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Die Erfindung betrifft die Neukonzeption
der Übertragung
von Rotationsenergie bei winkelversetzten An- und Abtrieben im allgemeinen
und Sondermaschinenbau, ferner eine mögliche Anwendung bei der Förderung
von flüssigen
oder gasförmigen
Medien begrenzten Druckes wenn es bei letzteren darum geht, Temperatureinflüsse an Leitungssystemen
auszugleichen und die technische Vereinfachung im Innern von Ventilen
und Schiebern – bei
Verringerung ihrer Baugrösse – im Hinblick
einer unkomplizierten Ventilkegelführung in dessen Lagersitz.,
wobei der Ventilkegel kompakt ausgebildet ist.
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Im Maschinenbau ist es seit jeher üblich, bei der
Kopplung räumlich
getrennter An- und Abtriebe über
Getriebeabstufungen die an der Kraftmaschine zur Verfügung stehende
Arbeitsleistung in Form von Rotationsenergie möglichst verlustfrei zur Arbeitsmaschine
zu leiten. Im Sondermaschinenbau kommt es dabei vor, dass durch
die vorgegebenen Bedingungen an der Arbeitsmaschine auch winkelversetzte Antriebe
vorgesehen werden müssen.
In beiden Fällen
gelingt die Kraftübertragung
nur durch den Einsatz des allgemein bekannten technischen Mittels Kardanwelle.
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Die Winkelbeweglichkeit von Kardanwellen wird
im Wesentlichen durch die Ausbildung in den an- und abtriebseitigen
Kreuzgelenken vorgegeben, wobei die Kraftangriffspunkte an den relativ
kleinen Flächen
der dort vorhandenen Verbindungsbolzen liegen. Diese kann man auch
als die eigentlichen Schwachstellen bezeichnen, wenn größere Scher- oder
Leibungskräfte
hier zur Zerstörung
führen.
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Modifizierte Kardanantriebe, z. B.
in Schneckenantrieben bzw. Förderschnecken
besitzen an- und abtriebseitig aufwendig gefräste Elemente, die zusätzlich gegen
Verschmutzung gekapselt werden müssen,
sodass sich hier die Frage nach einer gleichwertigen aber in der
Fertigung entschieden einfacheren, mit wirtschaftlich geringem Aufwand,
betreibbaren Lösungsmöglichkeit
stellt. Auch das Problem der wartungsfreien Lagerung und Schmierung der
bewegten Elemente sollte dabei einfacher gelöst werden können.
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Weiterhin ist im Ventil- und Schieberbau nicht
bekannt, dass die aufwendige Ausbildung und damit die Herstellung
des an der Ventilspindel befestigten, jedoch dabei relativ beweglichen
Ventilkegels sehr viel einfacher gelöst werden kann, wobei sich die
Baugrösse
eines Ventils bzw. Schiebers vor allem im Bereich des Funktionsraumes
des Ventilkegels wesentlich verkleinert.
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Dem bekannten Stand der Technik folgend existiert
keine Lösung,
beispielsweise bei der Konzeption von Kraftübertragungen zwischen Kraft-
und Arbeitsmaschinen im Sondermaschinenbau, die die nachteiligen
mit hohen Fertigungskosten behafteten Winkelantriebe auf der Basis
von Kardanantrieben gleichwertig ersetzt und/oder verbessert und
es fehlen Alternativen zur technisch vereinfachten Ventilkegelausbildung
und dessen Führung
in Ventilen oder Schiebern.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Lösung
vorzuschlagen, die winkelversetzte Kraftübertragungen unter Einsatz
von geringstem Herstellungs- und Montageaufwand ermöglicht, wobei
auf die sonst üblichen
Maschinenbauelemente eines Kardanantriebs verzichtet werden kann
und die Wartung und Schmierung nahezu unbegrenzt selbsttätig wirken,
die Lösung
unter bestimmten Bedingungen zur Förderung flüssiger oder gasförmiger Medien dienen
kann sowie eine vereinfachte, funktionssichere Ventilkegelführung/ausbildung
in Kombination mit einer neuartigen Kraftübertragung über die Ventilspindel, die
nicht durchgängig
aus Vollmaterial besteht, möglich
wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst, wobei
hinsichtlich der grundlegenden erfinderischen Gedanken auf den Patentanspruch
1 verwiesen wird. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt
sich aus den Patentansprüchen
2 bis 6 .
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Zur erfindungsgemäßen Lösung sollen weitere Erläuterungen
folgen.
