DE1919099U

DE1919099U - Kugelkopf fuer fernbedienbare werkzeuge.

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Publication number: DE1919099U
Application number: DEC7366U
Authority: DE
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1959-07-07
Filing date: 1960-07-06
Publication date: 1965-07-01
Also published as: BE592371A; FR77576E; GB928052A; DE1251247B; US3082045A; LU38877A1; CH364049A; NL113850C

Description

Patentanwälte η * λ ο r> η ύ λ η λ

Dipl.-Ing. R. Beetz u. RA. ,1 U 68 3*19. 3.65

Dipl.-!ng. Lamprecht 410-6117H-LH(SV ic

München 22, Steinsdorfstr. 10

Q 7566/87a Gbm

Commissariat a !'Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Kugel-Wanddurcliführung für eine Werkzeugtragstange

eines Manipulators

Die Neuerung bezieht sieh auf eine Kugel-Wanddurchführung für eine Werkzeugtragstange eines Manipulators, welche die in einer öffnung der Wand gelagerte, aus einem Strahlungen absorbierenden Material bestehende Kugel diametral durchsetzt und zusammen mit der Kugel um deren Mittelpunkt in horizontaler und vertikaler Richtung schwenkbar ist.

Kugel-Wanddurchführungen dieser Art werden insbesondere in der Atomtechnik verwendet, um in einer Strahlenschutzwand ein durch die Wand hindurehführendes, stangenförmiges Organ, beispielsweise die Werkzeugtragstange eines Manipulators, unter Aufrechterhaltung des Strahlenschutzes allseitig schwenkbar zu lagern.

Bei den bisher bekannten Kugel-Wanddurchführungen ist die Kugel in einer in die Schutzwand eingebauten, im wesentlichen ringförmigen Halterung gelagert, die die Kugel in einer relativ breiten Umfangszone oder zwei parallelen Kugelzonen mit waagerechter Achse eng anliegend umfaßt, und so eine Gleitlager-Halterung für die Kugel bildet. Derartige Kugel-Wanddurchfühi*-

rungen haben gewisse Nachteile, die im wesentlichen dadurch bedingt sind, daß die Halterung, in die die Kugel eingebaut ist, Verformungen erleiden und die Reibung zwischen der Kugel und ihrer Lagerung hohe Werte annehmen kann, ao daß ein großer Kraftaufwand für das Schwenken der durch die Kugel hindurehfuhrenden Stange erforderlich ist. Diese Nachteile zeigen sich insbesondere bei Kugel-Wanddurchführungen für verhältnismäßig starke Strahlenschutzwände, in denen relativ schwere Kugeln verwendet werden müssen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nachteile bzw. Schwierigkeiten in der Bewegung der Kugel innerhalb ihrer Lagerung zu beseitigen und eine verklemmungssiehere und weitgehend reibungsfreie Kugel-Wanddurchführung zu schaffen. :

Die neuerungsgemäße Kugel-Wanddurchführung für eine Werkzeugtragstange eines Manipulators, welche die in einer öffnung der Wand gelagerte, aus einem Strahlungen absorbierenden Material bestehende Kugel diametral durchsetzt und zusammen mit der Kugel um deren Mittelpunkt in horizontaler und vertikaler Richtung schwenkbar ist, unterscheidet sieh im wesentlichen dadurch von den bisher bekannten Kugel-Wanddurchführungen, daß die Kugel über kreisförmige Stütz- und führungslaufbahnen, die svmmetrisch zu einer vertikalen Durchmesserebene der Kugel liegen, auf eine Gruppe von Wälzlagern abgestützt ist, die eine weitgehend reibungsfreie Drehung der Kugel um eine horizontale Achse

gestatten und ihrerseits von einer Wälzlagerung getragen werden, die eine Drehung der Gruppe von Wälzlagern und der Kugel um eine durch den Mittelpunkt der Kugel gehende vertikale Achse gestattet.

