专利名称：用于喷水器的喷水管的球关节轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于喷水器的喷水管的包括球关节的轴承装置，该轴承装置包括一球和一球座，其中球具有一通道，通道上和/或通道中可以设置喷水管。本发明还涉及一种操作该轴承装置的方法。
喷水器为此具有一喷水管，其以其管口可转动地设置在加热设备的窗口上或其中。由喷水器产生的水射流的入射区域一般顺着一可预先规定的路线到达待清洁的表面，即所谓喷水图。该路线优选呈曲折形延伸并且必要时留出障碍、孔或其他易受损害的区域。借助于一驱动装置实现喷水管的运动，其中特别结合有传感器用以检测喷水管的运动过程。一用于喷水器的特别紧凑的驱动装置例如由补充公布的DE 100 09 818是已知的。这样的喷水器可以构成有检测产生的水射流的质量的检测装置。一个这样的检测装置描述于补充公布的DE 100 09 831中。
为了精确地控制喷水管的运动过程，喷水管的适合的可转动的轴承是必需的。由WO 93/12398已知一种喷水管的轴承，其中喷水管在接近其管口处与万向节的一扇形件相连接。该万向节设置于加热设备的壁中。考虑到该万向节不完全封闭加热设备的壁中的窗口或孔。这样的加热设备优选以超压进行操作，其中烟雾、灰尘和废气通过窗口或万向节向外面排去。这是不符合要求的，因为燃烧过程的这些热的产物可能缩短喷水器的使用寿命或危害操作人员。
由DD 145 476还已知，喷水管支承于一球关节中。其中既描述了单面作用的又描述了双面作用的轴承。如果球轴承只适于承受沿一个方向的轴向力(单面轴承)，喷水管必须永久压入轴承中。为此喷水管通过弹簧与加热设备相连接。这样的轴承由于加热设备内部的压力波动可能导致不符合要求的喷水管运动过程。DD 145 476中描述的双面球轴承需要球轴承导轨的水平部分，以便可以装入球关节，因此增加了组装和维修的困难。此外球关节的滑动表面可能由于进入的污物而卡住并降低球轴承的使用寿命。
喷水管的另一种轴承描述于DD 276 908A中。其中喷水管设有导入冷却剂和/或喷射剂的管。该管通过通孔与在球关节中制出的通道孔连通并且通入一在球关节扇形件与球关节导轨之间设置的、向着该管的出口敞开的空气室间隙。球关节的冷却系统在喷水管本身中的结合导致使喷水管必须具有多个分开的包括不同介质的输入管道。在这种情况下喷水管的结构变成很复杂的。这增加了喷水管的重量，从而变坏了其运动性能。此外需要一球关节导轨的水平部分，以便装入或更换球关节。
此外，在DD 276 908A中描述了一种用于冷却球关节和喷水管的方法，其中冷却空气经由一环形通道一方面流到喷水管的管口而另一方面流入球关节扇形件与球关节导轨之间的空气室间隙内。
该目的通过按照权利要求1所述喷水器的喷水管的轴承装置或按照权利要求19所述的其操作方法来达到。有利的实施形式和构造说明于各从属权利要求中。
按照本发明的具有一个球关节的轴承装置包括一球和一球座，其中球具有一通道，通道上和/或通道中可以设置喷水管。球座包括两个彼此轴向间隔开的、各有一个孔的轴瓦，其中球至少局部进入各孔中。各轴瓦在其中定位成使它们可沿两个方向承受轴向力。借此轴向固定球，并确保球在轴瓦孔中的转动。喷水管设置的区别关系到是否喷水管至少部分地在通道中延伸并直接与其连接，或者是否喷水管只间接地设置到通道上。如果喷水管以附加的构件固定于通道中，则特别给予这样的间接的设置。这些可以具有例如适配的或密封的功能。