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Ein Metallrohr definierter Wandstärke, aus einem
Werkstoff bestehend, der innerhalb bestimmter Grenzen Torsions-
und Biegebeanspruchungen zulässt,
besitzt über
seine Mantelfläche
verteilt, entweder spiralförmig
verlaufende Einschnitte mit kurvigen Konturen oder ringförmig in
sich geschlossene und hintereinander angeordnete Einschnitte mit
abgewandelten Kurvenkontur.
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Die Einschnitte, die die gesamte
Wandstärke des
Metallrohres durchtrennen sind so gearbeitet, dass ein möglichst
reibungsarmes Gleiten innerhalb des mit der Konturenbildung realisierten
Formschlusses erreichbar ist und die Biegung sowie die Übertragung
von Rota tionsbewegungen – in
Längsachse
gesehen – nach
allen Seiten frei möglich
bleibt und Teilflächen
der ständig
gleichartig wiederkehrenden Konturen für die Aufnahme der Drehbewegung
genutzt werden. Die Anzahl der formschlussbildenden eingeschnittenen
Konturen richtet sich nach dem Durchmesser der flexiblen Rohrwelle
und deren im Verhältnis
dazu vorhandenen Wandstärke,
wobei das Kriterium vor allem darin zu sehen ist, dass der Umfang
der abgerundeten Konturen mindestens zur Hälfte zum "Abrollen" genutzt
werden kann und Klemmwirkungen nicht zugelassen werden.
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Die Anzahl und Größe der Konturen bilden in diesem
Sinne das Maß einer
maximal möglichen
winkelversetzten Übertragung
von Drehbewegungen.
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Es erscheint sinnvoll, das erfindungsgemäße Kraftübertragungselement
zur Erhöhung
der Gleiteigenschaften in den kurvenförmigen Konturen einer selbsttätigen, ständigen Schmierung
zu unterziehen, indem es – innerhalb
des jeweiligen Arbeitsraumes ist es von außen nicht zugänglich z.
B. in Antrieben von Förderschnecken – mit einem
Schmiermittel gefüllt
ist, wobei dessen Austritt in die Umgebung des Arbeitsraumes mittels
einer flexiblen Abdeckung in Schlauch- oder Balgform verhindert
wird.
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Die Befestigung der flexiblen Rohrwelle
an- und abtriebseitig erfolgt in bekannter Weise auf den entsprechenden
Wellenenden mittels Verschraubung, Verstiftung oder ganzflächiger Aufschrumpfung/-pressung,
ohne jegliche Befestigungselemente.
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Mittels einer temperaturbeständigen und dichten
flexiblen Auskleidung innerhalb der flexiblen Rohrwelle, kann dieselbe
auch zur Förderung
von gasförmigen
bzw. flüssigen
Medien, die unter geringem Druck stehen, genutzt werden.
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Schliesslich liegt ein weiteres Anwendungsgebiet
darin, dass der untere Teil der herkömmlichen Ventilspindel eines
Ventils oder Schiebers – kurz
vor dem Übergang
bzgl. der Kombination mit dem Ventilkegel – als ein begrenztes Stück einer
flexiblen Rohrwelle ausgebildet ist und eine feste Verbindung mit einem
nunmehr einteiligen Ventilkegel besteht.
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Die Erfindung soll nachfolgend an
Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
Dabei soll auf die nachstehend genannten Figuren zurückgegriffen
werden:
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1 Darstellung
in Seitenansicht mit spiralförmig
eingebrachten Konturen in Tropfenform
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2 Darstellung
in Seitenansicht mit spiralförmig
eingebrachten Konturen in Halbkreisförm
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3 Darstellung
in Seitenansicht mit kreisringförmig
eingebrachten Konturen in Tropfenform
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4 Darstellung
in Seitenansicht (Teilschnitt) als modifiziertes Kardangelenk
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5 Schnittdarstellung
einer Ventilspindel in der Kombination mit der Rohrwelle und angesetztem,
einteiligem Ventilkegel
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Die verwendeten Bezugszeichen haben
folgende Bedeutung:
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- 1
- Rohrwelle
- 2
- flexibler Überzug
- 3
- spiralförmige Schlitzung
in Tropfenform
- 4
- Wellenbefestigung
- 5
- Schmiermittelbefüllung
- 6
- spiralförmige Schlitzeng
in Halbkreisform
- 7
- kreisringförmige Schlitzeng
in Tropfenform
- 8
- Drehpunkt
1
- 9
- Drehpunkt
2
- 10
- Radius
R mit Freischnitt
- 11
- Fixierung
I
- 12
- Fixierung
II
- 13
- Einschnürung T 13
- 14
- Ventilspindel
- 15
- Rohrwelle
- 16
- Ventilkegel
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Die ein Drehmoment übertragende
Rohrwelle 1 besitzt bis in unmittelbarer Nähe ihrer
Auflage auf den Wellenenden des An- und Abtriebs (hier nicht näher dargestellt)
umlaufende Schlitzungen in Spiralform oder jeweils in voneinander
abgesetzten Kreisringen.
