WO2005036029A1 - Drehverbindung - Google Patents
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- F16H55/22—Toothed members; Worms for transmissions with crossing shafts, especially worms, worm-gears
Definitions
- the invention relates to a rotary connection, consisting of two concentrically arranged races, between which rolling elements roll on associated raceways, the outer ring having on its outer surface an external toothing in which at least one pinion engages for power transmission.
- Rolling bearing slewing rings have been known for a long time. According to the specialist book “Die Wälzlagerpraxis", vernier suverlage GmbH, Mainz, 1995, such roller bearing slewing rings are used as swivel bearings for supporting excavators, cranes or in vehicle construction for articulated buses or trams, that is, in areas of application where Limited installation space, high loads occur and require high operational reliability. These rotary connections can absorb axial forces, radial forces and tilting moments.
- Such a slewing ring is shown on page 13 in the brochure "Drive units, delivery program, 14/2002-IP-N, from PSL Wälzlager GmbH.
- This consists of two concentrically arranged races, between see those rolling on associated raceways arranged in a double row.
- the outer race of this rotary connection is provided with circumferential toothing in which a worm pinion engages, which is held in a housing via two spaced apart bearing points.
- This worm pinion is connected to a shaft that can be connected at one end, for example, to an electric motor. If the shaft or the worm pinion is set in rotation via the electric motor, the outer ring moves in the circumferential direction.
- both the outer ring and the worm pinion are made of steel. This pairing of materials is, however, unfavorable for a worm gear because, due to the screw sliding of the teeth of the worm pinion and the outer ring, there is a high degree of wear, particularly under high loads.
- the invention is therefore based on the object of providing a driven rotary connection which exhibits improved wear behavior and which can be manufactured in a simple manner.
- this object is achieved according to the characterizing part of claim 1 in conjunction with its preamble in that the outer ring is formed in two parts, a part carrying the raceways for the rolling elements made of steel and a part carrying the external teeth made of copper-tin. Alloy are made.
- the advantage of the invention is that the two-part outer ring provides a material pairing between this and the pinion, which has good sliding properties and also has sufficient wear resistance.
- the division into two parts enables separate and therefore independent production of the part bearing the raceway and the part of the outer ring bearing the external toothing. It is furthermore advantageous that the part which carries the external toothing can be limited in its radial extent and is therefore space-saving.
- the part of the outer ring carrying the raceways is made of a structural steel, a tempering steel or a case hardening steel.
- the part of the outer ring bearing the teeth is made of bronze of the brand GZ-CuSn12.
- This bronze produced by centrifugal casting with 12% tin, has, as already stated, the necessary wear resistance compared to the worm pinion made of steel, so that forces occurring between the friction partners involved can be transferred without problems can be.
- the part carrying the raceway and the part of the outer ring which supports the toothing are to be inseparably connected to one another by a welding process, this welding process should advantageously be electron beam welding according to claim 5.
- the part of the outer ring bearing the raceway has a projection on its outer surface, by means of which the part of the outer ring bearing the external toothing is supported with a corresponding recess.
- the rotary connection should be designed as a cross roller bearing or as a four-point bearing rotary connection.
- FIG. 1 shows a side view of a rotary connection driven according to the invention
- Figure 3 is an enlarged view from the outer ring of the rotary joint in the area of the weld.
- FIGS. 1 and 2 show the rotary connection comprising an outer ring 1 and an inner ring 2.
- the outer ring 1 can be connected to a machine or system part, not shown, for which purpose it has connecting bores 3.
- the inner ring 2 also has connecting bores 4 through which it can be connected to a stationary machine part, not shown.
- the rotary connection also includes a drive element in the form of a worm pinion 5, which is accommodated in a housing 6 and is connected to a shaft 7.
- the worm pinion 5 engages with its toothing 8 in the outer toothing 9 of the outer ring 1, so that when the eye tease 5 is rotated, the outer ring 1 is movable in the circumferential direction.
- the rolling elements which are designed as cross rollers 10 and which are on associated raceways between the inner ring 2 and Unroll outer ring 1.
- the cross rollers 10 are protected on the outside by seals 11, 12 which are fastened in the outer ring 1 and in the inner ring 2.
- the outer ring 1 is composed of the steel part 13, which carries the raceways for the cross rollers 10, and the part 14, which consists of a tin bronze and carries the external toothing 9, the inner part 13 being concentric is taken from the outer part 14.
- a further recess 17 is formed on the right side between the two partial rings 13, 14, from which a weld seam 18 extends in the axial direction up to the projection 15.
