DE19530978C2 - Wellengelenk einer Exzenterschneckenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wellengelenk in einer Exzenterschneckenpumpe, mit einem Gelenkkopf, der das kugelförmige Ende einer Gelenkstange umschließt.

Wellengelenke in Exzenterschneckenpumpen werden außen vom Fördermedium umspült, welches auch Fremdkörper und langfaserige Bestandteile enthalten kann. Bei zu großem Außendurchmesser stauen sich diese Fremdkörper vor dem Wellengelenk, wickeln sich um die Gelenkwelle und führen so durch Verstopfen zur Unterbrechung der Pumpenförderung.

Aus Gründen einer rationellen Fertigung und Lagerhaltung werden innerhalb einer Baureihe verschiedene Pumpengrößen und Pumpen unterschiedlicher Stufenzahlen mit nur einer Gelenkgröße ausgestattet. Dabei erstreckt sich der Pumpendruck von 6 bar für einstufige Pumpen bis 25 bar für vierstufige Pumpen, so daß das Drehmoment und die Axialkraft im gleichen Verhältnis ansteigen, während das Wellengelenk seinen Außendurchmesser bei behält.

Aus der DE 32 05 222 A1 ist ein Kugelgelenk bekannt, bei dem der drehmoment­ übertragende Kontakt zwischen der Gelenkwelle und dem Gelenkkopf über eine Kugel erfolgt. Die Kugel kann nicht nahe dem Außendurchmesser des Gelenkes angeordnet werden, da im Gelenkkopf eine Nabe sein muß, welche radial Platz beansprucht. Der Kontakt ist ein Linienkontakt mit hoher Flächenpressung, so daß der Durchmesser des Gelenkkopfes vergrößert werden muß, um unzulässige Pressungen zu vermeiden. Materialien mit guten Notlaufeigenschaften, wie z. B. Bleibronzen, können wegen der relativ geringen zulässigen Flächenpressung aufgrund der bei einem Linienkontakt erzeugten hohen Flächenpressung nicht eingesetzt werden.

Die DE 38 16 581 C2 lehrt ein Wellen-Kreuzgelenk, bei dem der drehmomentübertragende Kontakt zwischen einem Stift und einer Sitzfläche im Gelenkkopf besteht. Auch hier ergibt sich ein Linienkontakt mit hoher Flächenpressung, der eine Vergrößerung des Gelenkkopfes erforderlich macht, wenn zulässige Werte der Flächenpressung nicht überschritten werden sollen.

Die Axialkräfte werden bei den Wellengelenken von Kugelschalen abgestützt. Bei der DE 32 05 222 A1 und der DE 38 16 581 C1 trennen diese Kugelschalen Räume ab, zwischen denen ein Schmiermittelaustausch nur unter erschwerten Bedingungen stattfinden kann, nämlich über die Schmierstoffspalte der Kugelschalen. So können sich Bereiche bilden, in denen es an Schmierstoff mangelt. Auch kann es im Raum zwischen einer Kugelschale und einer den Gelenkkopf nach außen abdichtenden Manschette zu Druckspitzen in diesem mit Schmierstoff gefüllten Raum kommen, da der Schmierstoff nicht abfließen kann. Die Manschette wird hierdurch zusätzlich zu den durch das Fördermedium bzw. den darin enthaltenen Feststoffen verursachten Beanspruchungen noch weiter beeinträchtigt.

Bei beiden genannten vorbekannten Ausführungen ist die Kugel, auf der sich die Kugelschalen abstützen, mit der Gelenkwelle formschlüssig verbunden, wodurch der Gelenkdurchmesser zusätzlich vergrößert wird. Diese Vergrößerung ist auch aus Montagegründen erforderlich, um die innere Kugelschale montieren zu können.

Die DE-GM 19 53 833 lehrt eine mehrteilige Wellengelenk-An­ ordnung für Exzenter-Schneckenpumpen mit einem Gleitstein-Ge­ lenk zur Übertragung des Drehmomentes von der Antriebswelle auf den Schneckenrotor. Bei dieser bekannten Gelenkkopplung besitzt die Antriebswelle eine Gelenkkugel, welche einen oder mehrere am Umfang angeordnete Mitnehmerbolzen trägt. Diese Bolzen sind in die Kugel eingesetzt, durchgreifen diese jedoch nicht. Die Übertragung der Drehkraft von der Antriebswelle auf den Rotor erfolgt durch Gleitsteine, welche einerseits lose an dem zugehörigen Bolzen gelagert sind und andererseits je in einer Mitnehmernute des Mitnehmerringes angeordnet sind.

