CH651899A5 - Antrieb mit einem motor und einem spannungswellen-getriebe. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Dieser eignet sich insbesondere für einen Stellantrieb für Armaturen oder für Handhabungsgeräte und dergleichen, der ein Untersetzungsgetriebe zwischen Antriebsmotor und Verstellglied benutzt und der neben seiner Getriebefunktion auch die Abdichtung einer rotierenden Stellkrafteinleitung in einen unter anderem Druck stehenden Raum (wie z.B. in eine Rohrleitung oder in einen Behälter hinein bzw. heraus) übernimmt.

Das Prinzip dieser Antriebsart ist bekannt z.B. aus DT-AS 1 135 259 (Fig. 44). - Ein weiterer Hinweis auf diese Anwendungsmöglichkeit findet sich bei Dudley «Gear Handbook», Mc Graw-Hill-Verlag, 1. Auflage 1962.

Aus der DE-PS 1 135 259 ist bekannt, dass die Verwendung eines Kugellagers für den Spannungswellen-Erzeuger wesentlich zur Herabsetzung der Reibungskoeffizienten und zur Erhöhung des Wirkungsgrades beitragen kann. Man hat dort zwischen dem inneren Laufring und einem äusseren Laufring Kugeln vorgesehen. Die Kugeln sitzen mit enger Passung in den Laufringen, und durch das Spreizen des inneren Laufringes wird der äussere Laufring in eine etwa elliptische Form gebracht. Beim Drehen des Laufringes wird im Spannungsrad eine Welle um den äusseren Laufring herum fortgepflanzt. Um das Erzeugen einer einwandfreien Welle zu gewährleisten, welche die Drehmitnahme durch die Wand des Spannungsrades hindurch mit gutem Wirkungsgrad ermöglicht, wurde empfohlen, Kugellager mit mindestens 36 Kugeln zu verwenden.

In diesem Zusammenhang wurde bereits erkannt, dass der äussere Laufring dieses Kugellagers ausreichend dünn sein muss, um zu verhindern, dass er über seine Dauerbiegungsfestigkeit hinaus beansprucht wird. Das Spreizen des durch die Laufringe gebildeten Lagers bedingt, dass die Kugeln zusätzliches Spiel, mit Ausnahme am Scheitelpunkt der Welle, haben. Da eine Belastung des Lagers zur Seite der Welle hin auftritt, muss der innere Laufring auf jeder Seite des Scheitelpunktes abgestützt sein.

Die Anordnung der Kugeln und der Laufringe für die verschiedenen Belastungen und Durchmesser war bereits früher als recht problematisch erkannt worden. Verschiedene Detail-Ausführungsvorschläge wurden daher mitgeteilt. Jedoch wurde auch daraufhingewiesen, dass trotz der starken Stossdämpfung und hohen Stossfestigkeit ein Betrieb dieser bisher angewandten Spannungswellen-Getriebe unter hoher Belastung nicht zu empfehlen sei, da hierdurch zusätzliche Beanspruchungen im Spannungsrad entstehen. So stellt beispielsweise der Umstand, dass diejenigen Getriebezähne, welche die Belastung aufnehmen und sich nicht genau am Scheitelpunkt der umlaufenden Welle befinden, bei hohen Belastungen das Bestreben haben, die Form der Spannungswelle zu verzerren oder zu verschieben, einen Konstruktions-Schwachpunkt dar, der durch Stösse, Erhitzung usw. verstärkt wird. Dies hat zu der Erkenntnis geführt, dass das Spannungsrad auch an der Seite der Spannungswelle abgestützt sein muss. Die dafür vorgesehenen Kugeln erfüllen indessen die Forderung nach möglichst gleichmässiger Abstützung nur sehr unvollkommen. Aufgrund der starken Deformationen und hohen Anlage-Drücken ist die Forderung nach intensiver Schmierung verständlich.

Die Verwendbarkeit des an sich bekannten Spannungswellen-Getriebes für hohe Belastungen und erhöhte Umge-

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bungs-Temperaturen und -Drücke sowie Langzeitbetrieb bzw. Stossbelastungen, wie sie z.B. auch bei Handhabungsgeräten usw. vorkommen können, ist aufgrund dieser Zusammenhänge noch sehr eingeschränkt. Auch stellt der Einbau der Kugellager und der verschiedenen zusätzlichen Laufringe usw. sowie die Wechsel- und Beulbeanspruchung der dünnen Wand des Spannungsrades erhöhte materialmässige und fertigungstechnische Anforderungen, die den Einsatz solcher Getriebe auch aus Preisgründen behindern. Da die Kugellagerbelastung bei der bekannten Ausführungsform überdies den gebräuchlichen Rahmen für normale Kugellager-Einsätze weit übersteigt und damit auch geringere Lebensdauern verbunden sind, musste bisher bei vielen an sich möglichen Anwendungsfällen auf konventionelle Getriebe zurückgegriffen werden.

