Richtung, die den Abstand zwischen ihnen vergrößern würde, den sphärischen Teil 46 gegen die Außenfläche der ersten Lagerschale 16 drücken, wodurch die axiale Bewegung zum Stillstand kommt. Auf diese Weise werden die Purebon-Einsätze 42 im Stützring 38 sicher gehalten.

Wegen des Gewichts und der Flexibilität muß der Balg 28 so dünn wie möglich sein, weshalb der Balg 28 auch geschützt innerhalb der Lagerschalen 16, 36 angeordnet ist, wie F i g. 1 zeigt. Hochtemperaturgase, die durch die Leitungsteile 10 und 10' strömen, können jedoch eine Beschädigung des Balges verursachen, so daß innerhalb des Luftfahrzeugs heiße Gase frei werden würden. Dies kann ohne Erhöhung der Wandstärke des Balges 28 und damit ohne Erhöhung des Gewichtes und ohne Verringerung der Flexibilität des Kugelgelenks durch Abkühlung des Balges verhindert werden. Für

ungleichen Formen sind diese Einsätze 42 ausreichend klein, so daß der Reibungswiderstand, der durch den Flächenkontakt zwischen den Purebon-Einsätzen 42 und der Kontaktfläche der Lagerschale 36 verursacht wird, ausreichend niedrig ist und daher das Kugelgelenk frei abgewinkelt werden kann. Ferner werden wegen wciucii LjüiiuiigSui iliuiigcii 48 aiii Räiiu

50 des sphärischen Teils 46 der Anschlagschale 44 vorgesehen, wie F i g. 4 zeigt. Außerdem sind Lüftungsöffnungen 52 in dem Abschnitt 22 der ersten Lagerschale 16 vorgesehen. Es kann daher ein Kühlluftstrom längs dem LeiUmgsteil 10' durch die öffnungen 48 der Anschlagschale 44 und über die

Oberfläche des Balges 28 geleitet werden. Im Abschnitt 22 kann die erwärmte Luft durch die öffnungen 52 austreten, um eine kontinuierliche Luftströmung über den Balg 28 zu erhalten. Bei der beschriebenen Anordnung kann der Balg leicht und flexibel gemacht werden und dennoch Hochtemperaturgasen ohne Beschädigung standhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flexibles Kugelgelenk zur Verwendung für Heißgasleitungen, insbesondere bei Flugtriebwerken, mit einer ersten dünnwandigen sphärischen Lagerschale, die mit einem ersten Leitungsteil zu verbinden ist, mit einer zweiten dünnwandigen sphärischen Lagerschale, die mit einem zweiten Leitungsteil zu verbinden ist und innerhalb der ersten Lagerschale eingreift, wobei zwischen beiden Lagerschalen ein reibungsarmes Element eingreift zwecks Herabsetzung der Lagerreibung bei Winkelbewegungen, und mit einem die beiden Lagerschalen verbindenden dünnwandigen flexiblen Baig zur Abdichtung des Kugelgelenks, dadurch gekennzeichnet, daß ein dünnwandiger Stützring (38) mit sphärischer Außen- und Innenfläche an die Kontaktfläche (17) einer der Lagerschaien (16) befestigt ist, und daß in diesem Stützring eine Vielzahl von Einsatzstücken (42) über dessen Umfang verteilt sind, welche Einsatzstücke mit einer Oberfläche gegen die Kontaktfläche (19) der anderen Lagerschale (36) anliegen und sie aus einem reibungsarmen, selbstschmierenden Werkstoff, nämlich Purebon (eingetragenes Warenzeichen) bestehen, dessen Reibungskoeffizient über einen Temperaturbereich bis zur Schmelztemperatur von Stahl zumindest nicht zunimmt.

2. Kugelgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzstücke (42) zylindrische Form aufweisen und im Vergleich zu den genannten Kontaktflächen (17, 19) eine kleine Anlagefläche haben.

3. Kugelgelenk nach Anspruch 1 oder 3, mit einer mit der einen Lagerschale verbundenen sphärischen Anschlagschale zum Angriff an der anderen Lagerschale auf deren freier Oberfläche zwecks Verhinderns eines axialen Auseinanderbewegens der beiden Lagerschalen, dadurch gekennzeichnet, daß der die beiden Lagerschalen (16,36) verbindende dünnwandige flexible Balg (28) geschützt innerhalb der beiden Lagerschalen und der Anschlagschale (44) liegt, und daß Lüftungsöffnungen (48, 52) in der Anschlagschale (44) und der Lagerschale (16) eine Lüftungsverbindung mit den Einsatzstücken (42) und mit der Außenseite des Balgs (28) herstellen.