Als nachteilig wird bei dieser bekannten Ausführung gesehen, daß zwischen dem Bolzen und der radialen Bohrung in der Kugel hohe Kantenpressungen entstehen, wobei durch plastische Verformung des Bolzens bei Drehmomentspitzen der Bolzen ausschlagen kann und das Gelenk beschädigt wird. Jedenfalls ist hier mit erheblichen Verschleißproblemen zu rechnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wellengelenk für Exzenterschneckenpumpen zu schaffen, welches bei kleinem Außendurchmesser hohe Drehmomente und Axialkräfte zu übertragen vermag und welches dadurch der äußeren Umströmung durch das′ Fördermedium wenig Widerstand entgegensetzt.

Weiters besteht die Aufgabe darin, den Gleitstein gegen Auswandern zu sichern und eine Verdrehsicherung des kraftübertragenden Bolzens vorzusehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das kugelförmige Ende 5 der Gelenkstange 2 durch zwei innerhalb des Gelenkkopfes 6 getrennt voneinander angeordnete und unterschiedlich ausgebildete Kugelpfannen 9, 10 axial gelagert ist und die Gleitflächen der Gleitsteine 14 in Schlitzführungen des Gelenkkopfes 6 beweglich angeordnet und drehbar auf einem Bolzen 13, der durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Endes 5 der Gelenkstange 2 verläuft, gelagert sind, wobei der durch einen Stift 16 verdreh- und auswanderungsgesicherte Bolzen 13 endseitig mit jeweils einem, in dem Gleitstein 14 angeordneten Sicherungselement 17 lösbar verbunden ist.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Wellengelenks wird der drehmomentübertragende Linien- und Punktkontakt durch einen Flächenkontakt innerhalb der Gleitstein-Schlitzführung ersetzt. Dabei ist der Flächenkontakt bis an den äußeren Durchmesser des Gelenkkopfes führbar, so daß große drehmomentübertragende Hebelarme bei kleinen Flächenpressungen entstehen.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Ausführungen mit einem Bolzen und einem Gleitsteinpaar. Möglich sind auch Ausführungen mit mehr als einem Bolzen zuzüglich je einem Gleitsteinpaar.

Durch je ein an den Enden des Bolzens angeordnetes Sicherungselement wird verhindert, daß die Gleitsteine in Richtung der Bolzenachse auswandern. Zweckmäßigerweise geschieht dies durch jeweils eine mit dem Bolzen lösbar verbundene Paßfeder, welche in einem in der Stirnseite der Gleitsteine verlaufenden Schlitz angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, die Breite des Schlitzes größer als die Breite der Paßfeder zu wählen. Dadurch ist eine Schwenkbewegung der Gleitsteine um die Bolzenachse möglich.

Der Gleitstein ist vor und hinter der Paßfeder bis zum äußeren Rand der Paßfeder verlängert, so daß er sich bis zum äußeren Umfang des Gelenkkopfes erstreckt. Durch diese Verlängerung wird die Flächenpressung herabgesetzt und der Hebelarm für die Drehmomentübertragung vergrößert.

Wird anstelle einer Paßfeder ein anderes axiales Sicherungselement, z. B. eine Scheibe plus Paßfeder oder eine verschraubte Scheibe verwendet, so müssen der Hebelarm und die Kontaktfläche für die Drehmomentübertragung verkleinert werden. Dabei ist noch zu berücksichtigen, daß die Schwenkbewegung des Gleitsteines diese Elemente zu lösen versucht.

Es wird vorgeschlagen, daß der Bolzen durch einen in Richtung der Achse der Gelenkstange angeordneten Gewindestift gegen Verdrehen und Auswandern gesichert wird, wobei der Gewindestift gegen eine am Umfang des Bolzens angebrachte Abflachung verspannt wird, deren Breite dem Durchmesser des Gewindestiftes entspricht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, zur Übertragung von axialen Zug- und Druckkräften innerhalb des Gelenkkopfes zwei Kugelpfannen vorzusehen, wobei die am Übergang des kugeligen Teils zum Stangenteil angeordnete Kugelpfanne geteilt ausgeführt und mit einer oder mehreren Bohrungen für den Durchtritt von Schmiermittel versehen ist. Die geteilte Kugelpfanne kann über das kugelförmige Ende und die daran anschließende Gelenkstange geschoben werden. Dadurch wird es möglich, das kugelförmige Ende der Gelenkstange und die Gelenkstange einstückig auszubilden und dadurch den Gelenkdurchmesser zu reduzieren.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die an der freien Fläche des kugelförmigen Endes angeordnete Kugelpfanne mit einer oder mehreren axial am Außenumfang verlaufenden Nuten und jeweils einer mit einer solchen Nut verbundenen radialen Bohrung für den Durchtritt von Schmiermittel versehen ist.

Der Umlauf des Schmiermittels über die Bohrungen und Nuten der Kugelpfannen wird durch die Pumpwirkung der Manschette unterstützt, die sich aus deren Verformung bei der kardanischen Bewegung ergibt.

