DE3152381T1 - Drehgelenk für eine sohlennahe hydraulische Planeten-Spindelmaschine - Google Patents

Description

PATENTANWALT Dipl.-Phya. RICHARD LUYKEN

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DREHGELENK PUR EINE SOHLENIIAHE HYD- Q 1 RAULISGHE PLANETEN-SPINDELMASCHINE ° ^I

Die Erfindung betrifft die Bohrtechnik, insbesondere ein Drehgelenk für sohlennahe hydraulische PIaneten-Spindelmaschinen, das die Übertragung einer Kraft zwischen unter einem im Betrieb schwankenden Winkel angeordneten Wellen zulässt.

Zugrundeliegender Stand der Technik Es ist bereits ein Drehgelenk für eine sohlennahe hydraulische Planeten-Spindelmaschine bekannt, welches aus zwei miteinander mittels einer Welle verbundenen Universalgelenken besteht.

Jedes Universalgelenk umfasst ein zylindrisches Gehäuse, an dessen Innenwand ein Zahnkranz vorgesehen ist. In diesem Gehäuse sind zwei Kupplungshälften gleichachsig untergebracht, die an ihren Enden Zahnkränze aufweisen, die mit dem Zahnkranz des Gehäuses in Eingriff stehen. An den einander zugewandten Stirnflächen der Kupplungshälften sind in deren Mitte Halbkugeln für die Unterbringung einer Kugel vorgesehen, deren Halbmesser dem der Halbkugeln um eine Grosse nachsteht, die dem Drehwinkel der Kupplungshälfte relativ zum Gehäuse des Gelenkes proportional ist. ^ι An den entgegengesetzten Seiten ist das Gehäuse mit Deckeln abgeschlossen, die mittels einer Gewindeverbindung angebracht sind. Der zv/ischen den Zahnkränzen der Kupplungehälften und dee Gehäuses vorhandene Hohlraum ist mit einem Schmiermittel aufgefüllt und mittels Dichtungen isoliert, die sich im Gehäuse zwischen den Deckeln und den Stirnflächen des Zahnkranzes des Gehäuses befinden. Jede Dichtung ist als Gummiring ausgebildet, der mit ■ seiner zylindrischen Äussenflächejüicht auf das Gehäuse des Gelenkes und mit der Innenfläche auf die Küpplungshälfte aufgesetzt ist. Beiderseits dieses Ringes sind an dessen flachen Stirnflächen steife

• β « «

(metallische) Ringe angebracht, von welchen der eine sich auf dem Zahnkranz des Gehäuses abstützt und der andere die Innere Stirnfläche des Deckels berührt. Zur Sicherung der während des Betriebes erforderlichen Schiefstellung der Kupplungshälfte relativ zum Gehäuse dea Gelenkes weisen die Ring© ein gewisses Spiel zwischen ihrem Innendurchmesser und dem Durchmesser der Kupplungshälfte(siehe z.B. UdSSR-Urheberschein 543730, Kl. E2IB 3/12) auf.

Infolge einer wechselnden, durch schwingende Bewegungen verursachten Kontaktbelastung findet eine Verschiebung der Kontaktflächen des Gummiringes und der Kupplungshälfte statt, wodurch sich eine weite-. re einseitige Verformung der Gummiringe ergibt.

' Wegen der ungleichmäasigen Deformation der Gummiringe dringt in den Spalt zwischen den Gummiringen und der Kupplungshälfte Spülflüsslgkoit ein, die nach Eindringen ■ in den Hohlraum des Gelenkes das Schmiermittel auswäscht.

Darüber hinaus erfolgt in dem Drehgelenk eines sohlennahen Motors, der für das Niederbringen von Erdöl- bzw. Gasbohrlöchern eingesetzt wird, unter der Einwirkung der hohen Temperaturen an der Bohrloch-,sohle eine räumliche Ausdehnung des Schmiermittels sowie dessen Verdrängung aus der Höhle des Gelenkes. Beim Anheben des Motors werden infolge des Temperaturrückganges die Spalte mit Spülflüssigkeit gefüllt, ' . .

Die verminderte Schmiermittelmenge und die in dem

30- ^acfe^as Universalgelenkes vorhandene Spülflüssigkeit bewirken einen schnellen Verschleiss der Zähne der Zahnkränze der Kupplungshälften und der Zähne des Zahnkranzes des Gehäuses bei der Übertragung des Drehmomentes.