- the two-part outer ring 1 is produced in such a way that the two part rings 13, 14 are first produced in separate operations. Subsequently, the part ring 14 is pushed onto the unheated part ring 13 in the heated state, so that a press fit is formed after the part ring 14 has cooled. Then both parts 13, 14 of the assembled outer ring 1 are connected to one another by electron beam welding. The raceways of the partial ring 13 are then machined with subsequent hardening and grinding before the partial ring 14 is finally provided with the external toothing 9.
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Abstract
Eine Drehverbindung, bestehend aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Laufringen (1, 2), zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen Wälzkörper (10) abrollen, wobei der Außenring (1) an seiner Mantelfläche eine Außenverzahnung (9) aufweist, in die zur Kraftübertragung wenigstens ein Ritzel (5) eingreift. Der Außenring (1) ist zweiteilig ausgebildet, wobei ein die Laufbahnen für die Wälzkörper (10) tragender Teil (13) aus einem Stahl und ein die Außenverzahnung (9) tragender Teil (14) aus einer Kupfer-Zinn-Legierung hergestellt sind.
Description
Drehverbindung
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Drehverbindung, bestehend aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Laufringen, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen Wälzkörper abrollen, wobei der Außenring an seiner Mantelfläche eine Außenverzahnung aufweist, in die zur Kraftübertragung wenigstens ein Ritzel eingreift.
Hintergrund der Erfindung
Wälzlager-Drehverbindungen sind bereits seit langem bekannt. Laut dem Fachbuch „Die Wälzlagerpraxis", Vereinigte Fachverlage GmbH, Mainz, 1995 werden solche Wälzlager-Drehverbindungen als Schwenklager für die Abstüt- zung von Baggern, Kränen oder im Fahrzeugbau für Gelenkbusse bzw. Straßenbahnen eingesetzt, das heißt, in Einsatzgebieten, bei denen bei begrenztem Einbauraum hohe Belastungen auftreten und die eine hohe Betriebssicherheit verlangen. Diese Drehverbindungen können Axialkräfte, Radialkräfte und Kippmomente aufnehmen.
In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, dass neben dem Zweck der drehbaren Verbindung zweier Maschinen- oder Anlagenteile zur aktiven Drehung eines der beiden Maschinen- oder Anlagenteile weiterhin ein Antriebs- drehmoment auf eines dieser Maschinen- bzw. Anlagenteile zu übertragen ist, wobei dieses Antriebsmoment meist durch einen elektrischen Antrieb bereitgestellt wird.
Im Prospekt „Antriebseinheiten, Lieferprogramm, 14/2002-IP-N, der Firma PSL Wälzlager GmbH, ist auf Seite 13 eine solche Drehverbindung abgebildet. Diese besteht aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Laufringen, zwi-
sehen denen auf zugehörigen Laufbahnen in doppelter Reihe angeordnete Lagerkugeln abwälzen. Der Außenlaufring dieser Drehverbindung ist mit einer umlaufenden Verzahnung versehen, in die ein Schneckenritzel eingreift, das über zwei voneinander beabstandete Lagerstellen in einem Gehäuse gehalten ist. Dieses Schnecken ritzel ist mit einer Welle verbunden, die an einem Ende beispielsweise mit einem Elektromotor verbunden sein kann. Wird über den Elektromotor die Welle bzw. das Schnecken ritzel in Rotation versetzt, so bewegt sich der Außenring in Umfangsrichtung.
Bei dieser angetriebener Drehverbindung ist von Nachteil, dass sowohl der Außenring als auch das Schneckenritzel aus Stahl gefertigt sind. Diese Werkstoffpaarung ist aber für ein Schneckengetriebe ungünstig, weil aufgrund des Schraubgleitens der Zähne von Schneckenritzel und Außenring insbesondere bei großen Belastungen ein hoher Verschleiß gegeben ist.
Aus der DE 198 14 629 A1 ist eine Anordnung zur drehbaren Lagerung der Maschinengondel einer Windkraftanlage bekannt, bei der das Drehmoment von der drehbaren Maschinengondel auf den feststehenden Turm mittels elektromotorischer Antriebe übertragen wird. Dies geschieht in der Form, dass die Antriebe mit jeweils einem Zahnradritzel versehen sind, das jeweils in eine am Turm bzw. am feststehenden Lagerring der Drehverbindung angeordnete umlaufende Verzahnung eingreift, wodurch die motorische Drehung der Maschinengondel relativ zum Turm ermöglicht wird. Die vorstellend aufgeführten Nachteile treffen jedoch auch für diese gattungsgemäß ausgebildete Drehver- bindung zu.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine angetriebene Drehverbindung zu schaffen, die ein verbessertes Verschleißverhalten zeigt und die
sich in einfacher Weise fertigen läßt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass der Außenring zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein die Laufbahnen für die Wälzkörper tragender Teil aus einem Stahl und ein die Außenverzahnung tragender Teil aus einer Kupfer-Zinn-Legierung hergestellt sind.
