DE69929554T2

DE69929554T2 - Lagervorrichtung mit sphärischen Lagerflächen

Info

Publication number: DE69929554T2
Application number: DE69929554T
Authority: DE
Inventors: Bernard Northbrook Harris; Dennis E. Downers Grove Bozych; Jeffrey R. Lisle Scholbe
Original assignee: Rexnord LLC
Current assignee: Zurn LLC
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: EP0962676B1; JP2000009137A; DE69929554D1; EP0962676A3; US6004037A; EP0962676A2; ATE316620T1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein, aber nicht ausschließlich, auf zusammengesetzte Gelenklager und auf einen verbesserten zusammengesetzten Kugel- und Buchsengelenklageraufbau, wie er durch die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 definiert und aus DE-A-2915088 bekannt ist.
Bezugnahmen auf eine Oberfläche von sphärischer Form hierin sind dahingehend zu verstehen, dass diese sich auf Oberflächen beziehen, welche die Form eines Teils einer Kugel aufweisen.
Aus FR-1053655 ist ein Lageraufbau bekannt, umfassend einen äußeren, nicht rotierenden Unteraufbau, der ein äußeres Gehäuse mit einer zylindrischen Bohrung enthält, und ein äußeres Lager, das eine äußere zylindrische Oberfläche enthält, die in die zylindrische Bohrung des äußeren Gehäuses eingreift, und eine Bohrung, die durch eine sphärisch nach innen weisende Oberfläche begrenzt ist, und einen inneren beweglichen Unteraufbau, der ein inneres Lager mit einer Außenoberfläche enthält, die durch eine sphärisch nach außen weisende Lageroberfläche begrenzt ist, die in die nach innen weisende Lageroberfläche des äußeren Lagers eingreift, und eine zylindrische Innenbohrung. Das äußere Lager kann einen inneren Teil aufweisen, der aus einem die Reibung reduzierenden Material hergestellt ist, welches vorzugsweise zwischen dem inneren und dem äußeren Lager nach dem Zusammensetzen derselben gegossen wird.
Ein Lageraufbau gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Innenbohrung zur Aufnahme eines beweglichen Elements geeignet ist und dass das äußere Lager einen äußeren Teil enthält, der aus einer Filamentumschlungenen Glasfaser- und Epoxyharzmatrix hergestellt ist, und einen inneren Lagerteil, der aus gewebtem PTFE-Textil hergestellt ist.
Der innere bewegliche Unteraufbau kann ein zur Rotation fähiger Unteraufbau sein, welcher eine Hülse umfasst, die eine zylindrische Außenoberfläche enthält, die in der Innenbohrung des inneren Lagers aufgenommen ist, und eine Innenbohrung, die zur Aufnahme eines rotierenden Elements geeignet ist, welche an derselben zur gemeinsamen Rotation mit dieser zu befestigen ist.
Weitere Details der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Aus DE-2915088 ist eine andere Art eines Lageraufbaus bekannt, gebildet durch einen Teil eines Kardangelenks und einen inneren, nicht drehenden Unteraufbau und einen äußeren Aufbau umfasst, welcher relativ zu dem inneren Unteraufbau rotieren kann. Der äußere Unteraufbau umfasst ein äußeres Lager mit einem inneren Teil, welches aus einer selbst-schmierenden Zusammensetzung hergestellt ist, die PFTE und anderes Material, zum Beispiel mit Glasfaser verstärktes Plastik oder Lagermetall enthält.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden Fachleuten bei der Durchsicht der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, Ansprüche und Zeichnungen ersichtlich.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Lageraufbaus, der verschiedene Merkmale der Erfindung enthält.
2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Abschnitts des in 1 gezeigten Lageraufbaus.
Bevor eine Ausführungsform der Erfindung im Detail erläutert wird, ist zu verstehen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details der Konstruktion und der Anordnungen von Komponenten beschränkt ist, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt oder in den Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung ist für andere Ausführungsformen geeignet und geeignet, in verschiedenen Arten praktiziert oder ausgeführt zu werden. Ebenso ist zu verstehen, dass die hier verwendete Formulierung und Terminologie dem Zweck der Beschreibung dient und nicht als beschränkend betrachtet werden sollte.