轴承装置的这样的结构的优点是，为了更换、维修和检查球关节只须拆除(易接近的)轴瓦。由于各轴瓦彼此是间隔开的，轴向力的专用的承受是可能的，并且降低摩擦功率并从而也降低转动时产生的热。如果例如出现大的轴向力，则球座具有较小的孔，借此更稳定地实现球关节的轴向固定。通过例如加大各轴瓦之间的距离，仍可避免球和按照本发明的球座间接触面积的增加。
各轴瓦对称于平行于球关节轴线的平面的设置是特别有利的。因此可以将各轴瓦构成相同的，借此简化这样的轴承装置的制造。然后在组装时进行各轴瓦的反向设置，由此构成球座。
按照轴承装置的另一结构，轴瓦各具有一包括一最大的和一最小的瓦直径的球形的支承表面，这些支承表面至少局部贴靠在球的表面上。所谓球形的支承表面原则上指的是一三维的表面，特别是凹面或凸面。但其中也包括具有中断的凹面或凸面。这样的中断可以例如用于轴承的润滑或冷却，这时附带地降低摩擦。
在这种情况下球形的支承表面优选成型成使其构成球表面的凹面。其中特别有利的是，该球形的支承表面在球表面上实现一带状的环绕部分。由于轴瓦是适合于承受轴向力的，球从具有最大瓦直径一侧邻接轴瓦。此时由于制造误差支承表面多半只部分地支承到球的表面上，但仍确保球的很好的导向。
按照轴承装置的另一结构，各轴瓦相互连接。按这种方式各轴瓦的设置可以相互精确地定位，借此确保球的持久而易运转的导向。
特别有利的是，至少一个轴瓦用至少一个弹簧元件连接，以致该弹簧元件将至少一个轴瓦压向球。其中该弹簧元件可以一方面设置在各轴瓦之间或另一方面设置在一个固定装置与轴瓦之间。该第一设置特别适合于补偿连接装置的膨胀，如其例如由于接近加热设备的高温所产生的。在另一情况下至少一个弹簧元件用来向另一轴瓦的方向产生一力。按这种方式即使在球的高动力运动的情况下，如其例如由加热设备中的压力波动或喷水管的突然的运动变换可能出现的，也可确保球支承在至少一个轴瓦的球形的支承表面上。
按照轴承装置的又一个结构，轴瓦与一特别由耐热材料制的支撑件相连接。优选该支撑件由耐热的钢料制成。按这种方式本发明的轴承装置可特别简单地与不同的加热设备相组合，其中该支撑件在必要时具有用于外部装置的输入管道(基于传感器的检测装置、冷却剂供给、封锁空气供给和润滑剂供给等)。
按照本发明的一个有利的进一步构成，球直径为110至200mm，特别是为130mm至160mm。球直径特别匹配于通道的直径和预定的转动范围。可使一个球直径在规定的范围内在通道直径为约40mm时绕球关节的轴线球形偏转45°的范围，同时避免球卡住，如其例如在各轴瓦间距过小时可能出现的。
按照另一结构，球表面的至少一部分表面由陶瓷材料，特别由氧化铝构成。陶瓷材料的特征是其特殊的硬度。这确保轴承的高的使用寿命，因为在那种情况下碾碎了轴承本身的污染物。在这种情况下球表面的部分表面涂覆陶瓷层是足够的，该部分表面在操作过程中接触轴瓦。
特别有利的是球由陶瓷材料，特别由陶瓷注塑件构成，整个球由陶瓷材料的成型的优点是，确保球的均匀的热膨胀性能。如果球由陶瓷注塑法制造，则其分为两半。这样的优点是，构成一很轻的具有很薄的均匀壁的球。其中在必要时可以省去两半球的接合技术连接，因为球通过各轴瓦结合在一起。
按照又一结构，利用各轴瓦限定一环绕球的环形间隙，其中可引入空气流。因此各轴瓦没有中断，从而通过两间隔开的轴瓦和邻接的球形成一环形间隙。在理想的轴承中因此引入环形间隙的空气流不是在轴瓦与球之间逃逸，而是在该环形间隙中产生一提高的压力。如果由于特别的动力负荷使轴瓦的球形的支承表面从球表面上升起，则空气流可在该位置逃逸并从防止污染物侵入轴承。
