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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein schwenkbewegliches Wälzlager zur
Aufnahme radialer und axialer Kräfte mit zwei ineinander liegenden, relativ zueinander
drehbaren Lagerringen, die mindestens zwei Kugelreihen zwischen Kugelbahnen einschließen,
von denen jeweils eine konzentrisch sphärisch ausgebildet ist.
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Als schwenkbewegliche Wälzlager, die radial und in beiden Richtungen
axial belastbar sind, stellt der Stand der Technik lediglich zweireihige Pendelkugellager
bzw. -rollenlager zur Verfügung, die den Nachteil geringer axialer Belastbarkeit
haben, weil mit Rücksicht auf die Baulänge der mittlere Neigungswinkel der Kugelbahnen
gegenüber der Axialrichtung gering ist.
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Wenn sowohl hohe axiale Belastbarkeit als auch Schwenkbeweglichkeit
verlangt werden, ist man deshalb darauf angewiesen, axial hoch belastbare, nicht
schwenkbewegliche Wälzlager zu kombinieren mit einer außerhalb des eigentlichen
Lagers vorgesehenen, die Schwenkbeweglichkeit gewährleistenden Konstruktion. Dies
ist raumaufwendig.
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Außerdem ist die Drehzahl von Axiallagern begrenzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schwenkbewegliches Wälzlager
der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei geringem Platzbedarf die Aufnahme
beträchtlicher Axialkräfte gestattet und drehzahlunempfindlich ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß mindestens eine sphärische
Kugelbahn an einer Ringschale gebildet ist, die von dem einen Lagerring vorragt
zwischen zwei an dem anderen Ring einander gegenüberliegend vorgesehene Kugelbahnen.
Vorzugsweise sind beide sphärischen Kugelbahnen auf den voneinander abgewendeten,
einerseits konvexen und andererseits konkaven Seiten der als Kugelschalenring ausgebildeten
Ringschale vorgesehen.
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Diese Lösung gestattet die Ausführung der sphärischen Kugelbahnen
mit beliebiger Neigung gegenüber der Achsrichtung und daher auch mit beliebigem
Aufnahmevermögen für Axialkräfte bei gleichzeitig geringem Axialabstand der entgegengesetzt
wirkenden Kugelreihen. Die Zahl und Größe der auf jeder Seite des Kugelschalenrings
vorgesehenen Kugelreihen kann je nach der Größe der in beiden Richtungen aufzunehmenden
axialen Kräfte beliebig gewählt werden. Wenn in beiden Richtungen gleich große Kräfte
aufzunehmen sind, kann zum Ausgleich des geringeren Kraftaufnahmevermögens der konvexen
Kugelschalenfläche auf deren Seite eine größere Zahl von Kugelreihen oder Kugeln
mit größerem Durchmesser als auf der konkaven Seite vorgesehen sein.
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Zweckmäßigerweise werden die Kugelbahnen derart als Dreipunktkugellager
ausgebildet, daß sich die Verbindungslinie der beiden Kugelberührungspunkte an der
jeweils nicht sphärischen Kugelbahn und die Tangente im Kugelberührungspunkt an
der sphärischen Kugelbahn bei koaxialer Lagerstellung in der Drehachse des Lagers
schneiden.
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Dies ist mit dem Ziel idealer Abrollbedingungen an sich bekannt.
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Wenn überwiegend radiale Kräfte aufzunehmen sind, kann es zweckmäßig
sein, nahe der Radialebene durch den Schwenkmittelpunkt ein zusätzliches Rollenlager
zur Aufnahme radialer Kräfte vorzusehen. Wenn das zusätzliche Rollenlager genau
in der Schwenkmittelpunktebene angeordnet ist, übernimmt es rechnerisch die gesamte
Radialkraft. Wenn man es ein wenig jenseits der Schwenkmittelpunktebene anordnet,
entfällt auf die Kugellager und das zusätzliche Rollenlager jeweils ein umgekehrt
dem Abstand von der Schwenkmittelpunktebene entsprechender Anteil der Radialkraft.
Die Anordnung des Rollenlagers vorzugsweise in oder wenigstens sehr nahe der Schwenkmittelpunktebene
bewirkt, daß bei Schwenkung der Lagerachsen keine oder nur geringfügige radiale
Verschiebungen auftreten, so daß man dort ggf.