Werden die axialen Nuten der an der freien Fläche des kugelförmigen Endes angeordneten Kugelpfanne so gelegt, daß sie in die Schlitzführungen des Gelenkkopfes münden, so läßt sich auch für die Gleitsteinführung eine stets sichere, verschleißarme Schmierung gewährleisten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß die am Übergang des kugelförmigen Endes zur Gelenkstange angeordnete Kugelpfanne mit einer Stirnfläche an einer entsprechenden Stirnfläche des Gelenkkopfes anliegt, während die andere Stirnfläche durch einen mit dem Gelenkkopf durch Schrauben verbundenen Metallring beaufschlagt wird.

Schließlich wird noch vorgeschlagen, daß das kugelförmige Ende und die Gelenkstange einstückig ausgebildet sind. Hierdurch wird es möglich, das kugelige Ende der Gelenkstange mit einer durchgehenden Bohrung zur Aufnahme eines die Gleitsteine tragenden Bolzens zu versehen.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt die

Fig. 1 Teilansichten einer im Schnitt dargestellten Exzenterschneckenpumpe, die

Fig. 2 ein teilweise im Schnitt dargestelltes erfindungsgemäßes Wellengelenk, und die

Fig. 3 eine Draufsicht auf den der Drehmomentübertragung dienenden Teil des Wellengelenks der Fig. 2.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, besitzt die Exzenterschneckenpumpe zwei Wellengelenke 1 der erfindungsgemäßen Art. Diese sind an den beiden Enden einer Gelenkstange 2 angeordnet, die die Drehbewegung einer mit einem - nicht dargestellten - Motor verbundenen Antriebswelle 3 auf einen Schneckenrotor 4 überträgt.

Das in der Fig. 2 dargestellte Wellengelenk 1 dient zur beweglichen Verbindung der Gelenkstange 2 mit dem Schneckenrotor 4. Das kugelförmige Ende 5 der Gelenkstange 2 wird umschlossen von einem mit dem Schneckenrotor 4 verbundenen Gelenkkopf 6. In dem innerhalb des Gelenkkopfes 6 gebildeten Hohlraum 7 befindet sich ein flüssiges Schmiermittel. Der Abdichtung des Hohlraumes 7 gegenüber der Umgebung dient eine aus einem gummielastischen Material bestehende Manschette 8.

Das kugelförmige Ende 5 der Gelenkstange 2 ist axial gelagert in Kugelpfannen 9,10. Während die an der freien Fläche des kugelförmigen Endes 5 angeordnete Kugelpfanne 9 ungeteilt ausgeführt ist, besteht die am Übergang des kugelförmigen Endes 5 zur Gelenkstange 2 angeordnete Kugelpfanne 10 aus zwei Teilen. Befestigt ist die Kugelpfanne 10, die mit einer Stirnseite am Gelenkkopf 6 anliegt, mit Hilfe einer ihre andere Stirnseite beaufschlagenden Metallplatte 11, die in die Manschette 8 einvulkanisiert und durch Schrauben 12 mit dem Gelenkkopf 6 verbunden ist. Die Kugelpfannen 9 und 10 dienen der Übertragung von axialen Zug- und Druckkräften.

Die Übertragung des Drehmomentes von der Gelenkstange 2 auf den Schneckenrotor 4 erfolgt über einen in das kugelförmige Ende 5 eingesetzten Bolzen 13, auf dem Bolzen 13 angeordnete Gleitsteine 14 und im Gelenkkopf 6 vorgesehene Schlitzführungen 15. In der Darstellung der Fig. 2 ist nur eines von zwei Enden des Bolzens 13 mit dem zugehörigen Gleitstein 14 und der Schlitzführung 15 sichtbar.

Der fest in das kugelförmige Ende 5 eingepreßte Bolzen 13 wird durch einen Gewindestift 16 gegen Verdrehen gesichert. Die Achse des Bolzens 13 verläuft durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Endes 5. Die Gleitsteine 14 sind auf dem Bolzen 13 drehbar gelagert, sie vermögen in der sie umgebenden Schlitzführung 15 zu gleiten.

Durch eine Paßfeder 17, die in einem durch den Gleitstein 14 gebildeten Schlitz angeordnet ist, wird verhindert, daß der Gleitstein 14 in Richtung der Bolzenachse auswandert. Die Fig. 3 zeigt diese Einzelheit in der Draufsicht. Der Gleitstein 14 ist vor und hinter der Paßfeder 17 bis zu deren äußeren Rand verlängert, so daß er sich bis zum äußeren Umfang des Gelenkkopfes 6 erstreckt. Die Breite des Gleitsteinschlitzes ist größer als die Breite der Paßfeder 17. Dadurch ist eine Schwenkbewegung des Gleitsteines 14 um die Achse des Bolzens 13 möglich. Durch die Verlängerung des Gleitsteines 14 bis zum äußeren Umfang des Gelenkkopfes 6 wird die Flächenpressung herabgesetzt und der Hebelarm für die Drehmomentübertragung vergrößert.