Die bisher bekannten Vorschläge haben den weiteren gemeinsamen Nachteil, dass das Spannungsrad wegen der von ihm funktionsbedingt zu fordernden leichten Deformier-barkeit aus sehr dünnwandigem Material gefertigt werden musste. Damit wurde die Beulfestigkeit so eingeschränkt,

dass der Einsatz solcher Antriebe vornehmlich bei geforderter Abdichtwirkung auf niedrige Druckunterschiede bzw. auf kleine Antriebsleistungen beschränkt war.

Getriebe für Anwendungsfälle mit Abdichtungswirkung bei höheren Drücken und höheren Sicherheitsanforderungen waren bei diesem Entwicklungsstand bisher nach wie vor auf Stopfbuchskonstruktionen oder in Sonderfällen auf Falten-balgausführungen angewiesen. Dabei störte jedoch im einen Fall insbesondere der verbleibende Restspalt und im anderen die grosse Baulänge.

Aufgabe der im Anspruch 1 definierten Erfindung ist es daher,

- einen Antrieb mit einem Spannungswellen-Getriebe zu schaffen, das sich für hohe Belastungen, Langzeitbetrieb und ggf. auch für höhere Umgebungstemperaturen eignet,

- dessen Verwendbarkeit als Abdichtelement an sich bekannten Prinzips auch extremen Sicherheitsforderungen genügt,

- dessen Abdichtungswirkung hermetisch und wartungsfrei ist,

- dessen Baulänge zumindest im Vergleich zu Faltenbalgab-dichtungen deutlich kürzer sein kann und

- dessen Getriebewirkungsgrad trotz hoher Untersetzung gut ist.

Ausserdem soll die Anzahl der benötigten Teile reduziert und deren Verschleiss gemindert werden. Eine weitere Aufgabe kann es sein, eine im Betrieb nachregulierbare Spreizkraftwirkung und Schmierungsintensität-Beeinflussung vorzusehen. Insbesondere sollen die punkt- bzw. linienförmigen Belastungen des dünnwandigen Spannungsrades durch eine deutlich gleichmässigere, allseitige Abstützung ersetzt werden. Damit wird es auch möglich sein, den Ablauf der Eingriffsbewegungen der Getriebezahnräder frei von Vibrationen und anderen Unregelmässigkeiten zu halten.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Mit dem Antrieb nach Anspruch 1 werden Verbesserungen der Beulsicherheit bei der sowohl als Abdichtelement als auch als Kraftübertragungsglied fungierenden Wand des topfförmigen Spannungsrades mittels der hierin vorgesehenen, radial wirkenden zusätzlichen Stützmittel erreicht. Die erfindungsgemässe Konstruktion erschliesst dadurch dem an sich bekannten Spannungswellen-Getriebe einen in vielen Technikbereichen sehr bedeutenden, erweiterten Anwendungsbereich unter Mitausnutzung seiner Dichtungseffekte. Insbesondere wird durch die Stützmittel eine Lebensdauerverlängerung des Spannungsrades erreicht, die in weiten Bereichen der zu erwartenden Gesamtbenutzungsdauer der jeweiligen Armatur entspricht. Überdies ermöglicht es die kompakte gedrungene Bauweise des Antriebs und s die sichere Abstützung der meistbeanspruchten Wand des Spannungsrades vor kritischen Beulbeanspruchungen, dass höhere spezifische Schliesskräfte vorgesehen werden können als bei konventionellen Antrieben mit hohen Antriebsmotor-Stativen zur Unterbringung bzw. Abstützung der Stopfbuchs-lo bzw. Faltenbalg-Längen. - Die erfindungsgemässe Anordnung von Stützmitteln auf der Antriebsseite' lässt sich sinngemäss sowohl für Spannungsräder realisieren, die auf der Aus-senseite angetrieben werden, als auch für Spannungsräder, die auf der Innenseite angetrieben werden. Einzige Vorbedin-ls gung ist die Ausbildung des Spannungsrades als Topfbüchse.

- Bei Bedarf kann die Anzahl der zur Rotationsachse achssymmetrischen Stützkörper erhöht werden, so dass die Wirkfläche leicht vergrössert ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in 20 den abhängigen Ansprüchen definiert.

Mit der Ausgestaltung des Antriebes nach Anspruch 2 wird eine besonders fertigungsgünstige Gestaltung des Spannungsrades erreicht, indem die Stützkörper bereits als integriertes Teil desselben konzipiert sind.

25 Mit der Ausgestaltung des Stellantriebes nach Anspruch 3 wird eine Stützkörperform mit verbesserter Beulspannungs-verteilung in der Wand des Spannungsrades erreicht.

Mit der Ausgestaltung des Stellantriebes nach Anspruch 4 wird eine Stützkörperanordnung erreicht, die weiter verbes-30 serte Wechselbeanspruchbarkeit aufweist.

Mit der Ausgestaltung des Stellantriebes nach Anspruch 5 wird zwischen dem Spannungsrad und den Stützkörpern sowohl eine Stützwirkung mit gleichmässiger Verteilung als auch eine Schmierungswirkung erzielt.

35 Mit der Ausgestaltung des Stellantriebes nach Anspruch 6 wird als Stützmittel eine Druckkraft mitverwendet und eine sehr gleichmässige Abstützung bewirkt.

