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Drehverbindung
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Die Erfindung betrifft eine Drehverbindung, bestehend aus einem Innenring,
einem Außenring und zur Übertragung axialer und radialer Kraftkomponenten zwischen
dem Innenring und dem Außenring geeigneten Lagerelementen.
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Derartige Drehverbindungen werden bei Maschinen und Geräten verwendet,
bei denen schwere Konstruktionsteile relativ zueinander um eine Drehachse beliebiger
Lage im Raum gedrehet oder geschwenkt werden sollen. Der Schwerpunkt der zu drehenden
Konstruktionsteile liegt oft weit außerhalb der Drehachse. Um die dadurch hervorgerufenen
Kippmomente gut beherrschen zu können, weisen der Innenring und der Außenring einen
relativ großen Durchmesser auf. Der freie Querschnitt der beiden Ringe kann dabei
zur Energieübertragung und zum Materialtransport genutzt werden.
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Es sind Drehverbindungen bekannt, bei denen sich der Innenring an
seinem Rand über mindestens eine Wälzkörperanordnung gegen den Außenring abstützt.
Als Wälzkörper werden be den bekannten Drehverbindungen Kugeln oder Rollen verwendet.
Die bekannten Drehverbindungen haben im Hinblick auf die bei der Fertigung geforderte
hohe Präzision und im Hinblick auf die hohen Anforderungen an die Güte der verwendeten
Werkstoffe einen relativ hohen Ans-chaffungspreis. Die bekannten- flrehverbin-dungen
erfordern außerd-em eine häufige Schmierung, wobei eine
gleichmäßige
Fettverteilung bei niedrigen Schwenkgeschwindigkeiten und kleinen Schwenkwinkeln
ohnehin fraglich ist, insbesondere wenn die Schmierung von Hand erfolgt. Außerdem
sind die bekannten Drehverbindungen sehr schmutzempfindlich, d.h. daß bei starkem
Schmutzanfall aufwendige Labyrinthe erforderlich sind, die zusätzlich geschmiert
werden müssen. Die mit Rollen ausgerüsteten bekannten Drehverbindungen sind zudem
noch äußerst empfindlich gegen Verformungen der zu drehenden Teile, weil dadurch
die Gefahr gegeben ist, daß es zu einem Kantenlauf der Rollen und damit zu einer
Zerstörung der Laufflächen des Innen- und Außenrings kommt.
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Die gleiche Gefahr besteht im übrigen auch, wenn sich Befestigungsschrauben
der Drehverbindung lockern.
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Selbst unter günstigen Bedingungen muß bei den bekannten Drehverbindungen
nach Erreichen einer gewissen Gebrauchsdauer das gesamte Lager, also auch der aus
hochwertigem Stahl bestehende Innenring und die Außenringanordnung ausgewechselt
werden, was insbesondere bei großen Durchmessern einen erheblichen Aufwand bedeutet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehverbindung der
eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß der zum Betreiben erforderliche
Wartungsaufwand deutlich gesenkt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innenring
und der Außenring jeweils mit lösbar an ihnnn befestigten Lagei ementen versehen
ist, wobei die Lagerelemente an dem einen Ring als aus Stahl bestehende Gleitbahnen,
deren
Laufflächen eine Rockwell-C-Härte von mindestens 40 aufweisen, und an dem anderen
Ring als Gleitelemente aus einem Werkstoff mit - verglichen mit dem der Gleitbahnen
- geringer Härte ausgebildet sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Drehverbindung werden der Innen-und Außenring
also nicht mehr unmittelbar beansprucht. Sie erleiden deshalb keine punkt- oder
linienförmige, rollende Krafteinwirkung und unterliegen so keinem Verschleiß. Dadurch
genügt es, sowohl den Innen- wie den Außenring aus gewöhnlichem Baustahl herzustellen.
Selbst wenn bei der erfindungsgemäßen Drehverbindung im Laufe der Zeit eine ordnungsgemäße
Funktion nicht mehr gewährleistet sein sollte, genügt es, lediglich die Lagerelemente,
d.h. die Gleitbahnen und die Gleitelemente, auszuwechseln; der Innen- und Außenring
können weiter verwendet werden.
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In einfachster Weise können die Gleitbahnen aus oberflächengehärtetem
Stahl bestehen. Um die Drehverbindung nach der Erfindung gegen Korrosionseinflüsse
zu schützen, kann die Lauffläche der Gleitbahnen hartverchromt oder hartvernickelt
sein.