按照另一结构，球具有至少一个优选径向延伸的通路，其从表面向通道方向延伸。这样的通路特别适用于将引入环形间隙中的空气流进一步引入球的内部。按这种方式可以冷却固定于通道内和/或其上的喷水管。在这种情况下空气流的供给应该构成使其确保在喷水管的任意位置均匀的冷却。均匀分布在球表面上的许多径向构成的通路，使其可以低成本地制造和均匀地冷却。
特别有利的是，将各通路设置于共同的平面内。许多通路在一个平面内的设置的优点例如是，球可制成两半的，其中各个通路由槽构成。在这种情况下特别优选使各通路设置于一个平面，该平面不是通过球的中心延伸，而是与其垂直偏移向燃烧室的一侧。借此正好在最大偏转范围的附近很少数目的通路通向周围环境。但仍确保在每一球的位置使至少一个通路相交环形间隙。以这种方式确保冷却空气向通道的永久供给。
按照又一结构，通道具有至少一个具有预定长度的横截面扩大部分，其中该横截面扩大部分与至少一个通路，优选与全部的通路连通。该横截面扩大部分优选设置于球内部的中心并有利于流入空气流的涡流或分布。如果现在例如喷水管的管口设置于通道中，则该横截面扩大部分形成一绕喷水管的环形空间。根据球的不同的位置分别通过不同数目的通路引入空气流。环形空间确保使在那种情况下部分地引入的空气流涡流和绕喷水管均匀地分布。
特别有利的是，至少一个通路具有一个阀。这样的阀防止例如引入的空气流发散于球关节的外面的环境并特别是防止其发散于加热设备的外部。以这种方式可以减少冷却空气流量。在以超压操作的加热设备中，在球的各个规定的位置时可以这样防止烟雾或其他的污染物通过指向加热设备的内部的通路侵入球关节。
按照另一实施例，通道具有一出口，其中通道具有至少一个扩张部，该扩张部邻接出口并具有预定的深度。该扩张部构成使其在流动技术上与至少一个通路连通。其意思是在那种情况下气体，特别是空气流可由至少一个通路至少部分地引入该扩张部。其结果是，设置于通道中的喷水管不仅沿横截面扩大部分而且直到出口均可冷却。以这种方式确保空气流从环形间隙经由各通路流入球的内部，此时空气流紧接着在外面流过喷水管的管口并在出口处在加热设备的内部流出。如果空气流在通路、横截面扩大部分或扩张部具有比在加热设备中充满的压力较高的压力，则不仅实现均匀的冷却而且保护球关节内部不受污染。所述扩张部优选具有径向指向内部的附加筋条，其用作为喷水管的管口的一种导轨型式。其中在各筋条之间的空隙确保冷却。
按照轴承装置的又一结构，通道具有一入口，其中通道在接近入口处具有至少一个凹槽。该凹槽特别用于喷水管的固定。以这种方式可以例如实现球和喷水管间的形锁合的或力锁合的连接。这样的连接可易于拆卸并且对于维修是很适宜的。
按照又一实施例，在通道中和/或其上，特别在接近入口处，设有一用于固定喷水管的管接头。该管接头使已安装好的喷水器可以与按照本发明的轴承装置相结合，因为由此在固定到轴承装置上时不需要一特殊的喷水管的喷嘴形式。为了特别稳定地实现喷水管的固定，优选该管接头在通道中特别是穿过整个的通道延伸。其中同样可能的是，将管接头构成使通过该管接头的相应的缩小实现喷水管或管接头的均匀冷却。
按照又一结构，通道具有至少一个绕球关节轴线为45°的偏转范围。此时该偏转范围为一想象的三维的球形空间，其起点位于球的中心并具有一45°的最小张角。喷水管为了实现其精确的运动轨迹可在该偏转范围内偏转。特别是在构成扩张部和/或凹槽和/或管接头的方面始终确保该偏转范围不受限制。
按照本发明的操作轴承装置的方法在于，向环形间隙内供给一种气体形式的介质，优选为空气流，其压力大于球关节的环境压力。在加热设备的内外的不同的环境压力下使环形间隙内的压力适应于较大的环境压力。将产生压力的气体形式的介质优选经由一在壳体内或其上的适宜的输送引入环形间隙内。以这种方式将球关节相对于环境密封。