Mit der gemäss Anspruch 7 geschaffenen Möglichkeit, für das gesamte Spannungswellen-Getriebe die an sich bekannte, 40 aber für die Spannungswellen-Getriebe noch nicht in Betracht gezogenen Konstruktionsgrundsätze der hydrostatischen Lagerung einzusetzen, wird eine am gesamten Umfang sich gleichmässig auswirkende Flächenbelastung bei gleichzeitiger intensivster Schmierung mit nur ganz wenigen Bau-45 dementen erreicht. Es können keine Vibrationen durch einen Kugelumlauf mehr entstehen. Im Bereich der dünnen Wand des Spannungsrades werden Reibungswärme-Konzentrationen und Verschleiss auf Minimum reduziert.

Die Anwendung eines Druckmittelumlaufes gemäss so Patentanspruch 5 schliesst Trockenlauf-Erscheinungen aus und kann dazu beitragen, bei Anwendungen mit erhöhter Umgebungstemperatur einen Wärmestau an der kritischen Stelle des Getriebes auszuschliessen. Der Anschluss des hydrostatischen Lagers an eine Druckquelle für Drücke, die 55 bei Bedarf weit höher als lediglich für den internen Umlauf erforderlich liegen können, bietet hier (in vergleichbarer Weise wie nach Anspruch 6) auch die Möglichkeit, bei topfartig ausgebildeten Spannungsrädern (z.B. ähnlich Fig. 44 der DE-PS 1 135 259) die dünne Wand des Spannungsrades 60 gegen die Beulbelastung aus evtl. erhöhten Umgebungsdrücken auf der Abtriebsseite durch entsprechende Druckmittel-Pressung zusätzlich abzustützen. Die Fähigkeit eines Druckmittels, im Gegensatz zu Wälzlagern, sich ohne Punktoder Linienbelastungen den sich bei Drehung ständig 65 ändernden verspannbaren Konturen des Spannungsrades fortlaufend anzupassen, ergibt eine erheblich niedrigere Festigkeitsbeanspruchung, insbesondere für das ständigem Lastwechsel ausgesetzte Spannungsrad. Durch die auf der

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gesamten Fläche am Antriebsdurchgang zwischen dem Spannungswellen-Erzeuger und dem Spannungsrad angeordneten Drucktaschen, welche untereinander durch schmale Dichtleisten abgegrenzt sind und über mindestens einen Verbindungskanal je Drucktasche mit einer Druckmittelquelle verbunden sind, die ihrerseits saugseitig mit dem Rücklauf aus den Dichtspalten auf den Stirnseiten des Spannungswellen-Erzeugers bzw. der an ihn anschliessenden Stützelemente verbunden ist, wird eine gleichmässige Bespülung nahezu des gesamten Antriebsdurchganges mit Kühl- bzw. Schmierflüssigkeit erreicht.-Die Reibungseffekte werden damit ganz erheblich gesenkt und Verschleiss und Leistungsverlust ebenfalls deutlich vermindert.

Ein derartiges Spannungswellen-Getriebe ist infolgedessen höheren Belastungen, längeren Betriebszeiten und auch höheren Umgebungstemperaturen besser gewachsen als die mit den bisher für diesen Einsatzbereich gebräuchlichen Lagerelementen mit ausschliesslicher Gleit- bzw. Rollreibung arbeitenden Konstruktionen. Es ist dabei möglich, den eigentlichen Spannungswellen-Erzeuger, welcher gekennzeichnet ist durch vorzugsweise zwei auf dem Umfang diametral einander gegenüberliegende Erhebungen, zusammen mit evtl. an- bzw. abtriebsseitig vor- bzw. nachgeordneten zusätzlichen Stützelementen, welche sich zu der dem Spannungs-wellen-Erzeuger abgewandten Seite hin auf einen Kreisquerschnitt hin verjüngen, als ein gemeinsames Werkstück auszuführen. Die Fertigung und Montage bzw. auch Reparaturen können damit deutlich erleichtert werden.

Der Vorteil der gleichmässigen Druckausbreitung in Flüssigkeiten kann bei der erfindungsgemässen Konstruktion auch genutzt werden, um den Eingriff der Getriebezahnräder, welcher vom Durchfederungsverhalten der Wand des Spannungsrades abhängig ist, durch entsprechende Arbeitsdruck-Anpassung zum Nachregulieren der Vorspannung zwischen Spannungswellen-Erzeuger und Spannungsrad ohne Bauteileauswechslung zu optimieren.

Mit dem erfindungsgemässen Antrieb sind bei nur unwesentlichen Anpassungsmassnahmen auch alle üblichen Armaturen-Stellantriebe ersetzbar bzw. umrüstbar. Auch können an sich bekannte Sonderkonstruktionen für extreme Sicherheitsansprüche, wie z.B. Sicherheits-Stopfbüchsen mit Leckprüfräumen zur Notfallsicherung, auch hier zusätzlich verwendet werden.

Mit der Ausgestaltung des Spannungswellen-Getriebes nach Anspruch 8 wird über die vorerwähnten Vorteile hinaus noch erreicht, dass an dem hydrostatischen Lager abtriebsseitig eine einfache Drosselstellenanordnung entsteht, die eine sichere, gleichmässige Druckverteilung auf alle Verbindungskanäle zu den einzelnen Drucktaschen bei minimaler Querschnittsschwankung der Welle erlaubt. - Falls Feinregulierungen nötig werden, brauchen nur Düsen auswechselbar eingesetzt werden.

Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 9 wird erreicht, dass der Spannungswellen-Erzeuger über an ihn nach beiden Seiten anschliessende Verlängerungen noch zusätzliche Abstützfunktionen gegen evtl. Beulkräfte von aussen übernehmen kann. Ausserdem mindert eine Vergrösserung der wirksamen Fläche des Radiallagers nach diesem Anspruch die spezifische Flächenbelastung zwischen Spannungsrad und Spannungswellen-Erzeuger. Zudem steht eine grössere Fläche für intensiven Wärme-Abtransport zur Verfügung.

Die erfindungsgemässen Vorteile werden auch erreicht, wenn die Drucktaschen in axialer Richtung unterteilt sind, so dass trotz der vergrösserten Länge des Radiallagers und unabhängig von der Einbaulage stets in allen Drucktaschen genügend Öldruck vorhanden ist.

Es ist dabei gleichgültig, ob die Dichtleisten als fest mit dem Rotor des Spannungswellen-Erzeugers verbundene

Stege oder als diesem nur übergestülpter «Korb» ausgebildet sind.

Wenn Rückflusskanäle, die in die Dichtleisten eingearbeitet sind, nur zum Rückfluss-Sammelraum einen freien Austritt haben, wird erreicht, dass ein ausreichendes und an allen Dichtleisten gleiches Druckgefälle gesichert ist und dass im Druckmittelumlauf das erwärmte Öl rasch aus den Schmierspalten zwischen Dichtleisten und Innenwand des Spannungsrades abfliessen kann.

Die Druckmittelquelle für das hydrostatische Lager und der Antrieb der Spannungswellen sollten vorteilhafterweise einen gemeinsamen Antriebsmotor haben, so dass die Pumpe zur Versorgung der hydrostatischen Lager mit dem Antriebsmotor des Spannungswellen-Getriebes in unmittelbarer Triebverbindung steht. Es braucht also weder ein separater Antriebsmotor für die Pumpe noch eine separate Antriebssteuerung dafür vorgesehen werden.

Auch sollten dem hydrostatischen Lager Zulauf- und Rückdruckregler in den Einspeise- bzw. Rückfluss-Leitungen zugeordnet sein, welche bei Stillstand des Spannungswellen-Erzeugers den Fülldruck in den Drucktaschen halten, so dass auch bei nicht betriebenem Spannungswellen-Getriebe der Fülldruck im hydrostatischen Lager bzw. den Drucktaschen weitestgehend aufrechterhalten bleibt, wodurch auch bei stillstehendem Getriebe der Vorteil der zusätzlichen Abstützung gegen Einbeul-Beanspruchungen erhalten bleibt.

Weiterhin können mittels Druckregler gemäss diesem Anspruch die evtl. Beulkräfte aus dem Armaturen-Innen-raum teilweise kompensiert werden.

Ein Druckmittel-Vorlagebehälter, der auch Gehäuse eines Vorgelegegetriebes sein kann, sollte dem Spannungswellen-Erzeuger in Abtriebsrichtung vorgeordnet sein, dass für die Druckmittelversorgung zumindest dann kein separater Ölbehälter nötig ist, wenn zur Schmierung des Vorgelegegetriebes das gleiche Öl verwendet werden kann wie für das hydrostatische Lager. Die Vorteile liegen dabei insbesondere in der kompakten und einfachen Bauweise.

Ein Kühler wird vorzugsweise in der Rücklauf-Sammellei-tung vom Rücklauf-Sammelraum zum Druckmittel-Vorlagebehälter angeordnet, so dass auch bei Dauerbetrieb oder heissem Medium im Armaturengehäuse eine rasche Regenerierung des Umlauföles erfolgt. Erforderlichenfalls könnte sogar noch ein ebenfalls vom gemeinsamen Antriebsmotor angetriebenes Lüftergebläse die Leistung des Kühlers erhöhen.

Erfindungsbeispiele werden im folgenden anhand von schematischen Darstellungen als allgemeines Beispiel erläu-. tert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemässen Antriebs mit rein mechanisch wirksamen Stützkörpern auf der An- und Abtriebsseite des Spannungswellen-Erzeugers.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt in Höhe der gedachten Schnittlinie l/I.

Fig. 3 zeigt eine Variante zu Fig. 1 mit zusätzlichen hydrostatischen Lagern zwischen Spannungsrad und Topfbüchse.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt in Höhe der gedachten Schnittlinie II/II.

Fig. 5 ist eine Darstellung, die den prinzipiellen Aufbau des bevorzugten Beispiels eines erfindungsgemässen Spannungswellen-Getriebes mit hydrostatischem Lager verdeutlicht;

Fig. 6 ist ein Schnitt durch den Spannungswellen-Erzeuger und verdeutlicht die am Schnittpunkt stattfindende, fortlaufende Deformation des Spannungsrades durch den etwa elliptisch geformten Spannungswellen-Erzeuger;

Fig. 7 ist eine Raumbilddarstellung eines Spannungs-

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wellen-Erzeugers mit beidseitig vorgeordneten Verlängerungen bzw. Stützkörpern;

Fig. 8 zeigt nochmals die Aussenkontur des Spannungs-wellen-Erzeugers in der Mitte;

Fig. 9 zeigt die Kontur der Verlängerungen am Ende.

