DE1919099U - Kugelkopf fuer fernbedienbare werkzeuge. - Google Patents
Kugelkopf fuer fernbedienbare werkzeuge.Info
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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 2f 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 (11)
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.
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