由于轴承的制造误差或动负荷，在轴瓦支承表面与球表面之间可能出现缝隙。在环形间隙的有关压力作用下气体形式的介质，特别是空气通过该缝隙流入环境。因此防止了例如碳黑粒子或灰尘粒子聚集在轴瓦的支承表面与球表面之间。流出的介质被连续地引导以便保持符合要求的压力。
按照本方法的另一构成，至少在通道的一轴向定位时，特别是在偏转范围20°以内，全部的通路口通向环形间隙。喷水器通常只短时地(几分钟)操作，而其大部分时间消耗于该静止位置。特别是在该静止位置时采用通道的一轴向的或只微小倾斜的定位。由于在该时间间隔内没有水流过喷水管，喷水管借助于空气流的冷却是特别重要的。因此，由环形通路通过全部的通路均匀地引入空气流是有利的。一轻微向下倾斜的喷水管还具有优点，即剩余的水或污染物由于重力从喷水管中排走。
按照本方法的另一种构成，在通道任意定位时，至少一个通路口至少部分地通向环形间隙。通道的任意定位在此指的是在预定的偏转范围内的每一位置。因此确保了布置在通道中的喷水管在喷水器运行过程中能连续地被供以冷空气。
按照本方法的另一构成，空气流通过至少一个位于环形间隙内的通路口流入横截面扩大部分并且至少部分地通过未通向环形间隙的各通路和/或至少一个扩张部流出。空气流经由环形间隙和各通路孔引入球的内部。横截面扩大部分与设置于通道中的喷水管间形成一环形的空间，使引入的空气流在其中涡流和分布。从该环形的空间出发例如一部分空气流流过未通向环形间隙的各通路。借此其被密封而不受环境的污染。一通过扩张部产生的空气流冷却喷水管并且有助于水射流的聚焦。
图2示出本发明的球关节1的示意剖视图。球关节1具有轴线7并包括一球2和一球座8。球座8包括两个彼此轴向7间隔开的、各有一个孔10a、10b的轴瓦9a、9b，其中球2至少部分地进入孔10a、10b中。轴瓦9a和9b邻接球2的表面3并这样限定一环绕的环形间隙18。各轴瓦通过弹簧元件15相互连接并设置于壳体16中。球2还构成有一通道5，其中设有一喷水管6。球2的直径4选成使喷水管6在偏转范围30内可自由地运动。轴瓦9a和9b对称于垂直于轴线7的平面11设置并且适合于承受轴向7的力。
图3示意和透视地示出轴瓦9a、9b的剖视图。其具有一孔10a、10b和一球形的支承表面12a、12b。球2至少部分地通过孔10a、10b突出并至少部分地邻接支承表面12a、12b。为了轴瓦9a、9b适合于承受轴向7的力，其具有一最大的瓦直径13a、13b和一最小的瓦直径14a、14b。
图4示出按照本发明的球2，其中在上部示出透视图而在下部示出剖视图。球2的表面3具有一部分表面17，其由陶瓷材料构成。部分表面17的构成选成使轴瓦9a、9b在球2的任何位置时只邻接部分表面17。球2具有多个具有通路口34的通路20。各通路20设置于通过中心21的一个平面22中。各通路20中设有阀24，其防止气体或粒子的流出或流进。全部的通路20通向一横截面扩大部分23，后者沿通道5的长度40延伸。通道同样通过中心21延伸并且具有一用于固定喷水管6的入口27和一出口25，后者对准向加热设备。通道5具有一扩张部26，其邻接球2的表面3并具有一预定的深度39。在所示的一个实施形式中，扩张部26的深度选成使其也邻接横截面扩大部分23。
