Drehmoment-Übertrager mit hermetischer Dichtung Bei der Übertragung eines Drehmomentes von aussen in das Innere von Apparaten oder Armaturen, die unter hohem Vakuum stehen oder mit gefährlichen Gasen arbeiten, ist das Problem der hermetischen Abdichtung bis heute noch nicht befriedigend gelöst worden. Von der Atom-Industrie ist jetzt eine Lösung entwickelt worden, bei der ein taumelnder grosser Wellrohrkörper eine komplizierte Kurbel-Konstruk- tion derart umfasst, das tatsächlich hier der Begriff einer geschweissten Dichtung praktiziert ist.
Der da für notwendige Aufwand für die relativ niedrige Drehmoment-Leistung ist nur für Sonderfälle vertret bar. Eine allgemeine Verwendung beispielsweise in der Petro-Chemie, der Kunststoff-Industrie oder den Kokerei-Anlagen kommt wegen der baulichen Ab messungen, der niedrigen Leistung und der hohen Kosten kaum in Frage.
Die erfindungsgemässe Konstruktion erfüllt ein wandfrei das Prinzip der geschweissten Dichtung und hat den zusätzlichen Vorteil, dass auch grössere Drehmomente und Dauer-Bewegungen einwandfrei übertragen werden können. Die kompakte Bauform und die Einfachheit seiner Bauteile machen das Gerät für einen grossen Verwendungsbereich technisch und kommerziell interessant.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehmoment-Übertrager mit hermetischer Dichtung und ist dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Gerät besteht, welches zur Übertragung einer Dreh bewegung von aussen in das Innere eines mit Hilfe von verschweissten Wellrohren aus Metall herme tisch abgedichteten Raumes bestimmt ist, dass mit dem Gehäuse ein Gehäuse-Ansatz dicht verbunden ist, der in seinen :
drei oder mehr auf einem zur Dreh achse konzentrischen Kreis verteilten Bohrungen jeweils einen Stössel aufnimmt und dieser Stössel einen Gleitkopf besitzt, der mit dem Wellrohr ver- schweisst ist,
dass das Wellrohr am anderen Ende mit der Kopfplatte und diese wiederum mit dem Gehäu- se-Ansatz verschweisst ist und dass auf Zapfen zwei in ihren Aussparungen identische Kurvenscheiben drehbar im Gehäuse-Ansatz gelagert sind, welche mit den Stösseln zusammenwirken, wobei von den Stück zahlen der Stössel und der Aussparungen in den Kur venscheiben die eine gerade und die andere ungerade ist.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausfüh rungsbeispiel mit einer Variante dargestellt. Es zei gen: Fig. 1 in der linken Hälfte einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 2 des Kegelspitzen-Gerätes, und in der rechten Hälfte einen Schnitt durch das Kegel spitzen-Gerät in einer Alternativ-Lösung mit Zahn Stösselköpfen; Fig.2 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1; Fig.3 eine schematische Abwicklung auf der Teilkreis-Ebene aus Fig. 2.
Die funktionelle Grundkonzeption besteht darin, in einem mit dem Gehäuse 1 dicht verbundenen Ge, häuseansatz 2 drei oder mehr Stössel 3 anzuordnen. Diese können Axial-Bewegungen in Richtung der Pfeile 4, 5 ausführen.
Das jedem Stössel 3 zugeord nete Wellrohr 6 erlaubt eine geschweisste Dichtung dadurch, dass einmal seine Kopfplatte 7 durch die Schweissnaht 8 mit dem Festpunkt 2 verbunden ist und zum anderen das entgegengesetzte Ende des Wellrohrs 6 durch die Schweissnaht 9 mit dem Stös sel 3 ebenfalls dichtgeschweisst werden kann. Bei der Axial-Bewegung 4, 5 kann jetzt der Gleitkopf 10 des Stössels 3 in der Bohrung 11 des Gehäuseansatzes 2 gleiten und am anderen Ende der Stössel 3 in der Bohrung 12.