In Fig. 1 ist an das Armaturengehäuse 1 an der Aussenseite der Einbauflansch 2 befestigt. An seiner Stirnseite 3 ist das als schlanke Topfbüchse geformte Spannungsrad 4 zusammen mit dem Bund 5 eines antriebsseitigen Stützkörpers 6 druckdicht eingeflanscht. Dieser Stützkörper 6 dient hier bevorzugt als Lagergehäuse für ein Antriebs wellenlager 7 der Antriebswelle 8, welche mit einem freien Ende 9 in das Spannungsrad 4 hineinragt und durch den nicht gezeigten Antriebsmotor 10 antreibbar ist. Ein abtriebsseitiger Stützkörper 11 ist im Inneren des Spannungsrades 4 dicht am Boden 12 anliegend eingebaut. Etwa in gleichem Abstand von den freien Enden der Stützkörper 6,11 befindet sich, drehfest mit der Antriebswelle 8 verbunden, ein konzentrisch zur Rotationsachse 13 im Spannungsrad 4 entgegen der Radialspannung drehbarer Spannungs wellen-Erzeuger 14. Auf der Aussenseite der Wand des Spannungsrades 4 ist noch eine zur Rotationsachse 13 parallele Aussen Verzahnung 15 angeordnet. Sie befindet sich auf mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten ihres Umfanges im Dauereingriff mit einem ersten Ringrad 16, welches abtriebsseitig im Einbauflansch 2 drehfest eingesetzt ist und mit der Aussenverzahnung 15 gleiche Zähnezahl hat. Die Aussenverzahnung 15 steht ausserdem im ständigen Eingriff mit mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten des zweiten Ringrades 17, welches eine andere Zähnezahl als das erste Ringrad 16 hat und drehfest in eine Kupplungsglocke 18 eingesetzt ist, welche das topfbüchsenförmige Spannungsrad 4 von seinem freien Ende her bis etwa zur Mitte des Spannungswellen-Erzeugers 14 begrenzt längsbeweglich umfasst. Die Kupplungsglocke 18 ist ihrerseits fest verbunden mit der Verstellspindel 19, von der aus die weitere Krafteinleitung zur Betätigung der jeweiligen Armatur erfolgt. Sowohl im antriebsseitigen als auch im abtriebssei-tigen Stützkörper 6,11 können Radiallager 20 eingebaut sein, um die Antriebswelle zu führen und so gegen Einwirkungen von Seitenkräften, welche die Wand des Spannungsrades 4 durch ihre wechselseitigen Deformationen auf die Welle ausübt, zu schützen. Ausser den rotationssymmetrischen Stützkörpern 6,11 können zur weiteren Abstützung zwischen dem Spannungs wellen-Erzeuger 14 und jedem der rotationssymmetrischen Stützkörper 6,11 noch achssymmetrische Umlaufstützkörper 21 angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform werden hier Wälzkörper 22 auf der Aussenseite dieser achssymmetrischen Umlaufkörper 21 verwendet. Die umlaufende Einbeulung ist aus Fig. 2 ersichtlich.

Zur weiteren Vermeidung hoher Reibungsverluste können in einer weiteren Variante nach Fig. 3 auch hydrostatische Lager 29 an sich bekannter Art auf den Stützkörpern angeordnet sein. Die Druckölzufuhr 50 erfolgt gemäss Fig. 4 vorzugsweise durch eine Zentralbohrung, von welcher die einzelnen Stichkanäle 51 an den Drucktaschen 29 radial abzweigen. Der Rücklauf zum Sammelraum 52 erfolgt beispielsweise über besondere Kanäle in den Dichtleisten.

In gleicher Weise sind auch dem Spannungswellen-Erzeuger 14 zwischen der Innenwand des Spannungsrades 4 und seiner eigenen Aussenkontur Wälzkörper 23 zugeordnet, so dass sich beim Umlauf des exzentrisch geformten Spannungswellen-Erzeugers 4 trotz hoher radialer Verspannungen der Spannungsrad-Wand keine nennenswerten Reibungskräfte an diesen Berührungsstellen bemerkbar machen können.

Die Funktion eines Antriebes dieser Bauart ist beim dargestellten schematischen Beispiel nach Fig. 1 und 2 wie folgt:

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Entsprechend dem Stand der Technik ist die Antriebswelle 8 in einer beliebigen Richtung rotationsbeweglich gegenüber dem Spannungsrad 4. Bei jeder Bewegung nimmt sie den Spannungswellen-Erzeuger 14, welcher eine bevorzugt ellip-5 tische Aussenkontur aufweist, im Drehsinne mit. Da das an sich einen kreisrunden Querschnitt aufweisende Spannungsrad 4 über den Spannungswellen-Erzeuger 14 unter beträchtlicher Vorspannung übergestülpt ist, deformiert sich die Wand des Spannungsrades 4 ebenfalls zu einer deutlichen io Ellipse und presst dabei zwei gegenüberliegende Seiten ihrer Aussenverzahnungen 15 jeweils gleichzeitig in die Innenverzahnungen der beiden übereinander angeordneten, aber gegeneinander drehbeweglichen Ringräder 16,17. Da die Zähnezahl des antriebsseitigen Ringrades 17 gegenüber der 15 Aussenverzahnung 15 unterschiedlich ist, ergibt sich ein Vorschub bzw. eine Untersetzung. Die mit dem zweiten Ringrad 17 fest verbundene Kupplungsglocke 18 bzw. die davon ausgehende Verstellspindel 19 dreht sich also mit anderer Drehzahl bzw. mit anderem Drehmoment.

20 Der Umstand, dass die Wand des Spannungsrades 4 völlig geschlossen sein kann und eine Einspannung desselben im Einbauflansch 2 völlig restspaltfrei bzw. ohne Drehbeweglichkeit möglich ist, führt zu einer mit besten Flanschverbindungen vergleichbaren Abdichtungsqualität.

Infolge der erfindungsgemässen Stützwirkung durch die rotationssymmetrischen und achssymmetrischen Stützkörper 6,11 und die Umlaufstützkörper 21,22 bzw. durch Druckmittel sowie der Aussteifungswirkung durch den Spannungswellen-Erzeuger 14 bzw. der diesem zugeordneten Wälz-30 körper 23 kann der Innendruck im Armaturengehäuse 1 die relativ dünne Wand des Spannungsrades 4 nicht, auch bei hohen Differenzdrücken, einbeulen. Überdies schützen Einbauflansch 2 und Kupplungsglocke 18 das Spannungsrad 4 vor aggressiven Einflüssen von der Innen- oder Aussenseite 35 des Armaturengehäuses 1.

Zum Schutze vor Verschmutzung durch die Strömungsmedien ist es schliesslich noch möglich, eine Schleifringdichtung 24 zwischen Einbauflansch 2 und Kupplungsglocke 18 so anzuordnen, dass evtl. grobkörnige Verunreinigungen nicht die Verzahnung 15 durch den Spalt an dieser Stelle erreichen. Um absolut sicherzugehen, dass auch ein evtl. Haarriss in der Wand des Spannungsrades 4 rechtzeitig erkannt werden kann, bestellt noch die Möglichkeit, unterhalb des Antriebswellenlagers 7 eine Sicherheits-Notdichtung 25 einzusetzen und den sich damit im Inneren des Spannungsrades ergebenden Druckraum 26 über Kapillarbohrungen durch die Wand des Einbauflansches 2 hindurch zu überwachen.

Dieser Innenraum 26 kann selbstverständlich auch sehr einfach unter erhöhten Druck von aussen gesetzt werden, so dass die VersteifungsWirkung durch die verschiedenen Stützmittel nötigenfalls auch (gemäss Fig. 3) durch hydraulischen bzw. pneumatischen Druck verstärkt und über hydrostatische Lager 29 gleichmässig abgestützt werden kann.

55 Dabei wird (siehe auch Fig. 4) von der Antriebsseite Druckmittel durch die Zentralbohrung 51 in die Seitenkanäle 52 gleichmässig so verteilt, z.B. mittels Drosseln, dass in den Drucktaschen 29 des hydrostatischen Lagers stets Überfluss vorhanden ist und ein Abfluss über Rücklaufkanäle in den y, Dichtleisten oder separaten Bohrungen zurück zu einem Rücklaufsammeiraum 53 vor der Umwälzpumpe nimmt die überströmende Druckmittelmenge auf.

Eine besonders kompakte Bauweise für Ventil- und Schieberantriebe etc. ergibt sich dann, wenn die Kupplungsglocke 65 18 unmittelbar als Gewindemutter zur Erzeugung der Längsbewegung der Verstellspindel 19 ausgebildet wird. Das gleiche Grundprinzip lässt sich auch zur Betätigung von Ver-stellgliedern verwenden, bei denen keine Längsbewegung,

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sondern lediglich eine Drehbewegung im Armaturengehäuse erforderlich ist. Da in beiden Anwendungsfallen An- und Abtriebsbewegungen direkt proportional sind, ist keine Stellungsanzeige notwendig, deren Abgriff aus dem Druckraum herausführt.

Das Beispiel nach Fig. 5 zeigt eine mögliche Anwendung für einen Armaturenstelltrieb, bei dem im Armaturengehäuse 1 über einen Einbauflansch 2 das komplette Spannungs-wellen-Getriebe von der Stirnseite 3 her eingesetzt ist. Das Spannungsrad 4 ist mittels seines Bundes 5 gegen die Stirnseite 3 des Einbauflansches 2 stationär abgedichtet. Ein antriebsseitiger Stützkörper 6 (Verlängerung des Spannungswellen-Erzeugers) kann mit seinem zylindrischen Auslauf -ende bereits vom offenen Ende des Spannungsrades an seine Abstützwirkung gegen Beulkräfte oder Einknicken zur Wirkung bringen.

