DE20111648U1

DE20111648U1 - Drehverbindung

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Publication number: DE20111648U1
Application number: DE20111648U
Authority: DE
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2001-11-15
Anticipated expiration: 2011-07-13

Description

Drehverbindung

Die Erfindung betrifft eine Drehverbindung nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Drehverbindungen der in Rede stehenden Art kommen beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich, in Baumaschinen, bei Drehkranen oder Baggern, sowie häufig auch bei Windkraftanlagen zum Einsatz. Vielen Anwendungsbereichen gattungsgemäßer Drehverbindungen ist es dabei gemeinsam, dass die Drehverbindungen sehr hohen axialen Belastungen sowie sehr hohen Kippmomenten ausgesetzt sind, während gleichzeitig nur sehr geringe Winkelgeschwindigkeiten und geringe Gesamtdrehwinkel auftreten.

Insbesondere wegen der hohen axialen Belastungen und aufgrund der beispielsweise bei Schiffsdrehkranen oder Windkraftanlagen auftretenden hohen Kippmomente müssen die gattungsgemäßen Drehverbindungen großflächige Lagerungen aufweisen, um Materialüberlastung zu vermeiden. Bei den Wälzkörper aufweisenden Kugel- oder Rollendrehverbindungen ist es hierzu bekannt, die notwendige Lastaufteilung dadurch zu erreichen, dass Drehverbindungen in der mehrreihigen Bauart ausgeführt werden; Gleitlager-Drehverbindungen werden hierfür ggf. mit mehreren in verschiedenen Axialebenen angeordneten Gleitbahnen

versehen. Für die Abstützung axialer Kräfte in beide axiale Richtungen sowie zur Aufnahme von Kippmomenten sind dabei an Außenring und Innenring jeweils zumindest zwei zueinander parallele Lagerflächen erforderlich; bei besonders hoch belasteten Drehverbindungen, beispielsweise bei mehrreihigen Rollendrehverbindungen oder bei Gleitlager-Drehverbindungen mit mehreren Lagerebenen sind dementsprechend zusätzliche Paarungen von Lagerflächen an Außenring und mnenring notwendig.

Allen bekannten Drehverbindungen ist es jedoch gemeinsam, dass zumindest entweder der Außenring oder der Innenring mehrteilig ausgeführt sein muss, damit Innenring und Außenring überhaupt so montiert werden können, dass sie gegeneinander drehbar, axial jedoch aneinander fixiert sind. Die insbesondere bei hohen Lasten zum Einsatz kommenden mehrreihigen Rollendrehverbindungen bzw. Gleitlager-Drehverbindungen mit mehreren Tragebenen müssen dementsprechend aus einer unvermeidlich noch größeren Anzahl von Bauteilen bzw. separaten Baugruppen zusammengesetzt werden, was derartige hochbelastbare Drehverbindungen aufwendig und damit teuer und anfällig macht.

Der komplizierte mehrteilige Aufbau bekannter Drehverbindungen führt somit zu hohen Herstellungskosten und bringt beim Zusammenbau und bei der Montage der Drehverbindungen einen hohen Aufwand mit sich. Zudem ist es schwierig und aufwendig, derartige Drehverbindungen vor Ort, insbesondere zu Montage- oder Wartungszwecken aufzutrennen und danach wieder ordnungsgemäß zusammenzusetzen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehverbindung zu schaffen, bei der sowohl Außenring als auch Innenring im Wesentlichen jeweils einteilig ausgeführt werden können, und bei der sowohl die Montage als auch die Demontage, beispielsweise zu Wartungszwecken, auf einfachste Weise erfolgen kann, ohne dass hierzu ein Auftrennen eines der Lagerringe erforderlich wäre.

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Diese Aufgabe wird durch eine Drehverbindung nach der Lehre des Schutzanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Drehverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung weist zunächst einmal in an sich bekannter Weise einen Außenring sowie einen Innenring auf, wobei Außenring und Innenring jeweils mit im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildeten Lagerflächen versehen sind, über die Außenring und Innenring gegeneinander drehbar miteinander verbunden werden können, diese Verbindung in axialer Richtung sowie gegenüber Kippmomenten jedoch starr ist.
Erfindungsgemäß werden die Lagerflächen der Drehverbindung jedoch nicht durch kreisförmige oder kreisringförmige Lagerflächen bzw. Gleitbahnen, sondern durch die Gewindeflanken eines Bewegungsgewindes gebildet. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die erfindungsgemäße Drehverbindung als Bewegungsgewinde ausgebildet ist, wobei der Innenring mit einem Außengewinde und der Außenring mit einem entsprechenden Innengewinde versehen ist. Eine derartig in Form eines Bewegungsgewindes ausgeführte Drehverbindung lässt sich mit besonders geringem Aufwand sowohl fertigen als auch montieren bzw. bei Bedarf wieder zerlegen. Ferner kann die erfindungsgemäße Drehverbindung auf einfachste Weise konstruktiv für besonders hohe Lasten ausgeführt werden, indem das die Drehführung bildende Bewegungsgewinde so ausgelegt wird, dass hohe Axiallasten bzw. Kippmomente auf mehrere tragende Gewindegänge verteilt werden.

Welche Mittel zu einer Verringerung der Reibung in der Drehverbindung zum Einsatz kommen, ist dabei erfindungsunwesentlich. So ist es beispielsweise vorstellbar, dass zwischen den Gewindeflanken von Innenring und Außenring geeignete Wälzkörper angeordnet werden, wie dies auch bei den an sich bekannten Kugelgewindetrieben der Fall ist.

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Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsforrn der Erfindung sind die Gewindeflanken des Außenrings und des Innenrings der Drehverbindung jedoch unmittelbar aneinander gleitend zur Anlage bringbar. Eine dergestalt ausgeführte Drehverbindung lässt sich besonders kostengünstig fertigen und besitzt zudem die bei vielen Anwendungen geforderte Eigenschaft, ein gewisses, kontrollierbares Maß an Eigenreibung aufzuweisen. Hierdurch können die insbesondere bei Kranen oder Windkraftanlagen notwendigen Haltebremsen kleiner dimensioniert werden oder u. U. sogar entfallen.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung sind dabei die Oberflächen der Gewindeflanken zumindest eines der beiden Ringe der Drehverbindung gehärtet, besonders bevorzugt jedoch gehärtet und geschliffen. Gehärtete und geschliffene Gewindeflanken besitzen die Vorteile besonders hoher spezifischer Belastbarkeit, hoher Dauerfestigkeit und Lebensdauer und ermöglichen zudem spielarme Auslegung sowie hohe Präzision der Drehverbindung.

Um Lebensdauer, Betriebssicherheit und Leichtgängigkeit der erfindungsgemäßen Drehverbindung weiter zu verbessern, ist es gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung vorgesehen, dass zwischen den aneinander gleitend zur Anlage bringbaren Gewindeflanken von Außenring und Innenring Schmier- oder Gleitmittel anordenbar sind. Bevorzugt sind die Schmier- oder Gleitmittel dabei von außerhalb der Drehverbindung in die Drehverbindung einleitbar und lassen sich so auf die die Lagerflächen bildenden Gewindeflanken aufbringen. Dadurch wird eine konstante Versorgung der Lagerflächen der Drehverbindung mit Schmiermittel ermöglicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung lassen sich die Schmieroder Gleitmittel durch im Außenring und/oder im Innenring angeordnete kanalartige Ausnehmungen auf die Gewindeflanken aufbringen. Für eine effektive und sparsame Schmierung ist es dabei vorteilhaft und wird daher besonders bevorzugt, wenn die kanalartigen Ausnehmungen unmittelbar auf den die

Lagerflächen bildenden Gewindeflanken und/oder im Bereich des Gewindegrunds enden, so dass die Schmier- oder Gleitmittel auf den Gewindeflanken verteilt werden, sobald eine Relativbewegung zwischen Innen- und Außenring stattfindet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass auf den Oberflächen der Gewindeflanken des Außenrings und/oder des Innenrings eine Gleitbeschichtung angeordnet werden kann. Durch eine solche Gleitbeschichtung, die gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform durch Aufbringen eines PTFE-haltigen Werkstoffs und/oder eines Gleitlacks auf die Oberflächen der Gewindeflanken von Außen- und/oder Innenring erzeugt wird, lassen sich in vorteilhafter Weise wichtige Eigenschaften einer Drehverbindung wie Leichtgängigkeit, Lebensdauer, Spielarmut, geringes Losbrechmoment sowie auch die Schwingungsdämpfung verbessern, was zur Verlängerung des störungsfreien Betriebs einer Drehverbindung beiträgt und damit zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.

In zahlreichen Anwendungen für Drehverbindungen, insbesondere bei Baumaschinen und Kranen, jedoch insbesondere bei Windenergieanlagen sind extrem niedrige Betriebsdrehzahlen mit insgesamt geringen Gesamtdrehwinkeln sowie mit der Notwendigkeit verbunden, die momentane Winkelstellung, beispielsweise eines schwenkbaren Windrotors ermitteln txl können. Mit diesem Hintergrund ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Drehverbindung eine Einrichtung zur Ermittlung der Drehwinkelposition des Außenrings relativ zum Innenring umfasst. Ist die Drehwinkelposition des Außenrings relativ zum Innenring bekannt, so kann durch Vergleich der Drehwinkel-Istposition mit einer Sollstellung beispielsweise ein Windrotor der momentanen Windrichtung automatisch nachgeführt werden.

Welcher Art die Einrichtung zur Ermittlung der Drehwinkelposition zwischen Außen- und Innenring ist, spielt für die Erfindung zunächst keine Rolle. So ist es beispielsweise vorstellbar, dass an einem der Ringe der Drehverbindung ein inkrementell oder absolut arbeitender Drehwinkelgeber angeordnet ist, der eine

ringförmig am jeweils anderen Ring der Drehverbindung angeordnete Drehwinkelmarkierung abtastet und das Ergebnis in Form eines elektrischen Signals an eine Steuerungseinrichtung überträgt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausiuhrungsform der Erfindung weist die Drehverbindung jedoch eine Einrichtung zur Messung der Relativposition von Außenring und Innenring in axialer Richtung auf. Da bei der erfindungsgemäßen Drehverbindung die Drehwinkelposition des Außenrings relativ zum Innenring über den Faktor der Gewindesteigung stets exakt, sowie bei einem eingängigen Gewinde zudem auch eineindeutig mit einer bestimmten Axialposition des Außenrings relativ zum Innenring verknüpft ist, lässt sich durch Ermittlung der Relativposition von Außenring und Innenring in Axialrichtung auf besonders einfache und robuste Art und Weise auf die momentane Drehwinkelposition des Außenrings relativ zum Innenring schließen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Drehverbindung zumindest eine Dichtungsanordnung auf, die das Eindringen von Fremdstoffen, wie beispielsweise Schmutz und Wasser, verhindert. Besonders bevorzugt ist die Dichtungsanordnung in Form eines beispielsweise aus Elastomerwerkstoff gefertigten Faltenbalgs ausgebildet, der den beim Bewegen der Drehverbindung auftretenden axialen Versatz ausgleichen kann. Um eine ungehinderte Bewegung der Drehverbindung zu ermöglichen, ist der Faltenbalg vorzugsweise mit einem drehbaren Anschluss nach Art eines Gleitrings versehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:

Figur 1 im schematischen Axialschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehverbindung;

Figur 2 ürschematischer Darstellung ein Detail der Drehverbindung gemäß Figur 1, ebenfalls im Axialschnitt;

Figur 3 in einer Figur 2 entsprechenden Darstellung ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Drehverbindung; und

Figur 4 in einer Figur 1 entsprechenden Darstellung ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehverbindung.

In Figur 1 erkennt man in höchst schematischer Darstellung eine Hälfte eines Axial Schnitts durch die beiden Ringe einer Drehverbindung, wobei sich die Mittellinie der Drehverbindung in der Zeichnung rechts befindet. Die Drehverbindung umfasst einen Außenring 1 sowie einen Innenring 2. Außenring 1 und Innenring 2 sind über ein lediglich schematisiert dargestelltes Bewegungsgewinde 3 miteinander drehbar verbunden, das durch schematisch angedeutete Faltenbälge 4 mit drehbar gleitendem Anschluss 4' gegen Eindringen von Fremdstoffen geschützt ist. Zur Verbindung mit angrenzenden Maschinenbauteilen besitzen sowohl Außenring 1 als auch Innenring 2 auf ihrem jeweiligen Umfang verteilt angeordnete durchgehende Bohrungen 5 bzw. 5'. Der Außenring 1 ist zur Aufnahme eines motorischen Antriebsdrehmoments über ein nicht dargestelltes Ritzel mit einer Stirnverzahnung 6 versehen.

Soll die dargestellte Drehverbindung beispielsweise als Schwenklager für einen Schiffsdrehkran Verwendung finden, so kann der Außenring 1 an den Befestigungsbohrungen 5 mit dem Schiffskörper verschraubt werden, während der Kran mit dem dann relativ zum Schiffskörper drehbaren Innenring 2 über die Befestigungsbohrungen 5' verbunden wird. Über einen am Kran angeordneten motorischen Schwenkantrieb mit einem Ritzel, das in die Stirnverzahnung 6 des Außenrings 1 eingreift, kann der Kran nun relativ zum Außenring 1 und damit relativ zum Schiffskörper in eine beliebige Winkelstellung gebracht werden.

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Die beim Schwenken des Krans aufgrund des Steigungswinkels des Bewegungsgewindes 3 auftretende Höhenveränderung des Innenrings 2 und damit des Krans selbst ist so geringfügig, dass sie im normalen Betrieb eines Krans vernachlässigt werden kann. Falls dennoch erforderlich, kann jedoch über die Kransteuerung auf einfach Weise eine entsprechende automatische Korrektur der Höhenposition des Kranhakens erfolgen.

Selbstverständlich ist der Gesamtdrehwinkel eines mit einer erfindungsgemäßen Drehverbindung ausgestatteten Krans auf eine oder maximal einige Umdrehungen begrenzt, da nur so ein sicherer Eingriff des Innenrings 2 über das Bewegungsgewinde 3 in den Außenring 1 gewährleistet ist. Dies ist bei den im Betrieb eines Krans tatsächlich auftretenden geringen Drehwinkeln jedoch keineswegs nachteilig. Vielmehr kann eine Begrenzung des Gesamtdrehwinkels beispielsweise bei Kranen, jedoch auch in einer Vielzahl anderer Anwendungen, insbesondere auch bei Windenergieanlagen, sogar erwünscht sein, da nur auf diese Weise auf aufwendige Drehdurchführungen bzw. Schleifringe zur sicheren Übertragung von beispielsweise Hydraulikflüssigkeiten und/oder elektrischem Strom verzichtet werden kann. Bei typischen Anwendungen gattungsgemäßer Drehdurchführungen sind oftmals ohnehin bereits Umdrehungszähler installiert, mit denen verhindert wird, dass Stromkabel und/oder Hydraulikschläuche um mehr als einige wenige Umdrehungen verdrillt werden. Insofern stellt die der erfindungsgemäßen Drehverbindung inhärente Notwendigkeit der Drehwinkelbegrenzung bei typischen Anwendungsfällen keinesfalls eine konstruktive Einschränkung dar.

In Figur 2 ist ebenfalls höchst schematisch ein Detail aus dem Bereich des Bewegungsgewindes 3 einer Drehverbindung in vergrößerter Darstellung im Axialschnitt gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die Oberflächen der Gewindeflanken sowohl des Außenrings 1 als auch die des Innenrings 2 gehärtet sowie geschliffen, was durch die strichlierten Linien bei 8 angedeutet ist, um so besonders exakte Führungseigenschaften zu erhalten. Zur

Schmierung der unmittelbar aufeinander abgleitenden Gewindeflanken von Außenring 1 und Innenring 2 sind beispielsweise am Innenring Kanäle 7 vorgesehen, über die flüssige oder pastöse Schmiermittel unmittelbar in die Kontaktbereiche der Gewindeflanken eingeleitet bzw. eingepresst werden können. Auch eine zusätzliche oder ausschließliche Einleitung der Schmiermittel in den Gewindegrund des Bewegungsgewindes 3 ist denkbar, so dass im Gewindegrund ein gewisser Vorrat an Schmiermittel gebildet wird, von wo aus bei jeder Bewegung der Drehverbindung Schmiermittel auf die tragenden Gewindeflanken gelangt.