Auf den Zapfen 13 des Gehäuseansatzes 2 sind aussen die Kurvenscheibe 14 und innen die in der Formgebung mit 14 identische Kurvenscheibe 15 un ter Zwischenschaltung der Schrägkugellager 16 ange ordnet. Die Kugellager 16 werden durch die Scheiben 17 und die Schrauben 18 mit dem Zapfen 13 kraft schlüssig verbunden. Die Verhältniszahl zwischen der Stösselanzahl einerseits und den Aussparungen in den Kurvenscheiben 14, 15 andererseits ist ohne Rücksicht auf die Einzel-Stückzahl immer Paar gegen Unpaar. In den Bohrungen 19 der Kurvenscheiben 14, 15 sind die mit den Wandungen fest verbundenen Bolzen 20 angeordnet.
In Steckschlüssel-Form wird dadurch der Kurvenscheibe 14 die Antriebsachse 21 und der Kurvenscheibe 15 die Antriebsachse 22 zu geordnet. Der Schutzdecke 23 wird durch die Schrau ben 24 mit dem Gehäuseansatz 2 verbunden.
In der linken Hälfte der Fig. 1 ist eine bevorzugte Bauform dargestellt, wie sie für weniger häufige Be tätigung in Frage kommt. Sie findet Verwendung bei spielsweise bei Schiebern, Hähnen und Klappen. Für diese reicht die differierende Flächenberührung im Bewegungsablauf aus. Der Vorteil der einfachen Bauform ist offensichtlich.
In diesem Falle sind in den beiden Bohrungen 25 der Stössel 3 der Schaft 26 der Kegelspitze 27 durch Sprengring 28 unter Zwischenschaltung der Gleit- scheibe 29 drehbar angeordnet. In den Kurvenschei ben 14, 15 befinden sich Kegelbohrungen 30. In Fig. 3 ist erkennbar, dass bei Einführung eines Dreh momentes in die Kurvenscheibe 14 über den Vier kant 21 in Richtung des Pfeiles 31 der im Kraftein griff befindliche Stössel 3a im Bereich des Pfeiles 32 das Drehmoment als axiale Schubkraft in Richtung des Pfeiles 4 übernimmt.
Bei Pfeil 33 wird diese Axial- bewegurig 4 wieder in eine in Pfeil richtung 34 der Kurvenscheibe 15 umgesetzt. Die Kurvenscheiben 14, 15 laufen vollkommen synchron mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und Drehrich tung.
Bei der als Abwicklung in Fig. 3 dargestellten Betriebsphase leistet Stössel 3a die Arbeit. Stössel 3b steht neutral und hat soeben einen Arbeitshub been det. Sein Wehrohr 6b ist auf kürzeste Länge zusam mengedrückt und bei der Weiterbewegung von 14 macht 3b einen Leerlauf-Hub, der von der Kurven scheibe 15 erzwungen und von der Federkraft des Wellrohrs 6b unterstützt wird. Stössel 3c steht in der zu 3b entgegengesetzten Neutral-Stellung. Er hat einen Leerlauf-Hub beendet. Sein Wellrohr 6c ist auf grösste Länge gestreckt und unterstützt in der Wei terbewegung von 14 die Einfädelung von 3c in die Kurvenscheibe 15.
Schon nach kurzer Weiterbewe gung erfolgt Arbeitskontakt mit 14 und Stössel 3c übernimmt nun gemeinschaftlich mit 3a die Arbeit. Stössel 3d befindet sich in der entgegengesetzten Stellung zu 3a, also mitten im Leerlauf-Hub.
