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Vorrichtung zum übertragen von Drehmomenten durch eineWandung Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Übertragen von Drehmomenten durch
eine ausbiegbare, verschlossene rohrförinige Wandung.
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Es ist bereits bekannt, Kräfte und Drehmomente durch verschlossene,
druckdichte Wandungen mittels elektrischer Induktion oder magnetischer Kraft zu
übertragen oder dadurch, daß Bewegung durch Stopfbüchsenpackungen, Dichtungen oder
durch Schwingwände übermittelt wird. Bei der Anwendung elektrischer Induktion oder
magnetischer Kraft für diesen Zweck bestehen jedoch Begrenzungen hinsichtlich der
Größe der übertragenen Kraft, hinsichtlich der Dicke der Wandung und hinsichtlich
des zulässigen Temperaturbereiches. Dichtungen sind häufig nur im be-
schränkten
Maße wirksam, insbesondere wenn die Wandung vollkommen druckdicht bleiben soll,
und schwingungsfähigen Wänden sind bezüglich ihrer Ab-
messungen und bezüglich
des zulässigen Druckunterschiedes gewisse Grenzen gesetzt. Eine der bekannten Vorrichtungen
besteht aus einem Elektromotor, bei dem ein hermetisch verschlossener Behälter zwischen
dem Stater und dem Anker des Motors angeordnet ist. Da der Behälter sich in dem
Luftspalt des Motors befindet, muß er aus unmagnetischem Material bestehen. Um zufriedenstellend
zu arbeiten, muß eine Vorrichtung dieser Art ziemlich groß sein und muß init mittelhoher
oder hoher Geschwindigkeit betrieben werden. Infolgedessen ist es in vielen Fällen
erforderlich, ein Untersetzungsgetriebe zu verwenden. Es ist jedoch häufig unerwünscht,
ein Untersetzungsgetriebe in chemischen Atmosphären anzuordnen und hohen Temperaturen
auszusetzen. Außerdem entstehen Schwierigkeiten dadurch, daß Lager innerhalb des
hermetisch verschlossenen Behälters eingebaut werden müssen und daß für ausreichende
Schmierung gesorgt werden muß.
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In vielen bekannten Vorrichtungen müssen komplizierte Vorrichtungen
innerhalb des Behälters angeordnet werden, einschließlich Lager, Zahnräder, Muttern
bzw. Schrauben. Wenn der Inhalt des Behälters den Werkstoff angreift oder giftig
ist oder wenn hohe Temperaturen oder Temperaturunterschiede erforderlich sind, ist
es besonders schwierig, betriebsfähige Vorrichtungen herzustellen.
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Die Ausdrücke »verschlossene Wandung oder rohrförmige Wandung« beziehen
sich auf eine Wand, die einen Teil der Wand eines Behälters, Gefäßes, Ummantelung
oder Verkleidung bildet.
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Die Erfindung bezweckt: Drehmomente unmittelbar durch eine verschlossene
Wandung zu übertragen, einen an der Außenseite einer verschlossenen Wandung drehbar
angeordneten Teil mit einem innerhalb der verschlossenen Wandung angebrachten drehbaren
Teil so zu verkeilen, daß die Drehung eines dieser Teile die Drehung des anderen
Teiles bewirkt, Drehbewegung durch eine verschlossene Wandung zu übertragen, ohne
daß Schlupf zwischen dem antreibenden und getriebenen Teil stattfindet Flankenspiel
beim Übertragen von Drehbewegung durch eine verschlossene Wandung auszuschalten,
äußerst genaue Übertragung von Drehbewegungen sicherzustellen, die Notwendigkeit
der Verwendung von Zahnrädern beim übertragen von Drehbewegung auszuschalten,
einen
hohen Wirkungsgrad beim übertragen von Drehbewegung durch eine verschlossene Wandung
zu erzielen, eine Vorrichtung zu schaffen, deren übertragungsfähigkeit von Drehmomenten
sehr groß ist und nur durch die übertragungsfähigkeit der verwendeten Lager begrenzt
wird, eine Vorrichtung zur übertragung von Drehmomenten zu schaffen, die sehr vielseitig
ist und aus wenigen Teilen besteht, und eine Vorrichtung zur übertragung von Drehmomenten