In den Zeichnungen ist ein Lageraufbau 11 gezeigt, der einen äußeren, nicht rotierenden Unteraufbau 13 und einen inneren rotierenden Unteraufbau 15 umfasst.
Der äußere, nicht rotierende Unteraufbau 13 enthält ein äußeres Gehäuse, welches (während andere Konstruktionen angewandt werden können) in der offenbarten Konstruktion in der Form eines Lagerstützengehäuses 21 vorliegt, welches eine äußere Oberfläche mit beabstandeten Seitenoberflächenabschnitten 23, einen im Allgemeinen halbzylindrischen Außenoberflächenabschnitt 25, der sich zwischen den Seitenoberflächenabschnitten 23 erstreckt, und eine zylindrische Bohrung 27 enthält, die eine Achse 29 aufweist und sich zwischen den Seitenoberflächenabschnitten 23 erstreckt.
Das Lagerstützengehäuse 21 enthält auch eine Schmierführung 31, welche mit der zylindrischen Bohrung 27 kommuniziert, sich zu dem halbzylindrischen Außenoberflächenabschnitt 25 der Außenoberfläche erstreckt, und mit einer geeigneten Schmierquelle 35 kommunizierend verbunden ist. Das Lagerstützengehäuse 21 kann in jeder geeigneten Weise auf jedem geeigneten Material ausgebildet werden.
Das äußere, nicht rotierende Unteraufbau 13 enthält auch ein äußeres Lager 41, welches sich in der zylindrischen Bohrung 27 in dem Lagerstützengehäuse 21 befindet, und welches eine äußere zylindrische Oberfläche 43 enthält, welche in die zylindrische Bohrung 27 des Lagerstützengehäuses 21 eingreift, und eine Bohrung, die durch eine nach innen weisende, sphärisch geformte Lageroberfläche 45 begrenzt ist.
Während andere Konstruktionen angewandt werden können, umfasst in der offenbarten Konstruktion das äußere Lager 41 erste und zweite Lagersegmente 51 und 53, welche axial voneinander beabstandet sind, um dazwischen einen Raum 55 zu begrenzen, welcher mit der Schmierführung 31 kommuniziert. Das erste Lagersegment 51 enthält einen äußeren Teil oder Abschnitt 61, der einen ersten Abschnitt der zylindrischen Außenoberfläche 43 des äußeren Lagers 41 bereitstellt, und einen inneren Teil oder Abschnitt 63, der einen ersten Abschnitt der sphärischen nach innen weisenden, sphärisch geformten Lageroberfläche 45 des äußeren Lagers 41 bereitstellt. Das zweite Lagersegment 53 enthält einen äußeren Teil oder Abschnitt 65, der einen zweiten Abschnitt der zylindrischen äußeren Oberfläche des äußeren Lagers bereitstellt, und einen inneren Teil oder Abschnitt 67, der einen zweiten Abschnitt der nach innen weisenden, sphärisch geformten Lageroberfläche 45 des äußeren Lagers 41 bereitstellt. Die ersten und zweiten Lagersegmente 51 und 53 sind vorzugsweise von gleicher axialen Dimension zwischen den gegenüberliegenden radialen Oberflächen derselben.
Während andere Konstruktionen verwendet werden können, sind in der offenbarten Konstruktion die inneren Abschnitte 63 und 67 einschließlich der nach innen weisenden sphärisch geformten Lageroberflächen 45 der ersten und zweiten Lagersegmente 51 und 53 aus gewebtem PTFE-Textil, und die äußeren Abschnitte 61 und 65 der ersten und zweiten Lagersegmente 51 und 53 sind aus einer Filament-umschlungenen Glasfaser- und Epoxyharzmatrix hergestellt, und sind jeweils mit den inneren Teilen oder Abschnitten 63 und 67 verbunden, welche die nach innen weisende sphärisch geformte Lageroberfläche 45 bereitstellt.
Vorzugsweise sind die äußeren Lagersegmente 51 und 53 auf einem Arbeitsvorbereitungsball Filament-umschlungen, welcher sehr viel enger als die innere Lauffläche ist, die in dem montierten Block verwendet wird. Dieses Verfahren der Herstellung ermöglicht es, mehrere Einheiten gleichzeitig zu umschlingen, ermöglicht es, weniger Material in dem Verfahren zu verwenden (weniger Ausschuss) und beseitigt die Beschädigung der inneren Lauffläche während des Abschneidvorgangs.