Um eine sichere Schmierung an den Gleitstellen des Wellengelenkes zu erreichen, ist die Kugelpfanne 10 mit axialen Bohrungen 18 und die Kugelpfanne 9 mit radialen Bohrungen 19 sowie mehreren axial am Außenumfang verlaufenden Nuten 20 versehen. Die Bohrungen 18, 19 und die Nuten 20 erlauben dem im Hohlraum 7 des Gelenkkopfes 6 vorhandenen Schmiermittel den Durchtritt zu allen Schmierstellen des Wellengelenkes 1, d. h. zu den Gleitstellen des kugelförmigen Endes 5 in den Kugelpfannen 9 und 10 und der Gleitsteine 14 in den Schlitzführungen 15.

Claims (9)

1. Wellengelenk-Anordnung für Exzenterschneckenpumpen mit einem Kugelpfannen-Gelenkkopf, der das kugelförmige Ende einer Gelenkstange umschließt, wobei die Drehmoment-Über­ tragung von der Gelenkstange zu dem mit einem Schneckenrotor verbundenen Gelenkkopf über bolzengelagerte Gleitsteine erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das kugelförmige Ende (5) der Gelenkstange (2) durch zwei innerhalb des Gelenkkopfes (6) getrennt voneinander angeordnete und unterschiedlich ausgebildete Kugelpfannen (9, 10) axial gelagert ist und die Gleitflächen der Gleitsteine (14) in Schlitzführungen des Gelenkkopfes (6) beweglich angeordnet und drehbar auf einem Bolzen (13), der durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Endes (5) der Gelenkstange (2) verläuft, gelagert sind, wobei der durch einen Stift (16) verdreh- und auswanderungsgesicherte Bolzen (13) endseitig mit jeweils einem, in dem Gleitstein (14) angeordneten Sicherungselement (17) lösbar verbunden ist.

2. Wellengelenk-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an beiden Seiten des Bolzens (13) und senkrecht zur Achsebene der Drehmoment-Übertragung einschließlich Gelenkausschlagswinkel angeordnete, ein Auswandern des Gleitsteins (14) verhindernde Sicherungselement (17), eine Paßfeder oder ein Stift ist, welche/r in einem in der Stirnseite des Gleitsteines (14) vorhandenen Schlitz angeordnet ist, wobei die Breite des Schlitzes größer ist als die Breite des jeweiligen Sicherungselements (17).

3. Wellengelenk-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitstein (14) vor und hinter dem Sicherungselement (17) bis zum äußeren Rand der Paßfeder (17) verlängert ist und sich bis zum äußeren Umfang des Gelenkkopfes (6) erstreckt.

4. Wellengelenk-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in Richtung der Achse der Gelenkstange (2) angeordnete, den Bolzen (13) gegen Verdrehen und Auswandern sichernde Gewindestift (16) gegen eine am Umfang des Bolzens (13) angebrachte Abflachung, deren Breite dem Durchmesser des Gewindestiftes (16) entspricht, verspannt angeordnet ist.

5. Wellengelenk-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur axialen Lagerung des kugelförmigen Endes (5) der Gelenkstange (2) innerhalb des Gelenkkopfes (6) am Übergang des kugelförmigen Endes (5) zur Gelenkstange (2) angeordnete Kugelpfanne (10) geteilt und mit mindestens einer Schmiermittel-Bohrung (18) versehen ist.

6. Wellengelenk-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an der freien Fläche des kugelförmigen Endes (5) der Gelenkstange (2) angeordnete Kugelpfanne (9) mit mindestens einer axial an ihrem Außenumfang verlaufenden Nut (20) und jeweils einer, mit dieser verbundenen radialen Schmiermittel-Bohrung (19) ausgebildet ist.

7. Wellengelenk-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine axiale Nut (20) in die jeweilige Schlitzführung (15) des Gelenkkopfes (6) mündet.

8. Wellengelenk-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die am Übergang des kugelförmigen Endes (5) zur Gelenkstange (2) angeordnete Kugelpfanne (10) mit einer Stirnfläche an einer entsprechenden Stirnfläche des Gelenkkopfes (6) anliegt, während die andere Stirnfläche durch einen mit dem Gelenkkopf (6) durch Schrauben (12) verbundenen Metallring (11) beaufschlagt wird.

9. Wellengelenk-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das kugelförmige Ende (5) der Gelenkstange (2) einstückig ausgebildet ist.