vorzusehen, die einen ein Rohr umgebenden, elliptischen Teil und einen innerhalb
des Rohres angeordneten, elliptischen Teil hat, wobei der Innenteil bezüglich des
Außenteiles so angeordnet ist, daß die Drehung eines der elliptischen Teile die
Drehung des anderen bewirkt. Für diese Zwecke sieht nun die Erfindung bei einer
Vorrichtung zum übertragen von Drehmomenten durch eine ausbiegbare, verschlossene
rohrförmige Wandung mit einem Spannungswellenerzeuger, einer getriebenen Welle und
Antriebsmitteln entweder für den Spannungswellenerzeuger oder für die genannte Welle
vor, daß die getriebene Welle, wie an sich bekannt, elliptisch geform#t ist und
daß der Spannungsweffenerzeuger eine elliptische Bohrung hat, welche die rohrförin-ige
Wandung umschheßt, in der diese Welle angeordnet ist. Besondere Erfindungsmerkmale
betreffen die Maßnahmen, daß die rohrförnüge Wandung konzentrisch zwischen Kugellagern
angeordnet ist, die mit der elliptischen Bohrung des Spannungswellenerzeugers und
der getriebenen elliptischen Welle im Eingriff stehen, bzw. daß die Ausbiegung der
rohrförmigen Wandung den Spannungswellenerzeuger und die getriebene Welle durch
die rohrförniige Wandung hindurch miteinander verkeilt. Bevorzugt ist nach einem
besonderen Erfindungsmerkmal vorgesehen, daß der Spannungswellenerzeuger aus einem
von einem Stator eines Induktionsmotors umgebenen Kurzschlußanker besteht.
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Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, Drehmomente
durch ein verschlossenes Rohr oder durch eine Behälterwandung zu übertragen, unabhängig
davon, ob das Wandungsmaterial magnetisch oder unmagnetisch ist. Außerdem spielt
die Wandungsdicke bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht mehr die kritische
Rolle wie bei bekannten Vorrichtungen. Der Aufbau der Vorrichtung ist sehr einfach,
und hohe Temperaturen und Druck sowie die chemischen Eigenschaften von Materialien
sind nicht imstande, selbst nach ziemlich langer Zeit, den Arbeitsverlauf der Vorrichtung
ungünstig zu beeinflussen. Die Vorrichtung ist raumsparend, da sie nur wenige Teile
hat, die somit auch nur wenig Raum benötigen.
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In den Zeichnungen sind nur einige der zahlreichen Verkörperungen
der Erfindung abgebildet. Es zeigt Fig. 1 einen schematischen Schnitt einer
die Erfindung verkörpernden Vorrichtung, Fig. 2 eine Endansicht der in Fig.
1 abgebildeten Vorrichtung, Fig. 3 einen Schnitt einer die Erfindung
verkörpernden Schleuderpumpe, Fig. 4 einen Schnitt einer Pumpe zum Fördern von Flüssigkeit.
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Da die die Erfindung verkörpernde Vorrichtung vor allen Dingen zum
übertragen von Drehmomenten durch eine Behälterwandung verwendet werden soll, bezieht
sich die folgende Beschreibung auf einen außerhalb des Behälters angeordneten Antriebsteil,
obwohl es auch möglich ist, den Antriebsteil innerhalb des Behälters anzubringen.
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Zum übertragen von Drehbewegungen durch die Behälterwandung wird eine
Spannungswelle durch den Antriebsteil er-zeugt, der sich außerhalb oder innerhalb
des Behälters befindet und mit einem Maschinenteil innerhalb oder außerhalb des
Behälters zusammenwirkt. Die Spannungswelle greift am Umfang einer rohrförmigen
Wandung an. Hierbei wird vorzugsweise ein zwischen dem Antriebsteil und der rohrförmigen
Wandung angeordnetes Kugellager verwendet, welches durch den Antriebsteil so verformt
wird, daß es eine elliptische Form erhält. Die durch das Drehen des Antriebsteiles
erzeugte Bewefflg wird auf einem Maschinenteil, wie z. B. eine Welle, ein Rad oder
beispielsweise ein Pumpenflügelrad, übertragen. Der Maschinenteil wird bezüglich
des Antriebteiles in bestimmter Lage gehalten, und zwar vorzugsweise durch ein Kugellager
von elliptischer Form.