Der innere rotierende Unteraufbau 15 enthält ein inneres Lager 71, das eine Außenoberfläche enthält, die durch eine nach außen weisende, sphärisch geformte Lageroberfläche 73 begrenzt ist, welche die nach innen weisende sphärisch geformte Lageroberflächenabschnitte der ersten und zweiten äußeren Lagersegmente 51 und 53 eingreift. Das innere Lager 71 enthält auch eine innere zylindrische Bohrung 75. Zusätzlich enthält in der offenbarten Konstruktion der innere rotierende Unteraufbau 15 eine innere Hülse 81 mit einer zylindrischen Außenoberfläche 83, die in der zylindrischen Innenbohrung 75 des inneren Lagers 71 aufgenommen ist, und eine Innenbohrung 85, die zur Aufnahme eines rotierenden Elements 91 in der Lage ist, das an die Hülse 81 zur gemeinsamen Rotation mit dieser befestigt ist.
Das innere Lager 71 kann aus jedem geeigneten Material hergestellt werden und ist in der offenbarten Konstruktion vorzugsweise aus Stahl hergestellt. Jede geeignete Konstruktion kann für die innere Hülse 81 und das rotierende Element 91 angewandt werden. In einigen Konstruktionen kann die innere Hülse 81 weggelassen werden, und in anderen Fällen kann die innere Hülse 81 das rotierende Element 91 bilden.
Der Eingriff zwischen der nach außen weisenden konvex geformten sphärischen Lageroberfläche 73 des inneren Lagers 71 und die nach innen weisende konkav geformte sphärische Lageroberfläche 75, die durch die ersten und zweiten äußeren Lagersegmente 51 und 53 gebildet wird, dient zum Zurückhalten der Lagersegmente 51 und 53 in axial beabstandeter Relation zueinander, und um den Raum 55 zur Kommunikation mit der Schmierungsführung 31 anzuordnen. Zusätzlich wird der Raum 55 teilweise durch die nach außen weisende konvex geformte sphärische Lageroberfläche 73 begrenzt, und deshalb empfangen die sphärischen Lageroberflächen 45 und 73 Schmiermittel aus dem Raum 55.
Es sind Mittel zum Zurückhalten der ersten und zweiten Lagersegmente 51 und 53 in beabstandeter Relation zueinander und gegen axiales Nach-Außen-Bewegen relativ zu dem inneren Lager 41 und relativ zu dem Lagerstützengehäuse 21 vorgesehen. Während andere Konstruktionen angewandt werden können, umfassen in der offenbarten Konstruktion solche Mittel das Vorsehen von jeweiligen mit Ge winde versehenen Abschnitten 93 in dem Lagerstützengehäuse 21 benachbart zu den gegenüberliegenden Enden der zylindrischen Bohrung 27 darin, und das Vorsehen von jeweiligen Abdeckungen oder Rückhaltern 95 an jedem Ende der zylindrischen Bohrung 27, welche durch die mit Gewinde versehenen Abschnitte 93 gewindemäßig aufgenommen werden. Während andere Konstruktionen angewandt werden können, umfassen in der offenbarten Konstruktion die Abdeckungen oder Rückhalter 95 ringförmige Zwischenlagen mit zylindrischen Außenkanten oder Kantenabschnitten 97, welche in den mit Gewinde versehenen Abschnitten 93 des Lagerstützengehäuses 21 gewindemäßig aufgenommen sind. Zusätzlich enthalten die Abdeckungen oder Rückhalter oder Zwischenlagen jeweilige zentrale Bohrungen 99 mit Durchmessern, die größer als die der sphärischen Lageroberfläche 45 sind, benachbart zu den Außenenden derselben, um so in die Seitenoberflächen der Lagersegmente 51 und 53 einzugreifen, um axiale Bewegung derselben zu verhindern. Zusätzlich zur Begrenzung von Axialbewegung der äußeren Lagersegmente 51 und 53 dienen die Abdeckungen oder Rückhalter 95 auch dazu, Einstellung von Freiraum und Endspiel zu ermöglichen.