图5示出本发明的球关节1的另一实施形式。球2通过两个轴瓦9a、9b导向，两者轴向7间隔开设置。轴瓦9a和9b限定一环形间隙18，其中可引入空气流19(箭头)。按这种方式在环形间隙18内充满一压力32，该压力大于球关节1的环境压力33。如果在轴承装置的操作过程中的轴瓦9a、9b与球2之间出现缝隙31，则空气19至少部分地流过该缝隙31并由此防止轴承装置的污染。通过通向环形间隙18的各通路20将空气流19至少部分地引入通道5的横截面扩大部分23。通道5中设有用于安装喷水管6的管接头29。管接头29利用接近通道5的入口27处的凹槽28与球2相固定和定位。管接头29通过整个的通道5一直延伸到出口25。按这种方式可以实现均匀的水射流。通过管接头29和横截面扩大部分23形成一空间41，引入的空气19在其中涡流。此时空气至少部分地通过未通向环形间隙18的各通路20流出。借此防止各通路20的污染。此外，空气流19至少部分地流过扩张部26并因此为管接头29提供充分的空气冷却。各通路20设置于不通过中心21的一个平面22内。按这种方式只有很少的通路20通向加热设备以外的环境，因此为了冷却或密封需要很少的空气流19。
按照本发明的具有球关节的轴承装置使其可以容易地组装轴承装置，其中在轴承装置的操作过程中支承表面的构成降低摩擦。在为轴承装置供给相应的空气流的情况下，其可以例如被密封而防止灰尘粒子和碳黑粒子的侵入。
附图
标记清单1球关节20通路2球21中心3表面 22平面4直径 23横截面扩大部分5通道 24阀6喷水管25出口7轴线 26扩张部8球座 27入口9a、9b轴瓦 28凹槽10a、10b孔 29管接头11平面 30偏转范围12a、12b支承表面 31缝隙13a、13b最大瓦直经 32压力14a、14b最小瓦直径 33环境压力15弹簧元件 34通路口16固定件 35喷水器17部分表面 36驱动装置18环形间隙 37窗口19空气流(箭头) 38端部39深度40长度
权利要求
1.一种用于喷水器的喷水管(6)的包括一个球关节(1)的轴承装置，该轴承装置包括一具有表面(3)和直径(4)的球和一球座(8)，其中球(2)具有一通道(5)，通道上和/或通道中可以设置喷水管(6)，其特征在于，球座(8)包括两个彼此轴向(7)间隔开的、各有一个孔(10a、10b)的轴瓦(9a、9b)，其中球(2)至少局部进入各孔(10a、10b)中
2.按照权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，轴瓦(9a、9b)各具有一包括一最大的(13a、13b)和一最小的瓦直径(14a、14b)的球形的支承表面(12a、12b)，这些支承表面至少局部贴靠在表面(3)上。
3.按照权利要求1或2所述的轴承装置，其特征在于，轴瓦(9a、9b)相互连接。
4.按照权利要求3所述的轴承装置，其特征在于，至少一个轴瓦(9a、9b)用至少一个弹簧元件(15)连接，以致该弹簧元件将至少一个轴瓦(9a、9b)压向球(2)。
5.按照权利要求1至4之一项所述的轴承装置，其特征在于，至少一个轴瓦(9a、9b)与特别由耐热材料制的支撑件(16)相连接。
6.按照权利要求1至5之一项所述的轴承装置，其特征在于，球(2)的直径(4)为110mm至200mm，特别是为130mm至160mm。
7.按照权利要求1至6之一项所述的轴承装置，其特征在于，球(2)的表面(3)的至少一部分表面(17)由一种陶瓷材料，特别由氧化铝构成。
8.按照权利要求7所述的轴承装置，其特征在于，球(2)由陶瓷材料，特别由陶瓷注塑件构成。
9.按照权利要求1至8之一项所述的轴承装置，其特征在于，利用轴瓦(9a、9b)限定一环绕球(2)的环形间隙(18)，其中可引入空气流。
10.按照权利要求9所述的轴承装置，其特征在于，球(2)具有至少一个优选径向延伸的通路(20)，该通路从表面(3)向通道(5)方向延伸。