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In der bevorzugten Ausführungsform werden die rohrförnüge Wandung,
eine innere Kugellaufbahn des äußeren Kugellagers und eine äußere Kugellaufbahn
des inneren Kugellagers nicht gedreht, sondern führen nur eine radiale Wellenbewegung
unter der Einwirkung des Antriebsteiles aus, jedoch kann die rohrförnüge Wandung
gedreht werden, wenn eine Einstellung vorgenommen werden soll. Die durch den Antriebsteil
erzeugte Spannungswelle, die sich um die verschlossene Wandung herumbewegt, verursacht,
daß jeder Teil der Wandung radial nach innen und nach außen ausgebogen wird. Somit
führt jeder Teil der Wandung eine Kurvenbewegung aus, die vorzugsweise sinusförmig
ist, die aber innerhalb angemessener Grenzen abgeändert werden kann.
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Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, weist der Spannungswellenerzeuger
20 in Form eines ziemlich starren Ringes eine elliptische Innenwand auf. Wenn der
Spannungswellenerzeuger 20 den Antriebsteil der Vorrichtung darstellt, wird er in
geeigneter Weise angetrieben, z. B. indem ein Riemen um ihn herumgeführt wird oder
indem eine Verzahnung in seine Außenwand eingeschnitten wird. Die Innenwand des
Spannungswellenerzeugers 20 steht mit einer äußeren Kugellaufbahn 22 eines Kugellagers
21 im Eingriff, das mit Kugeln 23 und einer inneren Kugellaufbahn 24 versehen
ist. Die äußeren und inneren Kugellaufbahnen 22 und 24 werden so verbogen, daß sie
eine elliptische Form annehmen. Das Verbiegen der Kugellaufbahnen 22 und 24 wird
dadurch bewirkt, daß das Kugellager 21, welches ein handelsübliches Kugellager sein
kann, in den elliptischen Hohlraum des Spannungswellenerzeugers 20 eingezwängt wird.
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Die innere Kugellaufbahn 24 liegt eng an der Außenwand einer rohrförmigen
Wandung 25 an, die z. B. die Wandung eines Behälters oder eines Gefäßes oder
die Seite einer Ummantelung oder eines Gehäuses sein kann und deren Enden in nicht
dargestellter Weise verschlossen sind.
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Obwohl es vorteilhaft ist, ein Kugellager zusammen mit dem Spannungswellenerzeuger
20 zu verwenden, damit die Reibung auf einem ziemlich niedrigen Wert gehalten wird,
ist die Verwendung eines Kugellagers nicht unbedingt erforderlich. Zum Beispiel
könnte Jer Spannungswellenerzeuger 20 so angeordnet sein,
daß seine
Innenwand unmittelbar mit der rohrförmigen Wandung im Eingriff steht und sie ausbiegt.
Ebenfalls wird es vorgezogen, ein Kugellager 26 innerhalb der rohrförmigen
Wandung 25 zwischen derselben und einer getriebenen Welle 31 von elliptischem
Querschnitt anzubringen, damit die rohrförmige Wandung 25 die getriebene
Welle 31 nicht unn-üttelbar berührt und damit der Reibungswiderstand verringert
wird.
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Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, hat das Kugellager
26 eine äußere Kugellaufbahn 27, Kugeln 28
und eine innere Kugellaufbahn
30, die eng über die getriebene Welle 31 paßt. Die Kugellaufbahnen
27
und 30 nehmen eine elliptische Form dadurch an, daß das Kugellager
26, welches vorzugsweise ein handelsübliches Kugellager ist, auf die elliptische
getriebene Welle 31 aufgezwängt wird.
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In den meisten Fällen ist es vorteilhaft, die verschiedenen Teile
der Vorrichtung aus Kohlenstoffstahl, Legierungsstahl, rostfreier Stahlbronze oder
aus einem anderen Material herzustellen. Allerdings können diese Teile auch aus
anderen Materialien hergestellt werden. Zum Beispiel kann die rohrförmige Wandung
25 aus Polytetrafluoräthylen, aus Polyäthylen oder aus natürlichem oder synthetischem
Gummi bestehen.
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Wie ersichtlich, hält der Spannungswellenerzeuger 20, der ein dicker
Ring mit einer elliptischen Innenbohrung ist, das Kugellager 21 in elliptischer
Form, so daß die innere Kugellaufbahn 24 ebenfalls eine eiliptische Form hat. Der
Spannungswellenerzeuger 20 übt somit eine Ausbiegekraft aus, die die rohrförmige
Wandung 25 in elliptische Form bringt, und trägt zu der Ausbiegekraft bei,
welche die äußere Kugeflaufbahn 27 des Kugellagers 26 in elliptischer
Form hält, obwohl diese Form des Kugellagers 26 vor allem durch den Querschnitt
der getriebenen Welle 31
hervorgerufen wird. Das Kugellager 26 dient,
wie ersichtlich, nicht nur zum übertragen von Bewegungen, sondern wirkt auch als
Lager für die getriebene Welle 31.