Die offenbarte Lagerzusammenbaukonstruktion verbessert zuverlässig Haltbarkeit, Lebensdauer und Konsistenz von Lagerbetrieb unter hohen Belastungen und kleinen Oszillationswinkeln. Zusätzlich stellen die offenbarten Lageraufbauten auch niedrigere Reibung unter grenzwertigen Schmierbedingungen bereit.
Die offenbarte Lageraufbaukonstruktion ermöglicht auch die Verwendung von Standardlagerblöcken und -dichtungen für Anwendungen in staubigen und schmutzigen Umgebungen. Zusätzlich können die offenbarten Lageraufbauten "trocken" laufen, das heißt ohne Schmierung, wenn die eingreifende Lageroberfläche, welche in die Lagersegmente 51 und 53 eingreift, den ordnungsgemäßen Korrosionsschutz für die Betriebsbedingungen aufweist. Falls gewünscht, kann die Lebensdauer der offenbarten Lageraufbauten durch Hinzufügen von Schmierung zu dem Spalt oder Raum 55 verlängert werden, welcher zwischen den Lagersegmenten 51 und 53 angeordnet ist, und welcher als ein Reservoir arbeitet.
Die offenbarte Lageraufbaukonstruktion stellt auch einen Hauptvorteil dahingehend bereit, dass die offenbarte Lageraufbaukonstruktion im Vergleich zu einem Wälzelementlager die Fähigkeit aufweist, hohe Belastungen mit sehr kleinen Oszillationswinkeln ohne Abnutzung, Brinellieren, Abplatzen, Grübchenbildung und Ermüdung der eingreifenden Oberfläche widerstehen kann.

Claims

Lageraufbau (11), umfassend: – einen äußeren nicht-drehbaren Unteraufbau (13), enthaltend – ein äußeres Gehäuse (21) mit einer zylindrischen Bohrung (27), und – ein äußeres Lager (41), welches eine äußere zylindrische Oberfläche (43), die in die zylindrische Bohrung (27) des äußeren Gehäuses (21) eingreift, und eine Bohrung enthält, welche durch eine sphärische, nach innen weisende Lageroberfläche (45) begrenzt ist, und – einen inneren bewegbaren Unteraufbau (15), enthaltend – ein inneres Lager (71) mit einer äußeren Oberfläche, die durch eine sphärische, nach außen weisende Lageroberfläche (73) begrenzt ist, welche in die sphärische, nach innen weisende Lageroberfläche (45) des äußeren Lagers (41) eingreift, und – eine innere zylindrische Bohrung (75), dadurch gekennzeichnet, dass – die innere zylindrische Bohrung (75) geeignet ist, ein bewegbares Element (81, 91) aufzunehmen, und – das äußere Lager (41) enthält – einen äußeren Lagerteil (61, 65), welcher aus Filament-umschlungener Glasfaser und einer Epoxyharzmatrix hergestellt ist, und – einen inneren Lagerteil (63, 67), welcher aus gewebtem PTFE-Textil hergestellt ist.
Lageraufbau gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere bewegbare Unteraufbau (15) die Form eines inneren drehbaren Unteraufbaus aufweist, welcher eine Hülse (81), die eine zylindrische äußere Oberfläche (83) enthält, welche in der inneren zylindrischen Bohrung (75) des inneren Lagers (71) aufgenommen ist, aufweist, und eine innere Bohrung (85) der Hülse (81) geeignet ist, ein drehendes Element (91) aufzunehmen, welches an diesem zur gemeinsamen Drehung damit befestigt ist.
Lageraufbau gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das äußere Lager (41) enthält: – ein erstes Lagersegment (51) enthaltend einen ersten äußeren Abschnitt (61) und einen ersten inneren Abschnitt (63), und – ein zweites Lagersegment (53), das in beabstandeter Relation zu dem ersten Lagersegment (51) angeordnet ist, und einen zweiten äußeren Abschnitt (65) und einen zweiten inneren Abschnitt (67) enthält, – wodurch die ersten und zweiten äußeren Abschnitte (61, 65) jeweils einen ersten und zweiten Abschnitt der äußeren zylindrischen Oberfläche (43) bereitstellt, und – der erste und zweite innere Abschnitt (63 und 67) jeweils einen ersten und zweiten Abschnitt der sphärischen, nach innen weisenden Lageroberfläche (45) des äußeren Lagers (41) bereitstellt.