11.按照权利要求10所述的轴承装置，其特征在于，各通路(20)设置于共同的平面(22)内。
12.按照权利要求10或11所述的轴承装置，其特征在于，通道(5)具有一个具有预定长度(40)的横截面扩大部分(23)，其中该横截面扩大部分与至少一个通路(20)，优选与全部的通路(20)连通。
13.按照权利要求10至12之一项所述的轴承装置，其特征在于，至少一个通路(20)具有一个阀(24)。
14.按照权利要求10至13之一项所述的轴承装置，其中通道(5)具有一出口(25)，其特征在于，通道(5)具有至少一个扩张部(26)，该扩张部邻接出口(25)并具有预定的深度(39)，其中扩张部(26)在流动技术上与至少一个通路(20)连通。
15.按照权利要求1至14之一项所述的轴承装置，其中通道(5)具有一入口(27)，其特征在于，通道(5)在接近入口(27)处具有至少一个凹槽(28)。
16.按照权利要求1至15之一项所述的轴承装置，其中通道(5)具有一入口(27)，其特征在于，在通道(5)中和/或其上，特别在接近入口(27)处，设有一用于固定喷水管(6)的管接头(29)。
17.按照权利要求1至16之一项所述的轴承装置，其特征在于，通道(5)具有至少一个绕球关节(1)的轴线(7)为45°的偏转范围(30)。
18.一种用于操作按照权利要求9至17之一项所述的轴承装置的方法，其特征在于，向环形间隙(18)内供给一种气体形式的介质，优选为空气流(19)，其压力(32)大于球关节(1)的环境压力(33)。
19.按照权利要求19所述的方法，其特征在于，球(2)具有许多径向延伸的通路(20)，其中至少在通道(5)的一种轴向(7)定位时，特别是在偏转范围(30)为20°以内，全部的通路口(34)通向环形间隙(18)。
20.按照权利要求18或19所述的方法，其特征在于，球(2)具有许多径向延伸的通路(20)，其中在通道(5)任意定位时，至少一个通路口(34)至少部分地通向环形间隙(18)。
21.按照权利要求18至20之一项所述的方法，其特征在于，球(2)具有许多径向延伸的通路(20)、一个环形的空间(23)和至少一个扩张部(26)，其中空气流(19)通过至少一个位于环形间隙(18)内的通路口(34)流入横截面扩大部分(23)中并且至少部分地通过未通向环形间隙(18)的各通路(20)和/或至少一个扩张部(26)流出。
全文摘要
本发明涉及一种用于喷水器的喷水管(6)的包括一个球关节(1)的轴承装置，该轴承装置包括一具有表面(3)和直径(4)的球(2)和一轴座(8)，其中球(2)具有一通道(5)，通道上和/或通道中可以设置喷水管(6)，其特征在于，球座(8)包括两个彼此轴向(7)间隔开的、各有一个孔(10a、10b)的轴瓦(9a、9b)，其中球(2)至少局部进入各孔(10a、10b)中。此外还提供一种用于操作所述轴承装置的方法，该方法在球(2)的转动过程中密封在球(2)的表面(3)与至少一个轴瓦(9a、9b)的球形的支承表面(12a、12b)之间可能出现的缝隙(31)。由于轴瓦(9a、9b)，轴承装置可容易地组装并且很小的支承表面(12a、12b)能降低操作过程中的摩擦。此外，该轴承装置还适合于密封。
文档编号F28G15/00GK1469988SQ01817264
公开日2004年1月21日 申请日期2001年9月7日 优先权日2000年9月11日
发明者弗朗茨·巴特尔斯, 克劳斯·艾默, 斯特凡·西蒙, 西蒙, 艾默, 弗朗茨 巴特尔斯 申请人:克莱德-贝格曼有限公司