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Gemäß der 1 und 2 sind
die spiralförmigen
Schlitzungen in Tropfenform 3 oder in Halbkreisform 6 eingebracht
und realisieren so in erster Linie Formschluß, verbunden mit einer winkelbeweglichen Auslenkung
der Rohrwelle 1 innerhalb des Versatzes von An- und Abtrieb.
Zum anderen wird über
die "Pseudo"-Verzahnung der gewählten
Konturen erreicht, dass eine kraftschlüssige Mitnahme über die Radien
der vorgeschlagenen Kurvenformen erfolgt.
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Die spiralförmige Schlitzeng in Halbkreisform 6 hat
den Vorteil, dass ein reibungsärmeres
Gleiten unterstützt
wird.
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Funktionell können auch kreisringförmige Schlitzungen
in Tropfenform 7 jeweils in sich geschlossener Form gewählt werden.
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Zur Verbesserung der Flexibilität und Herabsetzung
von Reibungskräften
in den auch in "knopflochartigen" Schlitzengen konzipierbaren Einschnittformen,
wird die flexible Rohrwelle 1 mit einem Schmiermittel über die
Schmiermittelbefüllung 5 befällt.
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Der etwaige Austritt in die Umgebung
von letzterem wird verhindert, indem ein flexibler Überzug 2,
der auch als Faltenbalg ausgebildet sein kann, die flexible Rohrwelle 1 an
ihrer gesamten Mantelfläche abdeckt.
Die Kopplung der flexiblen Rohrwelle 1 an beiden Seiten
mit An- und Abtrieb erfolgt über
bekannte Wellenbefestigungen 4, z. B. mittels Verschraubungen
oder Verstiftungen. Letztere entfallen, wenn ein Aufpressen auf
die bezeichneten Wellenenden vorgesehen ist.
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Als weitere Variante kann ein modifiziertes Kardangelenk
nach 4 vorgeschlagen
werden, das in tropfenförmiger
Schlitzeng an der "Rohrnennung" mit jeweils zwei gegenüberliegenden
versehen ist, wobei die Einbringung der Tropfenform unter einem
Winkel W2° gewählt ist
und versetzt dazu ein Radius mit Freischnitt 10 vorgesehen
ist.
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Mit dieser Ausführung ist eine Reduzierung auf
wenige Einschnitte gegeben wobei mittels der besonderen Art der
Einbringung eine Fixierung bezgl. Fixierung III und Fixierung II
12 besteht.
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Der Radius R mit Freischnitt 10 und
die Einschnürung
T 13 werden in Abhängigkeit
des geforderten Knickwinkels W1 festgelegt.
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Es ist denkbar, dass die erfindungsgemäße Lösung nicht
nur zur Kraftübertragung,
sondern auch durch die geschuldete "innere" Beweglichkeit zum Einsatz
als Dehnungsausgleich (Kompensator) in Rohrsystemen Verwendung findet
und Gase oder Flüssigkeiten
mit geringem Druck förderbar
sind.
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In dieser Variante verlagert sich
die dichtende, flexible Umhüllung,
der flexible Überzug 2,
nach innen.
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Im Ventil- oder Schieberbau bietet
sich an, den unteren Teil der Ventilspindel 14 gemäss 5 mit dem kurzen Stück einer
flexiblen Rohrwelle 15 fest zu verbinden und an deren unterem
Ende den Ventilkegel 16 gleichfalls fest anzusetzen. Dadurch ergibt
sich der Vorteil, dass die Fertigung eines sonst aus mehreren Teilen
zusammengesetzten Ventilkegels 16 sehr viel einfacher und
damit kostengünstiger durchgeführt werden
kann, weil er prinzipiell nur noch aus einem Rotationsdrehteil besteht
und aufgrund der Beweglichkeit, über
die flexible Rohrwelle 15 dennoch genau in den Lagersitz
im Ventil zur Absperrung von gasförmigen oder flüssigen Medien
gleiten kann.
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Zur Erhaltung der Funktion der erfindungsgemässen Ausbildung
ist in diesem Fall am Übergang
flexible Rohrwelle 15/Ventilkegel 16 vorgesehen,
dass dort Rückflussöffnungen
eingebracht sind.
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Die flexible Rohrwelle kann gemäss den vorgeschlagenen
Anwendungsfällen
aus metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen bestehen.