Dadurch, daß die Kugel sich nicht mehr - wie hei den bekannten Kugel-Wanddurchführungen - auf die Innenfläche der Halterung unmittelbar gleitend abstützt, sondern auf leiehtgängige Wälzlagerungen, welche Schwenkungen der Kugel in zwei zueinander senkrechten Ebenen erlauben, die ihrerseits im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Schutzwand sind, können bei unvermeidlichen geringen Deformationen der Halterung keine Zwängungskräfte auftreten, und die sich einem Schwenken der Kugel widersetzende Reibung in den Wälzkörper-Abstützungen ist ganz wesentlich kleiner als die Reibung in einander berührenden Gleitflächen; auf diese Weise sind selbst verhältnismäßig große und entsprechend schwere Durchführungskugeln in starken Schutzwänden für durchdringende Strahlung noch leicht beweglich. Als Wälzkörper oder Wälzlagerungen können Kugel- oder Hollenlager benutzt werden. Wenn die Kugel aus relativ weichem Material, wie Blei, besteht, ist es zweckmäßig, die Stütz- und lührungslaufbahnen an einer die Kugel zumindest teilweise umkleidenden Hülle aus hartem Material vorzusehen.

Gemäß einem weiteren besonderen Merkmal der Neuerung ist die Kugel mit ihrer Wälzlagerabstutzung in einem Gehäuse unter-

gebracht, das durch zwei Schalen gebildet ist, die in an sich bekannter Art in eine mit Gewinde versehene Bohrung der Schutzwand eingeschraubt sind, wobei die inneren Flächen dieser Bohrung gänzlich oder teilweise mit Auskleidungen aus widerstandsfähigem Metall überzogen sind, in das die Gewindegänge eingeschnitten sind. Die äußeren Öffnungen der Schalen, die das Gehäuse für den Kugelkopf bilden, haben eine konische Gestalt, wobei die Kegelspitze zur Kugel hinzeigt, und ermöglichen so, daß die Werkzeugtragstange sich in einem Kegelbereich mit einem großen öffnungswinkel bewegen kann, ^eim die Öffnungen zylindrisch wären, würde der von der Werkzeugtragstange umfaßte Kegelöffnungswinkel viel kleiner sein und daher auch der Schwenkbereich der Werkzeugtragstange entsprechend kleiner sein.

Die Kugel-Wanddurchführung gemäß der !Teuerung kann mit Rollen- oder Kugellagern ausgerüstet sein, deren äußere Laufringe konisch gestaltet sind. In diesem Falle haben die laufbahnen eine passende konische lOrm, so daß die Kugellager, deren äußere laufringe konisch sind, sich an den Laufbahnen abstützen können.

Die !Teuerung wird im folgenden anhand sehematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:

fig. 1 einen Schnitt durch den Mittelpunkt einer Kugel-Wanddurchführung gemäß der !feuerung entsprechend einer ersten Ausführungsart?

Fig. 2 eine Drauf sielst im Schnitt nach der linie A, B, C in Fig. 1;

Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht durch den Mittelpunkt der Kugel gemäß der Neuerung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 einen Querschnitt nach der linie D, E in Fig. 3> wobei die untere Hälfte der Kugel nicht im Schnitt dargestellt ist;

Fig. 5 eine Draufsicht auf den die Kugellager tragenden Teil, der aus der in Fig. 1 dargestellten Gesamtanordnung herausgenommen ist;

Fig. 6 einen Querschnitt nach der linie F, G, H in Fig. 5;

Fig. 7 eine Ansieht des die Kugellager tragenden Teiles, der aus der in Fig. 3 dargestellten Gesamtanordnung des Kugelkopfes herausgenommen ist;

Fig. 8 einen Querschnitt nach der Linie L, K in Fig. 7;

Fig. 8Ms einen Querschnitt einer abgeänderten Bauart

gemäß Fig. 8 mit Kugellagern, deren äußere laufring e konisch gestaltet sind;

Fig. 9 eine Seitenansicht der B§£Likugel, die aus der in Fig. 1 dargestellten Kugel-Wanddurchführung herausgenommen ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt die Kugel-Wanddurchfürhung gemäß der ersten Ausführungsart eine Bleikugel 1, die von einer Betätigungsstange 2 für das fernbedienbare Werkzeug durchquert ist. Auf die Kugel 1 sind zwei Schalen 3 und 4 aus