Der Antrieb erfolgt über eine im Antriebswellenlager 7 konventionell gelagerte Antriebswelle 8, mit deren Ende 9 der Antriebsmotor 10 in Trieb Verbindung steht. Der abtriebs-seitige Stützkörper 11, welcher dem Boden 12 des Spannungsrades 4 vorgeordnet ist und gemeinsame Rotationsachse 13 mit dem Spannungswellen-Erzeuger 14 hat, besitzt ebenfalls am freien Ende Kreisquerschnitt und hat am Übergang zum Spannungswellen-Erzeuger 14 dessen etwa elliptischen Querschnitt. Die Aussenverzahnung 15, welche von den beiden umlaufenden Erhebungen des Spannungswellen-Erzeugers 14 wellenförmig in die Verzahnungen des ersten Ringrades 16 und zweiten Ringrades 17 gepresst wird, ruft auf die an sich bekannte Weise eine erhebliche Drehzahlminderung hervor, welche von der Kupplungsglocke 18 zu einem Verstellglied 19 weitergeleitet werden kann. Das dem Spannungswellen-Erzeuger 14 zugeordnete hydrostatische Radiallager 30 wird von der in Form einer Zahnradpumpe oder dergleichen gebildeten Druckmittelquelle 31 gespeist. Der Zulauf-Druckregler 32 erlaubt es in der Einspeiseleitung 33 bzw. im Zulauf-Sammelraum 34, einen stets konstanten Druck sicherzustellen.

Zur Versorgung des hydrostatischen Radiallagers 30 ist in der Antriebswelle 8 ein Hauptkanal 35, der vor dem freien Ende hinter der abtriebsseitigen Verlängerung des Spannungswellen-Erzeugers 14 verschlossen ist. Am Hauptkanal 35 sind Verbindungskanäle 36 zu den Drucktaschen 37,38 vorgesehen, welche diese bei gleichen Strömungswiderständen für jede Drucktasche 37,38 mit der Einspeiseleitung 33 bzw. mit dem Zulauf-Sammelraum 34 verbinden. Die Drucktaschen sind untereinander durch Dichtleisten 39, welche mit dem Spannungswellen-Erzeuger 14 bzw. den vorgeordneten Stützkörpern 6,11 umlaufen, bis auf minimale Dichtspalte 40 zur Wand des Spannungsrades 4 verschlossen.

In die Dichtleisten 39 sind Rückflusskanäle 44 eingearbeitet, die nur zum Rückfluss-Sammelraum 45 freien Austritt haben. Durch ständigen Druckausgleich zwischen den einzelnen Drucktaschen und den Kanälen 44 ergibt sich zwischen der Innenwand des Spannungsrades 4 und dem Span-nungswellen-Erzeuger 14 zu einer berührungslosen Dichtung 41. Der Überschuss an Druckmittel, welcher im Einbauzustand immer aufrechterhalten bleiben sollte, bewirkt hier

über die kapillaren Verbindungskanäle 36 bzw. ihre Rück-fluss-Drosselstellen 43 mit einem deutlichen Druckgefälle in die eigenen Rückflusskanäle 44 zum Rückfluss-Sammelraum 45 eine gleichmässige Verteilung unter stetiger Schmier- und Abstützwirkung über der gesamten Oberfläche. Über einen Rückfluss-Druckregler 46 und ggf. Kühler 47 kann das Druckmittel zum Vorlagebehälter 48 zurückfliessen. In der bevorzugten Ausführung wurde der Vorlagebehälter 48 als Gehäuse eines Vorgelege-Getriebes 49 ausgebildet. Dieses Vorgelege-Getriebe 49 ist hier über die Antriebslaterne 50 mit dem Armaturengehäuse 1 fest verbunden.

In der Fig. 6 ist eine mögliche Anordnung von Drucktaschen 37,38 auf dem Spannungswellen-Erzeuger 14 sowie die Anordnung der kapillaren Verbindungskanäle 36 und des Hauptkanals 35 etwa in der Achse des Spannungswellen-Erzeugers 14 dargestellt.

In der Fig. 7 wird zur besseren Verständlichmachung anhand eines Raumbildes eine mögliche Ausführung für den Spannungswellen-Erzeuger 14 und die daran anschliessenden Stützkörper 6,11 mit den Drucktaschen 37,38, den Dichtleisten 39 und den darin eingearbeiteten Rückflusskanälen 44 dargestellt. Selbstverständlich ist die Zahl und Anordnung der Dichtleisten bzw. die Dimensionierung der Drucktaschen, je nach Anwendungsfall, verschieden ausführbar, ohne die Erfindung zu verlassen.

Primär ist die Herstellbarkeit eines ausreichend gleichmässig verteilten Kräftegleichgewichtes zwischen Kontrak-tions- und Expansionsspannungen.

Die Kontur des Spannungswellen-Erzeugers, etwa in der Mitte der Aussenverzahnung 15, zeigt Fig. 8 und die Kontur der Stützkörper an ihren freien Enden (praktisch kreisförmig) zeigt Fig. 9. Der axiale Querschnittsübergang ist absatzlos und vorzugsweise entsprechend der zugelassenen Beulkurve des Spannungsrades 4.