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mit einem Zylinderrollenlager auskommt, wobei dessen innere Wälzbahn
ggf. entsprechend kugelig ausgeführt werden kann. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet
des erfindungsgemäßen Wälzlagers sind Rohrgelenke. Dabei wird die Dichtung des Rohrgelenks
zweckmäßigerweise nahe, insbesondere in der Radialebene durch den Schwenkmittelpunkt
angeordnet. Das hat den Vorteil, daß keine oder nur geringe Radialbewegungen im
Falle einer Achsschwenkung des Lagers von der Dichtung aufzunehmen sind.
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Ferner hat dies den Vorteil, daß die Dichtung mit minimalem Durchmesser
ausgeführt werden kann und daher die vom Lager aufzunehmenden, vom Innendruck herrührenden
Axialkräfte ebenfalls den geringstmöglichen Wert haben.
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Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung
erläutert, die vorteilhafte Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Darin zeigen:
Fig. 1-3 unterschiedliche Wälzlagerausführungen und Fig. 4 ein Rohrgelenk, jeweils
im Längsschnitt.
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Die Wälzlager gemäß Fig. 1-3 weisen jeweils einen Innenring 1 und
einen aus zwei Teilen 2 und 3 bestehenden Außenring auf. Der Innenring weist eine
nach außen schräg vorragende Ringschale 4 auf, die zwischen die Kugelreihen 5 bzw.
6 ragt und auf ihren einander abgewandten Seiten jeweils eine Laufbahn dafür bildet,
während die anderen Laufbahnen am Ring 2, 3 angeordnet sind. Die Anordnung könnte
auch umgekehrt so getroffen sein, daß die Ringschale am Außenring angeordnet ist
und zwischen die Kugellaufbahnen des Innenrings ragt.
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Gemäß Fig. 1 sind die konvexe Fläche 10 und die konkave Fläche 11
des Kugelschalenrings 4 konzentrisch zu dem Schwenkmittelpunkt 12 ausgebildet. Die
Fläche 11 ist Kagelbahn für eine Kugelreihe 6, während die Fläche 10 Kugelbahn für
zwei Kugelreihen 5a und Sb ist.
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Dadurch wird die geringere Belastbarkeit der konvexen Fläche 10 ausgeglichen
und ggf. eine höhere Belastbarkeit des Lagers durch in Pfeilrichtung 13 auf den
Innenring wirkende Kräfte geschaffen. Auf seiten des Außenrings 2 werden die Kugelbahnen
durch zylindrische Flächen 14, 15 und radiale Flächen 16, 17 gebildet, wobei -1ie
Verbindunqslinien der Kugelberührungspunkte
mit den Flächen 14 -
17 einerseits und die Tangenten in den Kugelberührungspunkten an der sphärischen
Fläche 10 andererseits sich in den Punkten 18, 19 der Mittellinie schneiden, wenn
die beiden Lagerringe koaxial zueinander stehen. Die der sphärischen Fläche 11 gegenüberliegende
Kugelbahn für die Kugelreihe 6 wird an dem Teil 3 des äußeren Lagerrings durch einen
im Querschnitt hakenförmigen Fortsatz 20 an Flächen 21, 22 gebildet, für die ebenfalls
die Bedingung gilt, daß die Verbindungslinie der Kugelberührungspunkte an diesen
Flächen sich mit der Tangente des Kugelberührungspunktes an der sphärischen Fläche
11 sich in der Drehachse schneiden, nämlich in Punkt 23. - Man erkennt, daß das
Lager dank der verhältnismäßig starken Neigung der sphärischen Flächen gegenüber
der Drehachse zur Aufnahme hoher axialer Kräfte in der Lage ist, obwohl die Baulänge
gering ist. Man erkennt ferner, daß das Verhältnis der radialen und axialen Belastbarkeit
des Lagers durch Veränderung dieser Neigung beliebig nach den Forderungen des Einzelfalls
veränderbar ist.
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Die Ausführung gemäß Fig. 2 gl cht, soweit nicht anders beschrieben,
derjenigen von Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die innere Kugelbahn für die Kugelreihe
5 an dem Innenring 1 durch die Flächen 24, 25 eindeutig bestimmt ist, während die
zugehörige Kugelbahn 26 am Außenring 2 sphärisch ausgebildet ist, und zwar konzentrisch
zu dem Schwenkmittelpunkt 12.