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Beim Betätigen der Vorrichtung bleibt die rohrförinige Wandung in
Ruhe (außer wenn sie für einen besonderen Zweck gedreht wird), und der Antrieb des
Spannungswellenerzeugers 20 wird durch mechanische, elektrische oder andere Mittel
vorgenommen. Die Lage der äußeren Kugellaufbahn 22 des Kugellagers 21 bezüglich
des Spannungswellenerzeugers 20 bleibt unverändert, weil das Kugellager 21 in den
Spannungswellenerzeuger 20 eingezwängt ist. Ebenso bleiben die Lagen der inneren
Kugellaufbahn 24 des Kugellagers 21. und der äußeren Kugellaufbahn 27
des
Kugellagers 26 bezüglich der rohrförinigen Wandung 25 unverändert.
Ferner befindet sich die innere Kugellaufbahn 30 des Kugellagers
26 bezüglich der getriebenen Welle 31 in bestimmter Lage, da die Kugellaufbahn
30 die getriebene Welle 31 fest umgibt. Da die rohrförmige Wandung
25 und somit die Kugellaufbahnen 24 und 27 in ihren Lagen verbleiben,
bewirkt die Drehung des Spannungswellenerzeugers 20 und die hierdurch hervorrgerufene
Drehung der äußeren Kugellaufbahn 22 des Kugellagers 21, daß die Kugeln
23 rollen. Infolgedessen werden die innere Kugellaufbahn 24 des Kugellagers
21, die rohrförmige Wandung 25 und die äußere Kugellaufbahn 27 des
Kugellagers 26 radial ausgebogen, so daß die Kugeln 28 des inneren
Kugellagers 26 rollen und die getriebene Welle 31 angetrieben wird.
Es ist ersichtlich, daß der Spannungswellenerzeuger 20 und die getriebene Welle
31 so miteinander verkeilt sind, daß eine Umdrehung des an der Außenseite
der rohrförmigen Wandung 25 angeordneten Spannungswellenerzeugers 20 eine
Umdrehung der getriebenen Welle 31 bewirkt.
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Obwohl die Welle 31 normalerweise angetrieben wird, könnte
sie auch zum Antrieb des Spannungswellenerzeugers 20 verwendet werden.
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In Fig. 3 ist ein Induktionsmotor mit Kurzschlußanker abgebildet,
dessen Stator32 von üblicher Art einen Kurzschlußanker33 umgibt. Der Kurzschlußanker33
ist ebenfalls von üblicher Bauart, mit der Ausnahme, daß er ziemlich starr ist und
eine elliptische Innenbohrung hat, die die äußere Kugellaufbahn eines Kugellagers
21' umschließt. Das Kugellager 21' ist von elliptischer Form und der Bauart des
in Fig. 1 und 2 abgebildeten Kugellagers 21 ähnlich, nur hat es mehrere Kugelreihen.
Das elliptische Kugellager 21' biegt eine rohrförmige Wandung 25'
aus, welche
eine äußere Kugellaufbahn eines Kugellagers 26' umgibt und mit diesem im
Eingriff steht. Das Kugellager 26' ist auf die elliptische Oberfläche eines
angetriebenen Elements aufgesetzt, welches das Kugellager 26' in elliptische
Form bringt. Die Kugellager 21', 26' führen zwei Funktionen aus, da sie nicht
nur als Lager dienen, sondern auch Drehbewegung übertragen.
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Das in Fig. 3 abgebildete angetrieb-ene Element bildet eine
Pumpe. Es besteht aus einer rohrförmigen Welle 31' mit einer Einlaßöffnung
34 in der Mitte und mit Flügeln 35, durch die Flüssigkeit in ein Ausflußteil
36 gelangt.
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In Fig. 4 ist eine weitere Pumpe zum Fördern von Flüssigkeiten dargestellt.
Eine angetriebene hohle Welle 312 hat eine eiliptische Außenfläche und ist
mit spiralförmigen Schraubenblättern versehen, die Flüssigkeit von einem Einlaß
37 durch einen Kanal und um die Schraubenblätter 36 herum zu einem
bei 38
abgebildeten Ausfluß fördern. Zum Antrieb dieser Pumpe dient der Elektromotor,
der in Verbindung mit der in Fig. 3 abgebildeten Vorrichtung bereits
be-
schrieben worden ist.