Untersucht man den Bewegungs-Ablauf noch un- ter der Voraussetzung, dass auf der Innenseite des Ge rätes ein deutlicher Überdruck vorhanden ist, so heben sich die in Pfeilrichtung 5, 5a wirkenden Kräfte gegenseitig kraftschlüssig innerhalb der Kur venscheibe 14 auf. Sie beeinflussen also nicht das bei 21 eingeführte Drehmoment, sondern nur die spezifi sche Flächenpressung an den Kontaktstellen bei den Pfeilen 35, 36.
Bei Vakuum gilt die Umkehrung und die spezifische Flächenpressung erhöht sich in der Kurvenscheibe 15.
Weiterhin ist aus Fig. 3 erkennbar, dass durch die in diesem Falle paarige Stückzahl der Stössel 3 ge genüber der unpaarigen Anzahl Kegelbohrungen 30 in den Kurvenscheiben 14, 15 eine Phasenverschie bung der Kurvenscheiben 14, 15 um eine halbe Tei lung zwangsläufig erfolgt. Weiterhin ist ersichtlich, dass bei Umkehrung des Drehsinns 31 der spiegel- bildliche Ablauf der oben beschriebenen Bewegungs- Vorgänge einwandfrei gegeben ist.
Die drehbare Lagerung der Kegelspitzen 27 in den Stösseln 3 bewirkt eine Herabsetzung der Abnut zung dadurch, dass die beiden Kegelspitzen 27 im Ablauf der Bewegungen sich gegenläufig zueinander unabhängig bewegen können. Bei den zeitweilig ge ringen Arbeits-Kontaktflächen erweist sich diese Funktion als wertvoll.
In der rechten Hälfte der Fig. 1 ist eine Lösung dargestellt, für welche die vorstehenden Ausführun- gen über die Funktionsabläufe ebenfalls Gültigkeit haben. Die einzige Abweichung ist damit gegeben, dass anstelle der drehbaren Kegelspitzen 27 in die sem Falle zwei undrehbar mit dem Stössel 3 durch Stift 37 verbundene sohrägkeilförmige Spitzen 38 vorhanden sind. Das im Bewegungsablauf sich erge bende Verdrehungs-Moment hebt sich zwar durch seine Gegenläufigkeit auf, muss aber als zusätzliches Moment für die Flächenpressung beachtet werden.
Sie fällt aber nicht so sehr ins Gewicht, da die Arbeits-Kontaktflächen sehr viel grösser sind, als sie sich bei der Kegelspitzenlösung zwangsläufig erge ben. Die Ableitung der Konstruktion aus dem Kegel zahnradtrieb bedingt einmal die Schrägkeilform der Spitzen 38 und zum anderen die Zahnform 39 in den Kurvenscheiben 14, 15. Bei gleichen äusseren Ab messungen kann durch die vergrösserten Arbeits- Kontaktflächen mehr Leistung übertragen werden.
Eine andere Methode zur Steigerung der Leistung ist, eine beliebig grössere Anzahl Stössel 3 mit den gleichen Einzelabmessungen (Baukasten-Element) zu wählen. Fig. 2 zeigt, dass dafür der Teilkreis vergrös- sert werden muss. Es wird also einmal der Hebelarm grösser, und zum anderen durch die Phasenüberlap- pung eine potenzierte Steigerung der Arbeits-Kon- takt-Flächen erreicht.
Dabei bleibt die Baulänge des Gerätes immer gleich und nur der Durchmesser ver- grössert sich.
Das einbaufertige Gerät bedarf keiner Fremd- Verlagerung. Die dem Gehäuseansatz 2 zugeordne ten Zapfen 13 justieren die Teilkreise aufeinander ab und bewirken den inneren Kraftschluss der Reak- tionskräfte aus der Umwandlung aus Drehbewegung über Axialbewegung wieder in Drehbewegung über die Schrägkugellager 16 in den Festpunkt hinein.
Der hier gewählte Anstell-Winkel von 451 bringt optimale Kraft-Umsetzung. Durch Wahl eines anderen Win kels kann Selbsthemmungs-Effekt auf Kosten der spezifischen Flächenpressung erzielt werden.