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Zweckmäßigerweise werden in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung
die Gleitelemente zumindest an ihrer zur Berührung mit der Gleitbahn bestimmten
Berührungsfläche mit einer Schicht aus Kunststoff versehen, wobei die Gleiteigenschaft
noch weiter verbessert werden kann, wenn ein Kunststoff mit einem eingelagerten
Gleitmittel verwendet wird.
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Um auch bei stärkerem Schmutzanfall zuverlässige Gleiteigenschaften
der Drehverbindung zu erreichen, ist vorgesehen, die Gleitelemente aus einer Kupfer-Zinn-Zink-Legierung
mit eingelagertem Trockenschmierstoff herzustellen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung - in der
die umlaufenden Kanten der Übersichtlichkeit teilweise weggelassen sind - dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 die erfindungsgemäße Drehverbindung in einem auszugsweisen
Querschnitt Fig. 2 den Außen- und den Innenring der Drehverbindung nach Fig. 1 ohne
Gleitelemente und ohne Gleitbahnen vor dem Zusamnenbau Fig. 3 der mit Gleitelementen
bestückte Außenring und der mit Gleitbahnen bestückte Innenring der Drehverbindung
nach Fig. 1 vor dem endgültigen Zusammenbau Fig. 4 die Befestigung der Gleitelemente
auf dem Außenring.
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Die Drehverbindung weist einen Innenring 1 und einen zweiteiligen
Außenring 2 auf. Der Innenring 1 ist z.B.
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durch Schrauben 3 an einer tragenden Konstruktion 4 befestigt. Der
Außenring 2 dient zrAufnahme der zu drehenden Konstruktion 5.
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Der Innenring 1 weist eine obere und untem Stirnfläche 6 bzw. 7 und
eine äußere zylindrische Umfangsfläche 8 auf. Alle drei Flächen 6, 7, 8 weisen eine
nutförmige Vertiefung 9 bzw. 10, 11 auf. In die drei nutförmigen Vertiefungen 9,
10, 11 ist jeweils eine Gleitbahn 12 bzw. 13, 14 eingelegt und mittels (nicht dargestellter)
versenkter Schrauben lösbar an den Innenring 1 befestigt. weiter Die Gleitbahnen
bestehen aus einzelnen (nicht/darcestellten) Segmenten, die im wesentlichen lückenlos
aneinanderstoßen.
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Der Außenring 2 besteht aus einem zylindrischen Mantelring 15 und
einem Flanschring 16. Der zylindrische Mantelring 15 weist eine innere Endfläche
17 und eine hohlzylindrische Fläche 18 auf. Der Flanschring 16 weist eine innere
Endfläche 19 auf. Beide Endflächen 17, 19 und die hohlzylindrische Fläche 18 besitzen
jeweils eine nutförmige Vertiefung 20, 21, 22. In jede dieser Vertiefungen sind
Gleitelemente 23, 24, 25 lösbar eingefügt. Die Gleitelemente 23 bis 25 weisen an
ihren Enden einen Absatz 26 auf. Die Gleitelemente 23 bis 25 werden durch im Querschnitt
T-förmige Klemmstücke 27, die jeweils einen Absatz 26 zweier Gleitelemente erfassen,
auf dem zylindrischen Mantelring 15 bzw. dem Flanschring 16 gehalten (vgl. Fig.
4). Bei einer rotationssymmetrischen Ausbildung des Klemmstücks 27 kann in vorteilhafter
Weise erreicht werden, daß die Berührungsfläche 28, 29, 30 der Gleitelemente 23,
24, 25 nicht auf der ganzen Breite unterbrochen werden muß.
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Im zusammengebauten Zustand liegen die Berührungsflächen 28 bis 30
der Gleitelemente 23 bis 25 auf den entsprechenden Laufflächen 31 32, 33 der Gleitbahnen
12 bis- 14-
(in Fig. 3 sind die entsprechenden gemeinsamen Berührungsebenen
durch strichpunktierte Linien angedeutet).