hartem Stahl aufgebracht, die derart bearbeitet wurden, daß sie zwei parallele Lauf- und Führungsbahnen 5 und 6, die in Fig. 9 zu sehen sind, aufweisen. Die Kugel ruht über diese "beiden Lauf- und Führungsbahnen 5 und 6 auf vier kleinen Kugellagern 7» 8, 9 und 10, auf denen sie sich drehen kann. In Fig. 1 sind lediglieh zwei Kugellager zu sehen. In Fig* 2 und 5 erkennt man vier Kugellager, die in dem Bauteil 11 auf an den Stellen 14 und 15 (Fig.5) verstifteten Achsen 12 und 13 gelagert sind. Die lager 7 und 9 befinden sieh auf der Achse 12 und die Lager 8 und 10 auf der Achse 13· Der Bauteil 11 ist um eine vertikale Achse 16 drehbar, die fest in einem Gehäuseteil 17 ruht (Fig. 1 und 2). Um eine reibungslose Bewegung zwischen dem Seil 11 und dem Boden 18 des Gehäuseteils 17 zu erreichen, ist ein Druckwälzlager 19 zwischen die untere Fläche 20 des Teiles 11 und die obere Fläche 18 des Gehäuseteils 17 eingebaut.

Der Bauteil 11, der Gehäuseteil 17, in dem der Teil 11 beweglich ist, und die Kugel 1, die über Rollen 7 und 10 auf dem Teil 11 drehbar gelagert ist, sind in einem Bleigehäuae21 angeordnet, das mit einer Umhüllung 22 aus hartem Metall, z.B. Stahl, versehen ist. Das Gehäuse 21 ist in der Durchführungsbuchse 23 in der Schutzwand dureh Zapfen 24 zentriert und mit dieser an den Stellen 25 verschweißt.

Das Gehäuse 21, das die gesamte Kugelanordnung enthält, ist an den Stellen 26 und 27 konisch !^geschrägt, um eine maximale Auslenkung der Stange 2 entsprechend den strichpunktiert ange-

deuteten Stellungen 2^f und 2" in Fig. 1 zu ermöglichen.

Aus Fig. 3 und 4 ist zu ersehen, daß die Kugel wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine Bleikugel ist, daß diese Kugel jedoch gemäß einem "besonderen Merkmal der Neuerung nicht "völlig mit einer widerstandsfähigen Metallschicht umgeben ist. Die Kugel trägt nur eine Armierung aus hartem Metall in Form eines Ringea 28, der vorzugsweise beim Gießen der Kugel in einer Gußform in der der Ring einstweilig ein Abschlußelement bildet, in die Kugel eingegossen ist. Die Mittelebene des Ringes 28 fällt mit einem ■ ' Großkreis der Kugel 1 zusammen, und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt in dieser Ebene auch die Stange 2 zum Fernbedienen des Werkzeuges, die den Kugelkopf 1 entlang einem Durchmesser durchquert.

Gemäß der Neuerung weist die Kugel lediglich eine Führungsbahn 29 auf, die als Umfangsnut in den Sing 28 eingearbeitet ist und in der Mittelebene desselben liegt.

Die Kugel 1 ruht auf vier Kugellagern 30 bis 33» die von einem als Drehschemel dienenden Bauteil 11 (Fig. 7) getragen werden. Die beiden Lager 30 und 31 sind auf Achsen 34 bzw* 34a (Fig. 7 und 8) normal zur Mittelebene des Ringes 28 angeordnet und greifen mit ihren Laufringen in die mittlere Stütz- und Führungsbahn 29 ein.

Die Lager 32 und 33 sind auf Achsen 35 bzw. 36 gelagert, die

in einer Vertikalebene liegen, die senkrecht zu der die Lager 50 und 31 enthaltenden Ebene ist.

Die Achsen 35 und 36 sind in bezug auf die Mittelebene der Bahn 29 symmetrisch angeordnet und vorzugsweise in bezug auf diese Ebene geneigt, wie in fig. 7 und 8 ersichtlich ist« Der die vier Kugellager tragende Bauteil 11 hat unterseitig einen Hohlraum 37> in dem ein Druckwälzlager angeordnet ist, das Schwenkbewegungen des Kugellagertragteiles 11 um eine Tertikaie, durch den Mittelpunkt der Kugel 1 und durch die Mittelebene der Laufbahn gehende Achse ermöglicht. 3?ig. 3 und 4 zeigen das Druckwälzlager 38 und eine Schraube 39 zum Befestigen des Teiles 11 an der Wand 42 derart, daß sich der Bauteil um die soeben erwähnte Achse leicht drehen kann.