Der Vorteil der Erfindung lieg darin, dass durch den zweiteilig ausgebildeten Außenring eine Werkstoffpaarung zwischen diesem und dem Ritzel bereitgestellt ist, die gute Gleiteigenschaften aufweist und auch eine genügende Verschleißfestigkeit hat. Darüberhinaus läßt sich durch die Zweiteilung eine getrennte und somit eine voneinander unabhängige Fertigung von dem die Laufbahn tragenden Teil und dem die Außenverzahnung tragenden Teil des Au- ßenringes realisieren. Es ist weiter von Vorteil, daß der die Außenverzahnung tragende Teil in seiner radialen Ausdehnung begrenzt werden kann und demzufolge raumsparend ist.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben.
So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass der die Laufbahnen tragende Teil des Außenringes aus einem Baustahl, einem Vergütungsstahl oder einem Einsatzstahl hergestellt ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, daß der die Verzahnung tragende Teil des Außenringes aus einer Bronze der Marke GZ-CuSn12 hergestellt ist. Diese durch einen Schleuderguß hergestellte Bronze mit 12 % Zinn hat, wie bereits ausgeführt, gegenüber dem Schneckenritzel aus Stahl die erforderliche Verschleißfestigkeit, so daß auftretende Kräfte zwischen den beteiligten Reibungspartnern problemlos übertragen
werden können.
Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 4 sollen der die Laufbahn tragende Teil und der die Verzahnung tragende Teil des Außenrin- ges durch einen Schweißvorgang unlösbar miteinander verbunden sein, wobei dieser Schweißvorgang gemäß Anspruch 5 in vorteilhafter Weise ein Elektro- nenstrahlschweißen sein soll.
Durch das Verschweißen von stählernem und bronzenem Teil des Außenringes läßt sich dieser in einfacher Weise herstellen, so daß der Aufwand bei der Produktion einer gattungsgemäßen angetriebenen Drehverbindung relativ niedrig ist. Ein aufwendiger mechanischer Zusammenbau mit Hilfe von Befestigungsschrauben, die durch zugehörige Durchtrittsbohrungen geführt werden müssen, entfällt. Der Vorteil des eine sehr hohe Leistungsdichte aufweisenden Elektronenstrahlschweißens liegt insbesondere darin, daß die sehr schlanke Nahtform mit ihren schmalen Wärmeeinflußzonen den Energieeintrag minimiert und somit einen möglichen Verzug im Gesamtbauteil drastisch senkt. Es können in einfacher Weise schmale, aber sehr tiefe Nähte realisiert werden, wobei ein Verhältnis von Nahtbreite zur Nahttiefe von mehr als 1 zu 15 möglich ist und die erforderliche Breite und die erforderliche Tiefe der Schweißnaht dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden kann.
Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 6 ist vorgesehen, daß der die Laufbahn tragende Teil des Außenringes an seiner Mantelfläche einen Vorsprung aufweist, über den sich der die Außenverzahnung tragende Teil des Außenringes mit einer korrespondierenden Ausnehmung abstützt. Durch diese geometrische Gestaltung der beiden Teile des Außenringes ist gesichert, daß vor dem Schweißvorgang eine Zentrierung beider Teile in einfacher Weise möglich ist.
Schließlich ist nach einem letzten Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 7
vorgesehen, daß die Drehverbindung als eine Kreuzrollenlager- oder als eine Vierpunktlager-Drehverbindung ausgebildet sein soll.
Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß angetriebenen Drehverbindung,
Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie ll-ll in Figur 1 und
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung aus dem Außenring der Drehverbindung im Bereich der Schweißnaht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren 1 und 2 erkennt man die einen Außenring 1 sowie einen Innenring 2 umfassende Drehverbindung. Dabei ist der Außenring 1 mit einem nicht dargestellten Maschinen- oder Anlagenteil verbindbar, wozu er Verbindungsbohrungen 3 aufweist. Der Innenring 2 weist ebenfalls Verbindungsbohrungen 4 auf, durch die er sich mit einem nicht dargestellten feststehenden Maschinen- teil verbinden läßt. Zur Drehverbindung gehört weiter ein Antriebselement in Form eines Schneckenritzels 5, das in einem Gehäuse 6 untergebracht ist und mit einer Welle 7 verbunden ist. Das Schneckenritzel 5 greift mit seiner Verzahnung 8 in die Außenverzahnung 9 des Außenringes 1 ein, so daß bei einer Rotation des Seh necken ritzeis 5 der Außenring 1 in Umfangsrichtung beweg- lieh ist. Zur Drehverbindung gehören weiter die als Kreuzrollen 10 ausgebildeten Wälzkörper, die auf zugehörigen Laufbahnen zwischen Innenring 2 und
Außenring 1 abrollen. Die Kreuzrollen 10 sind nach außen durch Dichtungen 11, 12 geschützt, die im Außenring 1 bzw. im Innenring 2 befestigt sind.
Wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung in Figur 3 ersichtlich, setzt sich der Außenring 1 aus dem stählernen, die Laufbahnen für die Kreuzrollen 10 tragenden Teil 13 und dem aus einer Zinnbronze bestehenden, die Außenverzahnung 9 tragenden Teil 14 zusammen, wobei der innenliegende Teil 13 konzentrisch vom außenliegenden Teil 14 aufgenommen ist. Der innenliegende Teil 13 des Außenringes 1 , der aus einem Vergütungsstahl der Marke C45N hergestellt ist, ist mit einem Vorsprung 15 versehen, an dem der außenliegende Teil 14 mit einer korrespondierenden Ausnehmung 16 anliegt. Auf diese Weise ist eine einfache Zentriermöglichkeit der beiden Teil ringe 13, 14 gegeben. Der genannten Figur ist weiter entnehmbar, daß rechtsseitig zwischen den beiden Teilringen 13, 14 eine weitere Ausnehmung 17 gebildet ist, von der sich eine Schweißnaht 18 in axialer Richtung bis hin zum Vorsprung 15 erstreckt.
Die Herstellung des zweiteiligen Außenringes 1 erfolgt derart, daß zunächst die beiden Teilringe 13, 14 in getrennten Arbeitsgängen gefertigt werden. Anschließend wird der Teil ring 14 im erwärmten Zustand auf den nicht erwärmten Teilring 13 aufgeschoben, so daß nach dem Erkalten des Teilringes 14 ein Preßverband gebildet ist. Danach werden beide Teile 13, 14 des zusammengesetzten Außenringes 1 durch Elektronenstrahlschweißen miteinander verbunden. Danach erfolgt die Drehbearbeitung der Laufbahnen des Teilringes 13 mit anschließendem Härten und Schleifen, bevor schließlich der Teilring 14 mit der Außenverzahnung 9 versehen wird.
Außenring
Innenring
Nerbindungsbohrung
Verbindungsbohrung
Schneckenritzel
Gehäuse
Welle
Verzahnung
Außenverzahnung
Kreuzrolle
Dichtung
Dichtung
Laufbahn tragender Teil
Außenverzahnung tragender Teil
Vorsprung
Ausnehmung
Ausnehmung
Schweißnaht
Claims
1. Drehverbindung, bestehend aus zwei konzentrisch ineinander angeordneten Lauf ringen (1 ,2), zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen Wälz- körper (10) abrollen, wobei der Außenring (1) an seiner Mantelfläche eine Außenverzahnung (9) aufweist, in die zur Kraftübertragung wenigstens ein Ritzel (5) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (1) zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein die Laufbahnen für die Wälzkörper (10) tragender Teil (13) aus einem Stahl und ein die Außenverzahnung (9) tra- gender Teil (14) aus einer Kupfer-Zinn-Legierung hergestellt sind.
2. Drehverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der die Laufbahn tragende Teil (13) aus einem Baustahl, einem Vergütungsstahl oder einem Einsatzstahl hergestellt ist.
3. Drehverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der die Verzahnung (9) tragende Teil (14) aus einer Bronze der Marke GZ-CuSn12 hergestellt ist.
4. Drehverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der die Laufbahn tragende Teil (13) und der die Außenverzahnung (9) tragende Teil (14) des Außenringes (1) durch einen Schweißvorgang unlösbar miteinander verbunden sind.
5. Drehverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißvorgang ein Elektronenstrahlschweißen ist.
6. Drehverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der die Laufbahn tragende Teil (13) des Außenringes (1) an seiner Mantelfläche einen Vorsprung (15) aufweist, über den sich der die Außenverzahnung (9) tragende Teil (14) des Außenringes (1) mit einer korrespondierenden Ausnehmung (16) abstützt.
7. Drehverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie als eine Kreuzrollenlager- oder als eine Vierpunktlager-Drehverbindung ausgebildet ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW |
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AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG |
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |