WO2017183013A2

WO2017183013A2 - Gleitlageranordnung mit festkörperschmierstoff

Info

Publication number: WO2017183013A2
Application number: PCT/IB2017/053504
Authority: WO
Inventors: Michael Döring
Original assignee: Revobotik GmbH
Current assignee: Revobotik GmbH
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: WO2017183013A3; DE102016107542A1

Abstract

Gleitlageranordnung mit zumindest zwei Gleitpartnern, die relativ zueinander beweglich sind, aufweisend ein Festkörperschmierstoffelement, wobei zumindest einer der Gleitpartner relativ zu dem Festkörperschmierstoffelement beweglich ist und wobei Mittel vorgesehen sind, um das Festkörperschmierstoffelement gegen den zumindest einen der zum Festkörperschmierstoffelement beweglichen Gleitpartner zu pressen.

Description

Gleitlageranordnung mit Festkörperschmierstoff Die Erfindung betrifft eine Gleitlageranordnung zur Lagerung von relativ zueinander bewegten Bauteilen, die hohen Ansprüchen an Kraftbelastung und Drehgeschwindigkeit genügt. Hierbei ist es eine Anforderung, auf flüssiges oder pastöses Schmiermittel zu verzichten, um eine Verunreinigung der Lagerung, angrenzender Bauteile und Produkte zu vermeiden und um möglichst auf eine Nachschmierung zu verzichten zu können. Zudem sollen die eingesetzten Festkörperschmierstoffe geeignet für den Kontakt mit Lebensmitteln sein.

Bereits bekannt sind zylindrische bzw. allgemeine Keramiklager, z.B. Keramiklager in Kombination mit elastischem Material zum Dämpfen von Stößen und Aus- gleich von Toleranzen, Keramiklager mit eingelagertem Festkörperschmierstoff, Lager mit keramischer Beschichtung.

In Robotern, speziell Delta-Robotern werden zumeist sphärische Gleitlagergelenke im Trockenlauf eingesetzt. Gewöhnlich werden hierbei metallische Kugeln einge- setzt, die mit einem weicheren Gleitpartner zusammenwirken, der üblicherweise aus Kunststoff besteht. Auch sind sphärische Gleitlager in solchen Robotern bekannt, die Keramikkugeln einsetzen, gleichsam in Verbindung mit Kunststoffen o- der anderen Gleitpartnern mit deutlich geringerer Härte (z.B. einer Materialhärte kleiner 900 HV).

Die eingesetzten Lager weisen hierbei eine geringe Belastungsfähigkeit gegenüber Kräften und Gleitgeschwindigkeiten auf. Beides ist aber gleichsam wichtig für Hochgeschwindigkeitsanwendungen, da die Gelenkbelastungen mit steigender Robotergeschwindigkeit steigen, Lagerkräfte i.d.R. quadratisch, Gleitgeschwindigkeiten i.d.R. linear. Zudem problematisch im Stand der Technik ist die gleichzeitige Erfüllung von Ansprüchen an die Eignung für den Kontakt und die Vermischung mit Lebensmitteln. Gleitlagerwerkstoffe mit hoher Belastbarkeit sind im Allgemeinen hierfür nicht geeignet. Die meisten Gleitlager wurden für den zylindrischen Betrieb entwickelt. Auch hier werden für den Trockenlauf zumeist metallische Wellen und zumeist weichere Gleitpartner eingesetzt. Dieses trifft vor allem für die mit Lebensmittel in Kontakt stehenden Anwendungen zu. Die eingesetzten Kunststoff gleitlager haben den Nachteil, dass die Belastungsfähigkeit mit der Gleitgeschwindigkeit sinkt und somit nicht zugleich hohe Kräfte und hohe Gleitgeschwindigkeiten vorliegen können.

Auch kann der zuvor als weicher bezeichnete Gleitpartner aus einer Kombination aus einem Festkörperschmierstoff (z.B. PTFE) und einem offenporigem Werkstoff (z.B. Metall, Keramik) oder offenporig gefügtem Material (z.B. Gewebe) bestehen.

Die Ausführung eines Gleitpartners aus einem metallischen Material in Kombination mit einem weicheren, zumeist kunststoffbasierten Gegenlaufkörper ist zwar relativ einfach in der Herstellung, bietet allerdings den Nachteil, dass sich der Kunststoff gerade bei hohen Belastungen und gleichzeitig hohen effektiven Geschwin- digkeiten erwärmt und somit schnell verschleißt. Gleiches gilt für die Herstellung oder Beschichtungen aus anderen thermisch sensiblen Festkörperschmierstoffen.

Wie am Stand der Technik ablesbar, ist die Ausführung eines zylindrischen Lagers bzw. einer zylindrischen Lageranordnung aus keramischen Werkstoffen gleichsam problematisch, da Toleranzen und Verformungen zu ungünstiger Belastung des keramischen Lagerteils führen können. Allgemein bieten Gleitlagerkombinationen mit keramischen Werkstoffen ohne zusätzlichen Schmierstoff den Nachteil, dass der Reibkoeffizient im Trockenlauf hohe Werte annimmt. Dieses Problem wurde im Stand der Technik bereits aufgegriffen, wobei Festkörperschmierstoffe eingesetzt werden, die zumeist nicht für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet sind (z.B. Graphit).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleitlageranordnung bereitzustellen, bei welcher die oben erwähnten Nachteile zumindest teilweise beseitigt sind.

Die Aufgabe wird durch eine Gleitlageranordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Erfindungsgemäß bereitgestellt wird demnach eine Gleitlageranordnung mit zu- mindest zwei Gleitpartnern, die relativ zueinander beweglich sind, aufweisend ein Festkörperschmierstoffelement, wobei zumindest einer der Gleitpartner relativ zu dem Festkörperschmierstoffelement beweglich ist und wobei Mittel vorgesehen sind, um das Festkörperschmierstoffelement gegen den zumindest einen der zum Festkörperschmierstoffelement beweglichen Gleitpartner zu pressen.

Bei der Erfindung ist also eine Feststoffschmierung realisiert, bei der ein Festkörperschmierstoffelement auf den zumindest einen sich bewegenden Gleitpartner auf- gepresst wird. Durch dieses Aufpressen wird permanent Festkörperschmierstoff vom Festkörperschmierstoffelement abgerieben und zur Schmierung der Gleitpartner bzw. deren aneinander reibenden Oberflächen bereitgestellt. Die Gleitlager- anordnung kann so wartungsfrei ausgeführt werden, weil sie durch das Aufpressen von Festkörperschmierstoff permanent und gleichmäßig geschmiert wird. Die erfindungsgemäße Gleitlageranordnung kann also im Trockenlauf, also ohne Schmierung mit flüssigen oder pastösen Stoffen, betrieben werden. Die Erfindung umfasst also die separate Zuführung eines Festkörperschmierstoffs, der entweder direkt auf eine Gleitfläche oder in den Innenraum einer Gleitlageranordnung so zugeführt wird, dass die Gleitfläche mit dem Festkörperschmierstoff benetzt wird.

So können mindestens 90% der Betriebslast durch die Gleitpartner aufgenommen werden. Das Festkörperschmierstoffelement trägt nicht oder nicht wesentlich zur Aufnahme der Betriebslast bei. Als Betriebslast wird eine auf die Gleitlageranordnung wirkende äußere Last beschrieben, die nicht der inneren Funktion der Gleitlageranordnung dient (die innere Funktion ist z.B. der Zusammenhalt der Lagerung).

Als Festkörperschmierstoff wird aufgrund seiner Eignung für den Einsatz in der Lebensmittelverarbeitung und seiner guten Gleiteigenschaften der Werkstoff Poly- tetrafluorethylen (PTFE) bevorzugt.

Jeder Gleitpartner umfasst eine Gleitfläche, die ausgestaltet ist, im Betrieb auf einer Gleitfläche eines anderen Gleitpartners zu gleiten.

Die relativ zueinander und relativ zum Festkörperschmierstoffelement beweglichen Gleitpartner können drehbar beweglich sein und/oder schwenkbar beweglich sein. Erfindungsgemäß kann es sich also insbesondere um eine Rotationslageranordnung oder um eine Schwenklageranordnung handeln.

Des Weiteren kann ein Gleitpartner einen Abschnitt oder ein separates Element umfassen, das nicht gleitend ausgestaltet ist. Dies kann z.B. ein Welle oder ein Wellenabschnitt sein, auf welcher die Gleitfläche angeordnet ist. Das Festkörperschmierstoffelement ist ein Element, welches Schmierstoff in Form von Abrieb bereitstellt, der durch Reibung des Festkörperschmierstoffelements an einer Fläche entsteht. Die Mittel können aufweisen: Eine Zuführungseinrichtung, die ausgebildet ist, das Festkörperschmierstoffelement aufzunehmen, wobei der zumindest eine zum Festkörperschmierstoffelement drehbare Gleitpartner relativ zu der Zuführungseinrichtung beweglich ist. Die Gleitpartner können zumindest teilweise einen Raum definieren, in welchem das Festkörperschmierstoffelement zumindest teilweise angeordnet ist und welcher zum Sammeln von Festkörperschmierstoff abrieb geeignet ist.

Das Festkörperschmierstoffelement kann zumindest teilweise in einem der Gleit- partner angeordnet sein und ausgestaltet sein, Festkörperschmierstoffabrieb direkt auf eine Gleitfläche eines anderen Gleitpartners abzugeben.

Zumindest einer der Gleitpartner kann ein äußerer Gleitpartner sein und als äußerer Lagerring ausgebildet sein.

Die Zuführungseinrichtung kann mit dem äußeren Gleitpartner und/oder mit einem Lagergehäuse starr verbunden sein.

Einer der Gleitpartner kann ein innerer Gleitpartner sein und ein kugelförmiges Gleitelement aufweisen.

Der innere Gleitpartner kann einen Wellenabschnitt aufweisen, der relativ zum äußeren Gleitpartner drehbar ist. Das Festkörperschmierstoffelement ist vorteilhafterweise ein lebensmittelverträgliches Element, beeinträchtigt also nicht die Qualität und die Verträglichkeit von Lebensmitteln. Einer der Gleitpartner kann geometrisch verformbar ausgeführt sein, um eine radiale Verspannung der Gleitlageranordnung zu vermeiden - bei minimalem Betriebsspiel und gleichzeitig maximalem Kontakt der Gleitflächen zueinander.

Die Gleitlageranordnung kann weiter Vorkehrungen zur Abdichtung der Gleitla- geranordnung gegen Austritt von Festkörperschmierstoff aufweisen.

Die Gleitlageranordnung kann ausgestaltet sein, um in einem Roboter, insbesondere in einer Parallelkinematik, weiter insbesondere bei Delta-Robotern eingesetzt zu werden.

Derartige Roboter finden insbesondere in der Lebensmittelverarbeitung Anwendung.

Zumindest einer der Gleitpartner kann eine Gleitfläche aufweisen, die mit einer Oberflächenstruktur versehen ist, die die Benetzung mit Festkörperschmierstoff begünstigt. Eine solche Struktur umfasst insbesondere in den Lagerspalt führende Rillen.

Die Gleitlageranordnung kann speziell zwei Paare von Gleitpartnern aufweisen, wobei jedes Paar jeweils einen Gleitpartner aufweist, der ein kugelförmiges Gleitelement aufweist, und wobei die Paare von Gleitlagern gegeneinander verspannt angeordnet sind. Eine Weiterbildung der Erfindung umfasst eine Gleitlageranordnung, bei der mindestens ein Gleitpartner, vorzugsweise alle Gleitpartner aus keramischen Werkstoffen bzw. aus anderen Werkstoffen mit einer Oberflächenhärte > 900 HV bestehen und die im Trockenlauf betrieben wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist einer der Gleitpartner geometrisch verformbar ausgeführt, um eine radiale Verspannung zu vermeiden, die zum Versagen des Lagers führen könnte. Vorzugsweise kann dieser Gleitpartner der ringförmig ausgebildete äußere Gleitpartner sein. Um eine solche Elastizität zu erreichen, wird die Öffnung des ringförmigen Elementes vorgeschlagen. Zudem wird vorgeschlagen die Aufnahme des ringförmigen Elementes so auszubilden, dass die Verformung des ringförmigen Elementes zugelassen wird (z.B. durch eine leichte Spielpassung).

Dies kann aber auch durch andere Maßnahmen erreicht werden, z.B. durch ein erhöhtes Betriebsspiel, sofern der hierdurch reduzierte Flächenkontakt zwischen den Gleitpartnern akzeptabel ist. Keramische oder vergleichbare Lagerwerkstoffe bieten die Möglichkeit, diesen Verschleiß zu reduzieren und gleichzeitig die Reibungsverluste gering zu halten, wenn die erfindungsgemäß ausgestaltete Festkörperschmierung zum Einsatz kommt. Das Festkörperschmierstoffelement kann aus einem anderen Werkstoff beschaffen sein als die zumindest zwei Gleitpartner an ihrer Kontaktfläche.

Mindestens ein Gleitpartner kann aus keramischen Werkstoffen mit einer Oberflächenhärte größer als 900HV bestehen. Die Gleitlageranordnung kann für den Einsatz in Unterarmen von Delta-Robotern geeignet sein, wobei jeweils zwei Unterarme mit jeweils zwei sphärischen Lagern mit Hilfsmitteln verspannt sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn für die Gleitpartner und der Festkörperschmierstoff der Gleitlageranordnung Materialien gewählt werden, die für den Einsatz in der Lebensmittel-, Futtermittel- oder Pharmaindustrie zugelassen sind, also mit Lebensmitteln, Futtermitteln und/oder Pharmazeutika verträglich sind. Dann kann eine Benetzung oder Vermischung mit dem zu verarbeitenden Produkt oder der Produktoberfläche im Betrieb der Gleitlageranordnung toleriert werden.

Bei der erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung kann mindestens 90% der Betriebslast durch die Gleitpartner aufgenommen werden. Dies bedeutet, dass das Festkörperschmierstoffelement nur unwesentlich zur Aufnahme der Betriebslast beiträgt. Dies ergibt sich daraus, dass das Festkörperschmierstoffelement nicht eine Lauffläche eines oder mehrerer Gleitpartner bildet.

Somit wird durch die Erfindung bzw. die Weiterbildungen der Erfindung eine Gleitlageranordnung bereitgestellt, die zum einen im Trockenlauf einen verschmut- zungs- und wartungsarmen Betrieb ermöglicht, spielarm ausgeführt werden kön- nen, einen geringen Reibkoeffizienten aufweisen und gleichzeitig hohe Belastungen durch Lagerkräfte und hohe Gleitgeschwindigkeiten ertragen können.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 ein Detail zum Ausführungsbeispiel der Fig. 4,

Fig. 6 eine Verdrehsicherung durch ein Formelement, Fig. 7 eine Verdrehsicherung in axialer Ausrichtung,

Fig. 8 eine Verdrehsicherung am äußeren Gleitpartner,

Fig. 9 eine Verdrehsicherung unter Nutzung eines Formelements des Lagergehäuses,

Fig. 10 eine Maßnahme zur Spielreduktion,

Fig. 11 ein Scheiben- oder ringförmiges Festkörperschmierstoffelement,

Fig. 12 eine Fase am äußeren Lagerring,

Fig. 13 eine Zuführung des Festkörperschmierstoffs seitlich an den äußeren Gleitpartner,

Fig. Heine axiale Zuführung des Festkörperschmierstoffs in die Kontaktfläche zwischen den Gleitpartnern und

Fig. 15 eine radiale Zuführung des Festkörperschmierstoffs in die Kontaktfläche zwischen den Gleitpartnern. Für alle Ausführungsbeispiele und Ausprägungen der Erfindung gilt, dass mindestens einer der Gleitpartner, bevorzugt beide, aus keramischem Werkstoff bestehen oder jedenfalls aus anderen Werkstoffen mit einer Oberflächenhärte größer als 900 HV. Die Gleitpartner werden im Trockenlauf betrieben. Als Festkörperschmierstoffelement 8 bzw. Festkörperschmierstoff kommt insbesondere PTFE zum Einsatz, das überdies als lebensmittelverträglich gilt. Das Festkörperschmierstoffelement 8 ist also ein Element, welches Schmierstoff aufgrund von Abrieb bereitstellt.

Weil die beschriebenen Gleitlager bevorzugt Drehbewegungen ermöglichen, um fasst der Begriff "beweglich" im Folgenden speziell auch die Variante "drehbar be weglich". Aber auch schwenkbar bewegliche Anordnungen sind umfasst.

Fig. 1 zeigt eine Gleitlageranordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine zylindrische Lageranordnung. Es sind zwei Paare von Gleitpartnern 1; 2, 3 vorhanden, und zwar jeweils als äußerer Gleitpartner ein äußerer Lagerring 1, der am Lagergehäuse 6 fest angeordnet ist, und als innerer Gleitpartner jeweils ein Abschnitt der Welle 2. Der innere Gleitpartner 2 umfasst auch einen Abschnitt, der nicht gleitend bezüglich des äußeren Gleitpartners 1 ist. Das Festkörperschmierstoffelement 8 wird durch Mittel 4 gegen den inneren Gleitpartner, also die Welle 2 gepresst. Der Raum 7, in welchem sich das Festkörperschmierstoffelement 8 zumindest teilweise befindet, wird durch die Gleitpartner sowie durch das Lagergehäuse 6, welches zumindest die Gleitpartner umgibt, definiert. Die Mittel 4 umfassen eine Zuführungseinrichtung, die ist mittig mit Bezug auf die beiden äußeren Lagerringe 1 angeordnet und starr mit dem Lagergehäuse 6 verbunden ist. Die Mittel 4 sind ausgestaltet, eine Kraft Fz auf das Festkörperschmierstoffelement 8 auszuüben, so dass das Festkörperschmierstoffelement 8 permanent gegen die Welle 2 gepresst wird. Aufgrund der Reibung bei der Drehung der Welle 2 wird am Festkörperschmierstoffelement 8 Abrieb erzeugt, der sich im Raum 7 sammelt, die Gleitflächen der Gleitpartner benetzt und somit für deren permanente Schmierung sorgt. Zur Bereitstellung der Kraft Fz können die Mittel 4 ein Federelement aufweisen, welches in radialer Richtung bezogen auf den Gleitpartner 2, also die Welle 2 bzw. deren Rotationsachse wirkt.

Fig. 2 zeigt eine zylindrische Gleitlageranordnung gemäß dem zweiten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung. Diese Gleitlageranordnung umfasst zwei Paare von Gleitpartnern 1, 3. Die Gleitlageranordnung wirkt gegenüber derjenigen der Fig. 1 winkelausgleichend und ist hierdurch weniger anfällig auf Verspannungen innerhalb der Gleitlageranordnung. Die inneren Gleitpartner weisen hier kugelförmige Gleitelemente 3 auf, die auf der Welle 2 in vorbestimmtem axialem Abstand zuei- nander angeordnet sind. Die Mittel 4 sind ähnlich ausgestaltet wie beim ersten Ausführungsbeispiel, allerdings sind sie jeweils in den äußeren Lagerringen 1 angeordnet und geben den Schmierstoff direkt auf die Gleitfläche des Gleitpartners 3 ab.

Durch Kräfte Fv, die axial zur Welle 2 bzw. deren Rotationsachse auf die äußeren Gleitpartner wirken, werden die Gleitpartner axial in Position zueinander gehalten. Die Anordnung der Mittel kann in gleicher Weise in einer sphärischen Anordnung gemäß Fig. 3 oder Fig. 4 eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine sphärische Gleitla- geranordnung, bei welcher der innere Gleitpartner 3 kugelförmig ist und der äußere Gleitpartner durch zwei Lagerringe 1 gebildet ist. Der innere Gleitpartner 3 sitzt auf der Welle 2. Der Raum 7 ist durch die beiden Lagerringe 1, den kugelförmigen inneren Gleitpartner 3 sowie das Lagergehäuse 6 begrenzt. Das Festkörperschmierstoffelement 8 wird in den Raum 7 zwischen den beiden Lagerringen 1 zugeführt, und zwar direkt auf die Gleitfläche des inneren Gleitpartners 3. Die Kräfte Fv und Fz wirken wie zuvor beschrieben.

Fig. 4 zeigt als viertes Ausführungsbeispiel schematisch eine z.B. in Delta- Robotern eingesetzte Gleitlageranordnung für die Unterarme (ohne Unterarmverspan- nung und Skizze der Unterarme, welche mit den äußeren Lageraufnahmen des Lagerrings 1 verbunden sind). Hierbei ist die in Fig. 3 dargestellte Anordnung mit doppeltem inneren Gleitelementausgeführt mit separater Zuführung jeweils eines Festkörperschmierstoffelements 8 für jedes Paar von Gleitpartnern. Auch hier wird das Festkörperschmierstoffelement 8 direkt auf die Gleitfläche des inneren Gleit- partners 3 im Raum 7 zwischen dem Lagerring 1 und dem Lagergehäuse 6 zugeführt. Die Kräfte Fv und Fz wirken wiederum wie zuvor beschrieben.

Die Gleitlageranordnung nach Fig. 4 hat als besonders bevorzugtes Einsatzfeld Roboter, insbesondere Parallelroboter und insbesondere Delta- Roboter. Diese Roboter erzielen hohe Verfahrgeschwindigkeiten und weisen insbesondere an den sphärischen Gelenken einen leistungskritischen Punkt auf. Gerade bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten und im Verhältnis großen bewegten Massen bzw. resultierend hohen Gelenkkräften kann aufgrund einer geringen Belastbarkeit der Lagerstellen die maximal erreichbare Verfahrgeschwindigkeit nicht erreicht werden oder geht mit einem vorschnellen Verschleiß der Lagerstellen einher. Fig. 5 zeigt exemplarisch eine Möglichkeit, um eine Verformbarkeit des ringförmigen Gleitpartners 1 zu erlauben. Hierdurch kann eine radiale Verspannung der Gleitlageranordnung vermieden werden, die zum Versagen des Lagers führen könnte. Die linke Abbildung zeigt vereinfacht die Lageranordnung der Fig. 4, die rechte Abbildung zeigt die Schnittansicht A-A. Hierbei ist der äußere Gleitpartner, also hier der Lagerring 1, an einer Stelle 5 aufgetrennt, so dass er sich im Betrieb geometrisch verformen kann. Diese Stelle 5 kann zugleich die Zuführeinrichtung 4 umfassen oder bilden. Diese ist in Fig. 5 nicht illustriert. Vorzugsweise ist der Lagerring 1 so verbaut, dass ein Sicherungselement zur Verdrehsicherung eingesetzt wird.

Alle Ausführungsbeispiele können Vorkehrungen zur Abdichtung der Gleitlager gegen Austritt von Festkörperschmierstoff nach außerhalb der Gleitlageranordnung enthalten.

Ebenfalls kann bei allen Ausführungsbeispielen zumindest einer der Gleitpartner eine Gleitfläche aufweisen, die mit einer Oberflächenstruktur versehen ist, die die Benetzung mit Festkörperschmierstoff begünstigt, insbesondere in den Lagerspalt führende Rillen.

Bei der Ausführung mit zwei harten Gleitpartnern und separater Festkörperschmierung kann weiter vorteilhafterweise einer der harten Gleitpartner 1, 2, 3 so ausgeführt werden, dass er vornehmlich störende thermische Verformungen aufnehmen kann. Da die Gleitpartner vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, spielfrei gegeneinander laufen, sollte an einer anderen Stelle ein Ausgleich erfolgen. Dieses kann zur Folge haben, dass zwischen dem äußeren Gleitpartner 1 und dem Lagergehäuse 6 Spiel vorherrscht bzw. ein Kraftschluss. Da ein Drehen des äußeren Gleitpartners (Lagerring) 1 gegenüber dem Lagergehäuse 6 im Betrieb nicht erwünscht ist (dieses würde zu ungewolltem Abrieb und Versagen der Lagerung führen), kann eine Verdrehsicherung vorgesehen werden. Diese Verdrehsicherung kann an der Stelle 5 oder an einer beliebigen anderen Stelle eingebracht werden. Die Verdrehsicherung sollte möglichst einfach aufgebaut sein, da die Lagerung vielfach je Roboter Anwendung findet und die Demontage der Lagerung nicht störend beeinflussen. Letzteres bedeutet, dass ohne zus. Werkzeug die Verdrehsicherung bei der Demontage lösbar sein sollte. In Fig. 6 ist diese Verdrehsicherung durch ein Sicherungselement 9, z.B. einen Bolzen oder ein anderes Formelement ausgeführt, der/das radial in die aufgetrennte Ringstelle 5 an dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 so hineinragt, dass sich keine Winkelverdrehung zwischen dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 und dem Lagergehäuse 6 einstellen kann. Hierbei wird das Formelement selbst radial zu dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 eingebracht (vgl. rechte Abbildung).

Eine weitere vorzugsweise Ausprägung ist das Einbringen des Sicherungselementes 9 in axialer Ausrichtung zwischen dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 und dem Lagergehäuse, vgl. Fig. 7. Hierdurch kann bei gleicher Querschnittsfläche des Sicherungselementes eine deutlich größere Kontaktfläche erreicht werden, da das Sicherungselement bis über die gesamte Breite des Lagers ausgeführt werden kann.

In Fig. 8 ist diese Verdrehsicherung 9 durch ein zusätzliches Formelement am äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 ausgeführt, welches mit dem Lagergehäuse 6 der- art formschlüssig überlappt, dass keine Verdrehung zwischen dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 und dem Lagergehäuse 6 stattfinden kann. Diese Ausprägung hat den Vorteil, dass kein zusätzliches Bauteil vorgesehen werden muss, die Lagerung demontierbar ist und wie bei Fig. 7 eine große Kontaktfläche zwischen dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 und dem Lagergehäuse 6 vorliegt. Sofern die Form des äußeren Gleitpartners (Lagerring) 1 möglichst einfach gehalten werden soll, was insbesondere bei einer Realisierung aus Keramik interessant ist kann die umgekehrte Ausprägung unter Nutzung eines Formelementes des Lagergehäuses 6 als Verdrehsicherung 9 vorgesehen werden. Dies zeigt Fig. 9.

In Verbindung mit Fig. 10 wird eine Maßnahme zur Spielreduktion zwischen äußerem Gleitpartner (Lagerring) 1 und Lagergehäuse 6 beschrieben. Da der äußere Gleitpartner (Lagerring) 1 wechselbar sein sollte und die thermische Ausdehnung der Gleitpartner bei Erwärmung nicht zwischen äußerem Gleitpartner (Lagerring) 1 und innerem Gleitpartner (Lagerkugel) 3 aufgenommen wird, kann, vorzugsweise zwischen dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 und dem Lagergehäuse 6, ein Ausgleich dieser Verformungen aufgenommen werden. Hierbei können die Anforderungen folgendermaßen sein:

keine Verringerung der Belastungsfähigkeit der Gesamtlagerung,

- hohe verbleibende Steifigkeit der Gesamtlagerung,

Spielarme bzw. Spielfreie Gestaltung.

Im einfachsten Fall wird eine Spielpassung zwischen dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 und dem Lagergehäuse 6 derart gewählt, dass bei einer vorgegebenen Erwärmung keine Verspannung der Lagerung, d.h. zwischen äußerem Gleitpartner (Lagerring) 1 und innerem Gleitpartner (Lagerkugel) 3 entstehen kann. Folglich ist ein Spiel vorgesehen, was aber im Roboterbetrieb störend sein kann und aufgrund der wechselnden Lastrichtungen im Roboterbetrieb zu Mikrobewegungen zwischen äußerem Gleitpartner (Lagerring) 1 und Lagergehäuse 6 führen kann. Dieses kann die Passung zwischen äußerem Gleitpartner (Lagerring) 1 und Lagergehäuse 6 durch Verschleiß negativ beeinflussen und sogar Fremdabrieb in die Lagerung tragen, was zum Ausfall der Lagerung führen kann. Aus diesem Grund werden ein oder mehrere elastische Elemente 12 zwischen äußerem Gleitpartner (Lagerring) 1 und Lagergehäuse 6 vorgeschlagen, um dieses zu verhindern. Hierbei werden zum einen ein oder mehrere Ringe aus einem weichen elastisch verformbaren Material vorgeschlagen (z.B. Kautschuk, Silikon, PTFE), die beim Einsetzen von dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 verformt werden und eine Verspannung des Spiels zwischen äußerem Gleitpartner (Lagerring) 1 und Lagergehäuse 6 bewirken. Dies kann z.B. durch eine in dem Lagergehäuse 6 eingefügte umlaufende Nut 13 erfolgen, in der ein O-Ring eingesetzt wird. Im Weiteren könnte dieser elastische Ring auch erreicht werden, indem z.B. metallische Werkstoffe (evtl. auch Carbon) eingesetzt werden. Hierbei kann dieser Ring erfindungsgemäß auch aus verformbaren Teilelementen bestehen, die am Umfang positioniert werden. Neben einem weichen elastisch leicht verformbaren Material können zudem härtere Materialien (z.B. metallische Werkstoff, Karbonwerkstoffe) eingesetzt wer- den, um einen in gleicher Weise elastischen Ring oder Segmente zu formen (in Analogie zu einem Metallbalg). Die Form ist hierbei an die Steifigkeitsf orderung anzupassen.

Im Folgenden wird eine Ausführung der Schmiermittelzuführung vorgeschlagen.

In Fig. 11 wird beispielhaft für eine sphärische Lagerung mittels eines scheiben- oder ringförmigen Elementes aus Festkörperschmierstoff 7, das zumindest in seinen äußeren Bereichen Kontakt mit dem inneren oder äußeren Gleitpartner hat und in dem Lagergehäuse 6 befestigt ist, die Schmierung hergestellt. Da zwischen dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 und dem Lagergehäuse 6 keine Relativbewegung vorliegt, wird zwischen dem Element 8 und dem inneren Gleitpartner eine solche vorliegen und zu Abrieb von Festkörperschmierstoff führen. Dieser Abrieb soll für die geeignete Schmierung in den Gleitkontakt zwischen den beiden harten Gleitpartnern 1 und 3 geführt werden. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn eine Schwenk- bewegung derart vorliegt, dass allein durch diese Schwenkbewegung Partikel von Festkörperschmierstoff an der Kugel mitgenommen werden und in den Gleitkontakt zwischen dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 und dem inneren Gleitpartner (Lagerkugel) 3 getragen werden. Hierzu wird ein möglichst geringer Abstand zwischen der Kontaktfläche zwischen dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 und dem inneren Gleitpartner (Lagerkugel) 3 und zwischen dem inneren Gleitpartner (La- gerkugel) 3 und dem Festkörperschmierstoffelement 8 vorgeschlagen, der so ausgeführt ist, dass im Betrieb zumindest eine Überdeckung der auf der Kugel abgetragenen Reibfläche zwischen dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 und dem inneren Gleitpartner (Lagerkugel) 3 und dem inneren Gleitpartner (Lagerkugel) 3 und dem Festkörperschmierstoffelement 8 ermöglicht wird.

Vorteilhafterweise wird die Zuführung aus einem Festkörperschmierstoff mit sehr guten Schmiereigenschaften gewählt. Hierbei kann z.B. PTFE eingesetzt werden oder entsprechende andere Festkörperschmierstoffe. Wird ein Festkörperschmier- stoff mit einem kriechendem, d.h. über die Einwirkungszeit einer Belastung nicht maßgeblich elastischen Werkstoff verwendet, so kann auch bei kleinen Schwenkwinkeln ein hoher Schmiermitteleintrag in die Kontaktfläche zwischen dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 und dem inneren Gleitpartner (Lagerkugel) 3 realisiert werden. Hierzu hat das Festkörperschmierstoffelement 8 gegenüber dem äu- ßeren Gleitpartner 3 einen Außendurchmesser, der nur geringfügig kleiner ist als der kleinste Innendurchmesser des inneren Gleitpartners (Lagerring) 3. Somit wird eine hohe Überdeckung der Oberfläche eines der Gleitpartner mit der diesem in Kontakt stehenden Oberfläche des Festkörperschmierstoffelementes erreicht, aber auch infolge des kriechenden Verhaltens des Festkörperschmierstoffs eine Abdich- tung zwischen dem Festkörperschmierstoffelement 8 und dem äußeren Gleitpartner 1. Hierdurch kann durch Verformung des Festkörperschmierstoffs und Festkörperschmierstoffabrieb ein Schmiermitteldruck hinein in die Kontaktoberfläche der Gleitpartner erreicht werden. Abrieb wird hierdurch nicht aus der Lagerung herausgequetscht oder getragen, sondern in die Kontaktfläche geleitet. Dieses Verhalten kann noch dadurch verbessert werden, wenn an dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 Formelemente vorhanden sind, die die Leitung hinein in die Kontaktfläche unterstützen. In Fig. 12 ist beispielhaft eine Fase angetragen, die einen Innenraum 11 hervorruft, in der sich zum einen Schmiermittel sammelt, aber durch den sich verjüngenden Spalt und des aufgebauten Schmiermitteldrucks hineingedrückt wird. Zudem wird durch diese Fase die Belastung infolge Schmiermitteldruck auf die Abdichtung zwischen dem äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 und dem Festkörperschmierstoffelement 8 verringert, was die Funktion der Abdichtung verbessert. Hierdurch kann folgend ein höherer Druck aufgebaut werden, was die Funktion der Schmiermittelzuführung verbessert.

Eine Ausprägung mit ähnlichem verbessertem Schmiermechanismus durch einen (kriechfähigen) Festkörperschmierstoff kann bei einer Ausprägung gemäß Fig. 13 erreicht werden. Hierzu wird das ringförmige Festkörperschmierstoffelement 8 derart seitlich axial an den äußeren Gleitpartner (Lagerring) 1 gedrückt, dass durch die plastische Verformung des Festkörperschmierstoffelements 8 und den Abrieb infolge der Relativbewegung zum inneren Gleitpartner 2 ein Schmiermitteldruck in die Kontaktfläche der Gleitpartner erreicht wird. Besonders vorteilhaft ist wiederum, wenn zumindest am äußeren Gleitpartner ein Formelement vorgesehen ist, welches das sich verformende Festkörperschmierstoffelement und dessen Abrieb in die Kontaktzone leitet.

Eine weitere Möglichkeit der Zuführung von Festkörperschmierstoff in die Kon- taktfläche zwischen den Gleitpartnern ist in Fig. 14 gezeigt. An dem äußeren Gleitpartner 1 liegt ein Formelement 14 derart vor, dass ein Abschnitt der Kontaktfläche der Gleitpartner auf dem inneren Gleitpartner 2 zugänglich ist. In diesen Abschnitt der Kontaktfläche wird mittels einer Zuführeinrichtung 4 ein Festkörperschmierelement 8 auf die Oberfläche des inneren Gleitpartners 2 axial zum äußeren Gleitpartner 1 (und inneren Gleitpartner 2) gedrückt. Durch die Relativbewegung zwischen innerem Gleitpartner 2 und äußerem Gleitpartner 1 und einer Relativbewe- gung zwischen Festkörperschmierelement 8 und innerem Gleitpartner 2 wird Abrieb am Festkörperschmierelement erzeugt, der direkt in die Kontaktfläche der Gleitpartner getragen wird. Dieses insbesondere dann, wenn eine deutliche Rotationsbewegung der Lagerung vorliegt. Noch eine weitere Möglichkeit der Zuführung von Festkörperschmierstoff in die Kontaktfläche zwischen den Gleitpartnern ist in Fig. 15 gezeigt. Hier erfolgt die Zuführung des Festkörperschmierstoffs 8 mittels Zuführungseinrichtung 4 ähnlich wie bei Fig. 4 in radialer Richtung zum äußeren Gleitpartner (und inneren Gleitpartner 2), allerdings durch die Kontaktfläche hindurch. Bezugszeichenliste

1 äußerer Gleitpartner, speziell Lagerring

2 innerer Gleitpartner, speziell Lagerwelle

3 innerer Gleitpartner, speziell Lagerkugel

4 Pressmittel, Zuführungseinrichtung

5 aufgetrennte Ringstelle

6 Lagergehäuse

7 Raum (Schmierraum)

8 Festkörperschmierstoffelement

9 Sicherungselement, Verdrehsicherung

11 Zwischenraum

12 elastische(s) Element(e)

13 (umlaufende) Nut

14 Formelement

A-A Schnittlinie

Fz radiale Anpresskraft

Fv axiale Kraft

Claims

Ansprüche

1. Gleitlageranordnung mit zumindest zwei Gleitpartnern (1; 2, 3), die relativ zueinander beweglich sind, aufweisend ein Festkörperschmierstoffelement (8), wobei zumindest einer der Gleitpartner relativ zu dem Festkörperschmierstoffelement (8) beweglich ist und wobei Mittel (4) vorgesehen sind, um das Festkörperschmierstoffelement (8) gegen den zumindest einen der zum Festkörperschmierstoffelement (8) beweglichen Gleitpartner (1; 2, 3) zu pressen.

2. Gleitlageranordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Mittel (4) aufweisen: Eine Zuführungseinrichtung (4), die ausgebildet ist, das Festkörperschmierstoffelement aufzunehmen, wobei der zumindest eine zum Festkörperschmierstoffelement (8) drehbare Gleitpartner (1; 2, 3) relativ zu der Zuführungseinrichtung (4) beweg- lieh ist.

3. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gleitpartner zumindest teilweise einen Raum (7) definieren, in welchem das Festkörperschmierstoffelement (8) zumindest teilweise angeordnet ist und welcher zum Sammeln von Festkörperschmierstoffabrieb und zum Zurückführen des Festkörperschmierstoffabriebs auf zumindest einen der Gleitpartner (1; 2, 3) geeignet ist.

4 Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Festkörperschmierstoffelement (8) zumindest teilweise in einem der Gleitpartner (1) angeordnet ist und ausgestaltet ist, Festkörperschmierstoffabrieb direkt auf eine Gleitfläche eines anderen Gleitpartners (2, 3) abzugeben.

5. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei einer der Gleitpartner (1) ein äußerer Gleitpartner ist und als äußerer Lagerring (1) ausgebildet ist.

6. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zuführungseinrichtung (4) mit einem äußeren Gleitpartner (1) und/oder mit einem Lagergehäuse (6) der Gleitlageranordnung starr verbunden ist.

7. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zu- mindest einer der Gleitpartner geometrisch verformbar ausgeführt ist.

8. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, weiter aufweisend: Vorkehrungen zur Abdichtung der Gleitlageranordnung gegen Austritt von Festkörperschmierstoff nach außerhalb der Gleitlageranordnung.

9. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest einer der Gleitpartner ( 1 ; 2, 3) eine Gleitfläche aufweist, die mit einer Oberflächenstruktur versehen ist, die die Benetzung mit Festkörperschmierstoff begünstigt, insbesondere in den Lagerspalt führende Rillen.

10. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest einer der Gleitpartner aus keramischen Werkstoffen ist.

11. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeder Gleitpartner (1; 2, 3) eine Gleitfläche umfasst, die ausgestaltet ist, im Betrieb auf einer Gleitfläche des jeweils anderen Gleitpartners zu gleiten und wobei die relativ zueinander und relativ zum Festkörperschmierstoffelement (8) beweglichen Gleitpartner (1; 2, 3) drehbar beweglich sein und/oder schwenkbar beweglich sein können.

12. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Festkörperschmierstoffelement (8) aus einem anderen Werkstoff beschaffen ist als die zumindest zwei Gleitpartner (1; 2, 3) an ihrer Kontaktfläche.

13. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei der mindestens ein Gleitpartner aus keramischen Werkstoffen mit einer Oberflächenhärte größer als 900HV besteht.

14. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, für den Einsatz in Unterarmen von Delta- Robotern, wobei jeweils zwei Unterarme mit jeweils zwei sphärischen Lagern mit Hilfsmitteln verspannt sind.

15. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Gleitpartner und der Festkörperschmierstoff für den Einsatz in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie zulässig sind, derart, dass eine Benetzung oder Vermischung mit dem zu verarbeitenden Produkt oder Produktoberfläche möglich ist.

16. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens 90% der Betriebslast durch die Gleitpartner aufgenommen werden.

17. Gleitlageranordnung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Verdrehsicherung (9) vorgesehen ist, welche verhindert, dass es eine Verdrehung zwischen dem äußeren Gleitpartner (1) und einem Lagergehäuse (6) gibt.

18. Gleitlageranordnung gemäß einem der Ansprüche, wobei die Mittel (4) ausgestaltet sind, den Festkörperschmierstoff (8) durch eine Öffnung in die Kontaktflä- che zwischen innerem und äußerem Gleitpartner derart zuzuführen, dass die Zuführung radial zum äußeren Gleitpartner erfolgt.

19. Gleitlageranordnung gemäß einem der Ansprüche, wobei die Mittel (4) ausgestaltet sind, den Festkörperschmierstoff (8) durch eine Öffnung in die Kontaktflä- che zwischen innerem und äußerem Gleitpartner derart zuzuführen, dass die Zuführung axial zum äußeren Gleitpartner erfolgt.