In Fig. 8bis ist eine abgeänderte Bauart der Yorstehenden Ausführung beschrieben. Man erkennt den Bauteil 11, das Kugellager 30 mit horizontaler Achse und zwei Kugellager 32a und 33a, deren äußere Laufringe konisch gestaltet sind und um zwei horizontale, nicht geneigte Achsen 35a und 36a drehbar sind.

¥ie bei der -vorhergehend beschriebenen Ausführungsart ist die G-esamtanordnung der Kugel 1, der Betätigungsstange 2 und des Kugellagertragteiles 11 in einem Gehäuse untergebracht, das in eine öffnung 41 der Schutzwand 42 eingebaut ist.

Die Öffnung 41 ist mit einer Buchse 40 aus Widerstands-

fähigem Metall ausgekleidet, die z.B. aus Bronze besteht, und ein Gewinde 43 trägt.

Das Gehäuse der Kugelanordnung setzt sich aus zwei Schalen

44 und 45 aus Blei zusammen, die von einer mit einem Gewinde 47 versehenen Hülse 46 aus hartem Metall, z.B. Bronze, umgeben sind, die ein Außengewinde 47 trägt, so daß sich die Schalen in die Buchse 40 einschrauben lassen.

Bs sei erwähnt, daß an der Sehale 45 ein sehr starker Randflansch 45a vorgesehen ist, um eventuellen Strahlungsdurchtritt zu vermeiden, der durch die eine geringere Dichte als Blei aufweisende Metallhülse 46 hindurch stattfinden könnte.

Die Hülse 46 erstreckt sich über die innere Stirnfläche der Schale 44 hinaus, um in ihrer Bohrung einen Ring 48 aufzunehmen, der die Kugel 1 entlang einer Kugelzone umgibt. Dieser Ring 48 weist in seinem unteren Bereich 49 einen Ausschnitt zur Aufnahme des gesamten Kugellagertragteiles 11 auf.

Es sei bemerkt, daß eine solche Kugel-Wanddurchführung den großen Yorteil aufweist, daß sie leicht auseinandernehmbar ist, ohne daß man die Schutzwand entfernen muß. Is genügt, die Schale

45 loszuschrauben und den Ring 48, die Kugel 1, den Kugellagertragteil 11 durch Lösen der Schraube 39» sowie die Schale 44 herauszunehmen. Man kann sodann z.B. in das Innengewinde 43 ein" durchsichtiges Fenster aus Bleiglas einschrauben, um bestrahlte Produkte zu beobachten.

Gemäß Fig. 3 ist die Wand 50 der Strahlenschutzmauer 42 durch eine Diehtungswand 51 verdoppelt, in der eine konzentrische Öffnung 52 in der Ausgangsöffnung für die Kugel-Wanddurchführung vorgesehen und durch einen Kranz 53 eingefaßt ist, der dichtsitzend an der Wand 51 "befestigt ist. In dem Kranz 53 ist ebenfalls dichtsitzend die hintere Kante eines Balges 54 befestigt, der wiederum dicht mit dem nicht dargestellten Ende der Betätigungsstange verbunden ist, um ein Arbeiten der Zange bzw. des Werkzeuges ohne schädliche Leckströmung in den durch die Wand 51 abgegrenzten Baum zu gewährleisten. Zu diesem Zweck weist die Kante des Balges 54 einen Wulstrand 55 auf, der in einer entsprechenden Hut in dem festen Kranz 53 sitzt (siehe den oberen Bereich links von Fig. 3)> oder der Querschnitt des Kranzes hat z.B. die in dem unteren Bereich links von Pig. 3 gezeigte Gestalt, wobei ein Ring 56 den Wulstrand 55 des Balges 54 gegen einen Gegensitz 57 des Kranzes 53 dichtsitzend andrückt. Es können natürlich auch andere Einrichtungen hierfür verwendet werden, die eine dichte Verbindung zwischen dem Kranz 53 und der entsprechenden Kante des Balges 54 gewährleisten» 0