Lageraufbau gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die ersten und zweiten Lagersegmente (51, 53) zwischen sich einen Raum (55) begrenzen, welcher sich zu der sphärischen, nach außen weisenden Lageroberfläche (73) des inneren Lagers (71) erstreckt, und – das äußere Gehäuse (21) eine äußere Oberfläche und eine Schmierungsführung (31) enthält, welche zwischen dem Raum und der äußeren Oberfläche kommunizierend verbindet.
Lageraufbau gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Mittel (95) zum Verhindern von Axialbewegung des äußeren Lagers (41) relativ zu dem äußeren Gehäuse (21) umfasst.
Lageraufbau gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die zylindrische Bohrung (27) des äußeren Gehäuses (21) eine Achse (29) und axial beabstandete erste und zweite Enden (23) enthält, und – der Lageraufbau erste und zweite Abdeckungen (95) enthält, welche jeweils an dem äußeren Gehäuse benachbart zu den ersten und zweiten Enden der zylindrischen Bohrung (27) und in Positionen zum Verschließen der zylindrischen Bohrung (27) und zum Verhindern von Axialbewegung des äußeren Lagers (41) relativ zu dem äußeren Gehäuse befestigt sind.
Lageraufbau gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – erste und zweite Enden (23) der zylindrischen Bohrung (27) mit Gewinde versehene Enden (93) sind, – und die ersten und zweiten Abdeckungen (95) ringförmige Elemente sind, welche jeweils sich in gewindemäßigem Eingriff mit den ersten und zweiten mit Gewinde versehenen Enden (93) befinden.
Lageraufbau (11) gemäß Anspruch 1, wobei – das äußere Gehäuse ein Lagerbock-Blockgehäuse (21) umfasst, welches eine externe Oberfläche (23, 25) und die zylindrische Bohrung (27), erste und zweite mit Gewinde versehene Enden (93) und eine Schmierungsführung (31) enthält, welche zwischen der externen Oberfläche und der zylindrischen Bohrung kommunizierend verbindet, – wobei das äußere Gehäuse (41) enthält – ein erstes Lagersegment (51), welches einen ersten äußeren Abschnitt (61) und einen ersten inneren Abschnitt (63) enthält, und – ein zweites Lagersegment (53), welches axial beabstandet bezüglich des ersten Lagerelements angeordnet ist, um dazwischen einen Raum (55) zu begrenzen, welcher mit der Schmierungsführung (31) kommunizierend verbunden ist, und einen zweiten äußeren Abschnitt (65) und einen zweiten inneren Abschnitt (67) enthält, – wodurch die ersten und zweiten äußeren Abschnitte (61, 65) jeweils einen ersten und zweiten Abschnitt der äußeren zylindrischen Oberfläche (43) bereitstellen, welche in die zylindrische Bohrung (27) eingreift, und – wobei der erste und der zweite innere Abschnitt (63 und 67) jeweils einen ersten und zweiten Abschnitt der sphärischen, nach innen weisenden Lageroberfläche (45) bereitstellen, – wobei der äußere nicht-drehbare Unteraufbau (13) ferner erste und zweite ringförmige Abdeckungen (95) enthält, welche jeweils mit den ersten und zweiten mit Gewinde versehenen Enden (93) der zylindrischen Bohrung in Positionen zum Schließen der zylindrischen Bohrung und zum Verhindern von Axialbewegung des äußeren Lagers (41) relativ zu dem Lagerbock-Blockgehäuse (21) in gewindemäßigem Eingriff stehen, und – der innere drehbare Unteraufbau (15) eine Hülse (81) enthält, enthaltend – eine zylindrische äußere Oberfläche (83), welche in der inneren Bohrung (75) des inneren Lagers (71) aufgenommen ist, und – eine innere Bohrung (85), welche zur Aufnahme eines drehbaren Elements (91) geeignet ist, um an diesem für gemeinsame Drehung mit dieser befestigt zu werden.