Figur 3 zeigt in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung einen Ausschnitt aus dem Bewegungsgewinde 3 eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Drehverbindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind lediglich die am Außenring 1 angeordneten Gewindeflanken gehärtet und geschliffen (8). Die Gegenseite der Gleitpaarung des Bewegungsgewindes 3 gemäß dieser Ausfuhrungsform wird durch eine auf den Gewindeflanken des Innenrings 2 angeordnete Gleitbeschichtung 9 gebildet, die beispielsweise in Form einer PTFE-Folie vorliegen oder durch Aufbringen einer Gleitlackierung auf die Gewindeflanken hergestellt werden kann. Eine dergestalt ausgebildete Drehverbindung kann insbesondere ohne zusätzliche Schmierstoffe auskommen und verfügt zudem über ein gewisses Maß an Rüttel- bzw. Schwingungsdämpfung. In Fig. 4 ist schließlich gezeigt, aufweiche Weise eine Sensoranordnung 10 dazu verwendet werden kann, aus der Position des Innenrings 2 relativ zum Außenring 1 in axialer Richtung auf die jeweilige Drehwinkelstellung des Innenrings 2 relativ zum Außenring 1 zu schließen. Hierzu muss lediglich die Axialposition des Innenrings 2 über den schematisch dargestellten Sensor 10 ermittelt, mit der bekannten Gewindesteigung des Bewegungsgewindes 3 in Beziehung gebracht und über eine entsprechende Signalverarbeitung 11 mit der Drehsteuerung beispielsweise des Schiffdrehkrans oder der Windkraftanlage verknüpft werden.

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Im Ergebnis wird deutlich, dass mit der Erfindung ganz erhebliche Vereinfachungen und Kosteneinsparungen im Bereich der hochbelastbaren Drehverbindungen erzielt werden können. Insbesondere lässt sich die Montage beispielsweise von Drehkranen oder Windkraftanlagen, oder aber die wartungsbedingte Demontage von Maschinenteilen, die mit einer erfindungsgemäßen Drehverbindung ausgestattet sind, selbst vor Ort auf der Baustelle auf die denkbar einfachste Weise dadurch bewerkstelligen, dass das beispielsweise mit dem Innenring verbundene bewegliche Maschinenteil mitsamt dem Innenring in den feststehenden Außenring hineingeschraubt bzw. aus dem Außenring herausgeschraubt wird.

AB SKF Schweinfurt, 10.07.2001

DE 01 022 DE STP-he.se

Bezugszeichen	Außenring
1	Innenring
2	Bewegungsgewinde
3	Faltenbalg
4	Gleitring
4'	Befestigungsbohrung
5	Befestigungsbohrung
5'	Stirnverzahnung
6	Schmierkanäle
7	Oberfläche gehärtet/geschliffen
&dgr;	Gleitbeschichtung
9	Wegsensor
10	Signalverarbeitung
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Claims

1. Drehverbindung für Krane und dergleichen, mit Außenring (1) und Innenring (2), wobei Außenring (1) und Innenring (2) jeweils zumindest zwei im Wesentlichen rotationssymmetrische Lagerflächen aufweisen, über die Außenring (1) und Innenring (2) gegeneinander drehbar miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerflächen durch Gewindeflanken eines Bewegungsgewindes (3) gebildet werden.

2. Drehverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeflanken von Außenring (1) und Innenring (2) aneinander gleitend zur Anlage bringbar sind.

3. Drehverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Gewindeflanken von Außenring (1) und/oder Innenring (2) gehärtet sind.

4. Drehverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Gewindeflanken von Außenring (1) und/oder Innenring (2) geschliffen sind.

5. Drehverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gewindeflanken von Außenring (1) und Innenring (2) Schmier- oder Gleitmittel anordenbar sind.

6. Drehverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Schmier- oder Gleitmittel von außerhalb der Drehverbindung auf die Gewindeflanken aufbringbar sind.

7. Drehverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmier- oder Gleitmittel durch im Außenring (1) und/oder im Innenring (2) angeordnete kanalartige Ausnehmungen (7) auf die Gewindeflanken aufbringbar sind.

8. Drehverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kanalartigen Ausnehmungen (7) unmittelbar im Bereich der die Lagerflächen bildenden Gewindeflanken und/oder im Gewindegrund enden.

9. Drehverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf Oberflächen der Gewindeflanken des Außenrings (1) und/oder des Innenrings (2) eine Gleitbeschichtung (9) anordenbar ist.

10. Drehverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleitbeschichtung (9) ein PTFE-haltiger Werkstoff und/oder ein Gleitlack verwendet wird.

11. Drehverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehverbindung eine Einrichtung zur Ermittlung der Drehwinkelposition des Außenrings (1) relativ zum Innenring (2) umfasst.

12. Drehverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehverbindung eine Einrichtung (10, 11) zur Messung der Relativposition von Außenring (2) und Innenring (2) in Aalrichtung aufweist.

13. Drehverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehverbindung zumindest eine Dichtungsanordnung (4) aufweist.

14. Drehverbindung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (4) einen Faltenbalg mit vorzugsweise gleitringartigem Anschluss (4') umfasst.