Claims

KA, ty 683*19.3.65 -11■-" Schutzansprüehe

1. Kugel-Wanddurchführung für eine Werkzeugtragstange eines Manipulators, welche die in einer Öffnung der Wand gelagerte, aus einem Strahlungen absorbierenden Material bestehende Kugel diametral durchsetzt und zusammen mit der Kugel um deren Mittelpunkt in horizontaler und vertikaler Richtung schwenkbar ist, dadurch g e k e η η ζ e i e h η et , daß die Kugel (1) über kreisförmige Stütz- und Führungslaufbahnen (5»6), die symmetrisch zu einer vertikalen Durchmesserebene der Kugel liegen, auf eine Gruppe von Wälzlagern (7 bis 10) abgestützt ist, die eine weitgehend reibungsfreie Drehung der Kugel um eine horizontale Achse gestatten und ihrerseits von einer Wälzlagerung (11 >19) getragen werden, die eine Drehung der Gruppe von Wälzlagern und der Kugel um eine dureh den Mittelpunkt der Kugel gehende vertikale Achse gestattet.

2. Kugel-Wanddurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz- und Führungslaufbahnen (5,6 bzw. 29) an einei die Kugel (1) zumindest teilweise umkleidenden Hülle aus harte» Material vorgesehen sind»

3· Kugel-Wanddurchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die harte Hülle aus zwei halbkugelförmigen Schalen (3,4) zusammengesetzt ist, die die Oberfläche der Kugel (i) ganz-umgeben.

4. Kugel-Wanddurchführung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle bzw» die sie bildenden Schalen (3,4) zwei lauf- und Pührungsbahnen (5,6) aufweisen, die im wesentlichen auf koaxialen Kreisen von gleichem Durchmesser liegen.

5* Kugel-Durchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle ein Ring (28) aus einem harten Material ist, der eine Kreiszone der Kugel (1) umschließt, "weiche durch zwei Ebenen begrenzt ist, die parallel zur Tertikaien Ebene durch den Mittelpunkt der Kugel verlaufen, in der auch - zumindest angenähert die Achse der Werkzeugtragstange (2) liegt.

6. Kugel-Durchführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hing (28) eine Führungsbahn (29) enthält, die längs eines Gr&ßkreises der Kugel (1) verläuft.

7. Kugel-Durchführung nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe von Wälzkörpern zur Stützung der Kugel zwei Wälzkörper (30,31) mit horizontalen Achsen und zwei andere Wälzlager (32,33) mit geneigten Achsen umfaßt, wobei die vier Wälzlager einerseits derart angeordnet sind, daß ihre Zentren auf den Endpunkten eines Kreuzes liegen, dessen Mittelpunkt auf der durch den Kugelmittelpunkt gehenden Vertikalen liegt und daß sie anderseits in einen nach Art eines Drehschemels wirkenden Bauteil (11) eingebaut sind, der die Drehung um die vertikale Achse gestattet.

8. Kugel-Durchführung nach Anspruch 1, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlagerung aus einem Wälz-Drucklager (38 besteht, das zwischen dem Bauteil (11) und die Strahlenschutzwand eingebaut ist.

9· Kugel-Durchführung nach Anspruch 1, 3 oder 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe von Wälzlagern vier Wälzlager (7 bis 10) umfaßt, die in einen Bauteil (11) derart eingebaut sind, daß ihre Achsen parallel zur Achse derjenigen Kreise sind, in den die lauf- und Pührungsbahnen der Wälzlager liegen, und" die jeweils zu zweien eine der Bahnen derart abstützen, daß sie die Kugel (1) in Reehteckform unterstützen.

10. Kugel-Durchführung nach Anspruch 3» 4 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlagerung aus einem Wälz-Drucklager (19) besteht, das zwischen dem Bauteil (11) und der Strahlenschutzwand angeordnet ist.

11. Kugel-Durchführung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, die mit Mitteln zum Auseinanderbau der Kugel und ihrer Lagerungen versehen ist, gekennzeichnet durch eine den Durchbruch der Strahlenschutzwand auskleidende, mit Gewinde versehene Hülse (40), eine werkzeugseitig in die Strahlenschutzwand eingeschraubte Halbschale (44) - die nach außen vorzugsweise konisch erweitert ist, um die Auslenkung der Werkzeug-fragstange zu vergrößern und eine zweite Halbschale (45), die ebenfalls nach außen konisch erweitert und an der Antriebsseite in die Strahlenschutzwand eingeschraubt ist, wobei die beiden Halbschalen (44 und 45) von einer Gewindebuchse (46) umfaßt sind, die es gestattet, die Halbschalen in die Gewindehülse (40) einzuschrauben.