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Nach unten gerichtete axiale Kräfte und aus Kippmomenten herrührende
nach unten gerichtete Kraftkomponenten werden über die in der inneren Endfläche
17 des zylindrischen Mantelrings 15 angeordneten Gleitelemente 23 auf die in der
oberen Stirnfläche 6 des Innenrings 1 angeordneten Gleitbahn 12 übertragen. Radiale
Kräfte werden über die in der hohlzylindrischen Fläche 18 des zylindrischen Mantelrings
15 angeordneten Gleitelemente 24 auf die in der Umfangsfläche 8 des Innenrings 1
angeordnete Gleitbahn 14 übertragen. Nach oben gerichtete axiale Kräfte und aus
Kippmomenten herrührende nach oben gerichtete Kraftkomponenten werden über die in
der inneren Endfläche 19 des Flanschringes 16 angeordneten Gleitelemente 25 auf
die in der unteren Stirnfläche 7 des Innenrings 1 angeordnete Gleitbahn 13 übertragen.
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Zum Schutz gegen Schmutzanfall sind im Innenring 1 und im zylindrischen
Mantelring 15 jeweils gegen den anderen Ring gerichtete Dichtringe 34, 35 vorgesehen.
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Für die Beschaffenheit der Gleitbahnen 12 bis 14 und der Gleitelemente
23 bis 25 sind drei Werkstoffkombinationen besonders geeignet, wobei die Gleitbahnen
12 bis 14 an ihren Laufflächen 31 bis 33 in jedem Fall eine Rockwell-C-Härte von
mindestens 40 aufweisen.
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Bei der ersten Werkstoffkombination bestehen die Gleitelemente 23
bis 25 aus einem aus g-Caprolactam gegossenen, mit einem Gleitmittel angereicherten
hochmolekularen Polyamid (PA 6 G). As Gleitmittel kann im vorliegenden Fall ein
Hochdrucköl verwendet werden. Die Gleitbahnen 12 bis 14 bestehen aus oberflächengehärtetem
Stahl mit einer Härte von vorzugsweise HRC > 56. In Abwandlung der beschriebenen
Werkstoffkombination ist es auch möglich, die Gleitbahnen 12 bis 14 mit hartverchromten
oder hartvernickelten Lauf flächen 31 bis 33 al versehen. Diese Oberflächengestaltung
ist nicht nur für Einsatzfälle mit Korrosionsgefahr besonders geeignet, sie erlaubt
auch einen preiswerteren Stahl als Trägerwerkstoff für die Gleitbahnen zu verwenden.
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Zur Verbesserung der Einlaufverhältnisse ist vorgesehen, der Drehverbindung
vor der Inbetriebnahme einmalig ein Schmiermittel zuzugeben. Im Falle, daß das Polyamid
mit Hochdrucköl angereichert ist, eignet sich als Schmiermittel insbesondere Siliconfett.
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Bei der zweiten Werkstoffkombination bestehen die Gleitelemente 23
bis 25 aus der Xupfer-Zinn-Zink-Legierung G- oder GC-CuSn7ZnPb (Werkstoff-Nr. nach
DIN 1705: 2.1090.01 bzw. .04) mit eingelagertem Trockenschmierstoff, wie z. B. Graphit.
Die Gleitbahnen 12 bis 14 bestehen aus oberflächengehärtetem Stahl mit einer Härte
von HRC > 40.
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Vorzugsweise können die Laufflächen 31 bzw. 32, 33 hartvernickelt
sein. Es ist vorteilhaft, der Drehverbindung handelsübliches Fett ohne Festschmierstoffe
zuzugeben.
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Bei der dritten Werkstoffkombination bestehen die Gleitelemente 23,
24, 25 aus gewöhnlichem Baustahl.
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An ihren Berührungsflächen 28, 29, 30 weisen die Gleitelemente eine
Polytetrafluoräthylen-Schicht (PFTE) auf. Die Gleitbahnen 12 bis 14 bestehen aus
oberflächengehärtetem Stahl mit einer Härte von HRC > 50. Es ist vorgesehen,
der Drehverbindung handelsübliches Fett ohne Festschmierstoffe zuzugeben. Die Laufflächen
31 bis 33 der Gleitbahnen 12 bis 14 können auch hier wieder hartverchromt oder hartvernickelt
sein.
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Die Drehverbindung ist in der Zeichnung in waagerechter Lage dargestellt.
Die Bezeichnngen "oben" und unten beziehen sich auf die dargestellte Lage. Bei anderen
Einbaulagen der Drehverbindung gelten entsprechend andere Bezeichnungen.
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