Die Anwendung des hydrostatischen Lagerungsprinzips auf Spannungswellen-Getriebe kann, ohne die Erfindung selbst zu verlassen, selbstverständlich auch dann noch vorteilhaft sein, wenn die Verbindungskanäle zur Versorgung der einzelnen Drucktaschen mit Druckmittel in das Spannungsrad selbst eingearbeitet werden.

Die Funktion dieses Spannungswellen-Getriebes ist gekennzeichnet durch die praktisch berührungslose Dichtung zwischen Spannungswellen-Erzeuger 14 und der Innenwand des Spannungsrades 4. Das über die Bohrungen in den Drucktaschen 37,38 aus den Verbindungskanälen 36 ausströmende Druckmittel fliesstüber die Dichtleisten 39 auf gesamter Breite bzw. Länge in die Rücklaufkanäle 44 ab. Durch Drosselstellen 43 bzw. durch Zulauf- und Ablaufregler 32,36 kann ein so ausgewogenes Druckgleichgewicht zwischen Beulspannung und Flüssigkeitsdruck hergestellt werden, dass eine freischwimmende und dennoch allseits gleichmässige Abstützung gegenüber dem Spannungsrad 4 bei gleichzeitiger intensiver Kühlung und Schmierung stets gewährleistet ist. Die Antriebswelle 8 kann selbstverständlich auch über beliebige andere Antriebe bewegt und die Druckmittelquelle 31 auch unabhängig betrieben werden.

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Claims (9)

651899 PATENTANSPRÜCHE

1. Antrieb mit einem Motor und einem zwischen seiner Antriebsseite und seiner Abtriebsseite druckdichten, zum abdichtenden Einbau in die Öffnung eines Gehäuses einer anzutreibenden Vorrichtung bestimmten Spannungswellengetriebe, das einen vom Motor über eine Antriebswelle (8) drehbaren Spannungswellenerzeuger (14) aufweist, der innerhalb eines topfförmigen und mit dem Gehäuse drehfest zu verbindenden Spannungsrades (4) angeordnet ist, wobei der Spannungswellenerzeuger (14) eine radial deformierbare Aussen Verzahnung (15) des Spannungsrades (4) unter Deformation auf Ellipsenquerschnitt auf einem Teil von dessen Umfang mit je einer Innenverzahnung zweier das Spannungsrad (4) umschliessender Ringräder (16,17) zum Eingriffbringt, von denen das erste Ringrad (16) mit dem Gehäuse ( 1) drehfest zu verbinden bestimmt ist und das zweite Ringrad (17) an einem relativ zum ersten Ringrad (16) drehbeweglichen, im Gehäuse anzuordnen bestimmten Ver-stellglied (19) als Abtrieb befestigt ist, wobei das zweite Ringrad (17) das Verstellglied (19) im Drehsinn der Antriebswelle (8) als Folge der durch den Spannungswellenerzeuger (14) bewirkten Deformation des Spannungsrades (4) dreht, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsrad (4) ausser am Spannungs wellenerzeuger (14) auf mindestens einem weiteren radial wirkenden Stützmittel (6,11,21) abgestützt ist, das auf der Antriebsseite des Spannungsrades (4) vorgesehen ist und mit seiner Umfangskontur das Spannungsrad (4) gegen unzulässige Verformung abstützt.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das Stützmittel aus mit dem Spannungsrad (4) starr verbundenen rotationssymmetrischen Stützkörpern (6,11) besteht.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass die Stützkörper (6,11) inRichtung zum Spannungswellenerzeuger (14) sich konisch verjüngen und ihre kleinsten Querschnitts-Durchmesser an ihren einen Enden der kleinen Achse (Di) des elliptisch verformten Spannungsrades entsprechen.

4. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass als weiteres Stützmittel ein mit der Antriebswelle (8) fest verbundener Stützkörper (21) vorhanden ist.

5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

dass der Stützkörper (21) als hydrostatisches Lager (29) mit auf dem Umfang der Mantelfläche gleichmässig verteilten Drucktaschen (38) ausgeführt ist.

6. Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Stützmittel (6,11, 21,30) und das Spannungsrad (4) als Drucklager ausgebildet sind und von einer Druckmittelquelle (31) aus druckbeaufschlagt werden.

7. Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Stützkörper (6,11, 21) als auch der Spannungswellenerzeuger (14) selbst als hydrostatische Lager (29) mit radialer Hauptwirkrichtung ausgestaltet und an eine gemeinsame Druckmittelquelle (31) angeschlossen ist.

8. Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

dass die hydrostatischen Lager (29) über einen in der Rotationsachse (13) des Spannungswellenerzeugers (14) gelegenen Hauptkanal (35) gespeist sind, von welchem kapillare Verbindungskanäle (36), die Drosselstellen (43) zur Druckvertei-lungsbeeinflussbarkeit aufweisen, in die Drucktaschen (37, 38) der hydrostatischen Lager (29) einmünden.

9. Antrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswellenerzeuger (14) und die Stützkörper (6,11) miteinander verbunden sind und ein einziges hydrostatisches Lager (29) bilden, dessen Konturen der inneren bzw. äusseren Soll-Kontur des Spannungsrades (4) angepasst sind.