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Die Lagerausführung gemäß Fig. 3 gleicht derjenigen gemäß Fig. 1 mit
folgenden Ausnahmen. Es ist nur eine
Kugelreihe 5 vorgesehen. Wichtig
ist vor allem, daß in der Ebene 27 des Schwenkmittelpunkts 12 ein Zylinderrollenlager
28 vorgesehen ist, dessen innere Wälzbahn 29 sphärisch um den Schwenkmittelpunkt
12 ausgebildet ist. Dieses Rollenlager übernimmt die volle Radialkraft bei koaxialer
Lagereinstellung, während die Kugellager 5, 6 die Axialkraft und ggf.
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bei Fluchtabweichungen einen kleinen Anteil der Radialkraft übernehmen.
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Das Rohrgelenk gemäß Fig. 4 ist zwischen den Flanschen 30, 31 der
Rohre 32, 33 angeordnet. Es enthält einen mittels Schraubflansch 34 mit dem Flansch
30 verbindbaren Stutzen 35, von welchem zum Zusammenwirken mit den Kugelreihen 5,
6 der Kugelschalenring 4 starr verbunden ausgeht. Konzentrisch zu dem Kugelschalenring
4 in bezug auf den Schwenkmittelpunkt 12 ist das Ende des Stutzens 35 mit einer
sphärischen Dichtfläche 36 versehen, mit der eine Dichtung 37 zusammenwirkt, die
beliebiger Bauart ist und daher im vorliegenden Zusammenhang keiner weiteren Erläuterung
bedarf. Sie ist in einem Ringraum gehalten, der von dem Flanschteil 38 gebildet
wird, der mit dem Flansch 31 dicht und fest verbunden ist. An den Flanschteil 38
ist mittels der Mutter 39 ein Lagerring 40 angesetzt, dessen Funktion in bezug auf
die Kugelreihe 5 dem äußeren Lagerring 2 der oben erläuterten Wälzlageranordnungen
entspricht.
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Ferner ist ein im Querschnitt hakenförmiger Ring 41 fest mit dem Flanschteil
38 verbunden, der die Funktion des äußeren Lagerringteils 3 der oben erläuterten
rNälzlageranordnungen übernimmt. Der Lagerringteil 40 besitzt
eine
in bezug auf den Schwenkmittelpunkt 12 sphärische Außenfläche 42, die mit einer
beliebig ausgebildeten, von dem Gewindering 34 gehaltenen Dichtung 43 zum Schutz
des Kugellagers vor äußeren Einflüssen zusammenwirkt.
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Wie keiner weiteren Erläuterung bedarf, gleicht die Funktionsweise
der Lagerteile des Rohrgelenks derjenigen der oben beschriebenen Wälzlageranordnungen.
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Bei einer Verschwenkung des Rohrgelenks verschiebt sich die sphärische
Dichtfläche 36 gegenüber der in dem Flanschteil 38 gehaltenen Dichtung 37 auf einer
Kugelbahn um den Schwenkmittelpunkt 12, d.h. ohne radiale Bewegung. Es können daher
solche Dichtungsbauarten verwendet werden, die gegenüber radialer Bewegung empfindlich
sind. Ferner hat die Anordnung den Vorteil, daß im Gegensatz zu solchen Kugelrohrgelenken,
bei denen eine sphärische Lagerfläche gleichzeitig Dichtungsfläche ist, der Dichtdurchmesser
extrem klein ist. Dadurch lassen sich die Dichtungsverhältnisse leichter beherrschen
und es können in vielen Fällen weniger aufwendige Dichtungen gewählt werden. Aufgrund
des kleinen Dichtungsdurchmessers sind auch die vom Innendruck herrührenden Axialkräfte,
die von dem Lager aufgenommen werden müssen, gering. Schließlich hat das Lager den
Vorteil, daß sämtliche Verschleißteile leicht auswechselbar sind, ohne daß es langwieriger
Wartungs- oder Wiederherstellungsarbeiten (beispielsweise Einschleifen) bedarf.
Die axiale Baulänge des Rohrgelenks ist gering.
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Ggf. kann mindestens eine der in dem Rohrgelenk vorgesehenen Kugelreihen
auch durch ein Gleitlager ersetzt werden, das mit einer sphärischen Fläche lo, 11
der Ringschale 4 zusammenwirkt.