' Offenbarung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Drehgelenk für sohlennahe hydraulische Planeten-Spindelmaschinen zu schaffen, bei welchem die Dichtung derart konstruktiv ausgelegt ist, dass bei

verhältnismäasiger Einfachheit die lebensdauer im toter·

Vergleich zu^bekannter Drehgelenke beachtlich verlängert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Drehgelenk für eine hydraulische Planeten-Spindelmaschine, welches aus zwei miteinander verbundenen Universalgelenken besteht, von welchen ein jedes ein Gehäuse mit einem an dessen Innenwand vorhandenen Zahnkranz, das Gehäuse an den entgegengesetzten Seitencschliessende Deckel, zwei im Gehäuse gleichachsig angeordnete Kupplungahälften mit äusseren Zahnkränzen, die in den Zahnkranz des Gehäuses eingreifen, und einer dazwischen befindlichen Kugel und zwei, im Gehäuse zwischen den Deckeln und den entsprechenden Stirnflächen des Zahnkranzes des Gehäuses eingebaute Dichtungen umfasst, gemäss der Erfindung jede Dichtung aus einem elastischen Werkstoff in Form eines Schlauches hergestellt ist, welcher die Kupplungshälfte umgreift, wobei das eine Ende des Schlauches auf die Stirnfläche des Zahnkranzes des Gehäuses abstützbar ist, während das andere Ende an der Kupplungshälfte befestigt ist.

Es ist hierbei vorteil, ein Schlauchende mit einem Wulst zu versehen und im Gehäuse einen Ring

anzubringen, durch welchen das verdickte Schlauchende umgriffen wird.

Dank solcher Ausgestaltung des Schlauchendes und dessen Unterbringung im Ring erhöht sich die Betriebssicherheit der Dichtung an der Stelle der Berührung mit dem Gehäuse des Gelenkes.

Weiter ist es zweckmässig, ein Schlauchende mit einer Wulst zu versehen, die aus mehreren Schichten ' besteht, deren Härte verschieden ist und je nach

der Entfernung von der die Stirnfläche des Zahnkranzes des Gehäuses berührenden Fläche abnimmt. .

Die in Axialrichtung sich ändern' Härte der Schichten der Wulst gewährleistet eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der zylindrischen Aussenflache der Schlauchwulst.

Ein entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildetes Drehgelenk für eine hydraulische Planeten-Spindelmaschine zeichnet sich duroh konstruktive Einfachheit, hohe Betriebssi-' cherheit und relativ lange Lebensdauer aus.

Dank der schlauchförmigeriAusführung der Dichtung aus einem elastischen Werkstoff wird das Schmiermittel im Hohlraum des Universalgelenkes konstant gehalten und ein Eindringen von Spülflüssigkeit in

diesen ^^vWmleden. Während des Betriebes des unt eis

Drehgelenkes*-bleiben Bewegungen der Kontaktflächen des Schlauches relativ zur Kupplungshälfte« und folglich wird eine zusätzliche Deformation des Schlauches ausgeschlossen. Dies vermindert den Ver» Schleies der Dichtungen, verbessert die Druokdlohtigkeit des Hohlraumes des Universalgelenkes und verlängert damit die Lebensdauer des Drehgelenkes.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung mit Hinweis auf die beigefügte Zeichnungen beschrieben,, in diesen aeigen ι

Fig. 1 ein Drehgelenk für eine sohlennahe hydraulische Planeten~Spindelmasohine mit Längssohnitt durch ein Universalgelenk;

Fig. 2 eine Ansicht nach dem Pfeil "A" der Fig. Ij Fig. 3 ein Universalgelenk, bei welchem das verdiokte Sohlauchende innerhalb eines Ringes gelagert ist;
Fig. 4 ein Universalgelenk, bei dem das verdickte

Schlauchende mehrschichtig ausgebildet ist. Bevorzugter Weg zur Ausführung der Erfindung

Das Drehgelenk für eine sohlennahe hydraulische Planeton-Spindelmaschine umfasst zwei, mittels einer Welle 3 miteinander verbundene Universalgelenke 1 (Pig. 1) und 2. Die beiden Universalgelenke sind identisch ausgebildet, so dass alles, was in der weiteren Beschreibung über das eine Universalgelenk angeführt wird, für das andere in gleichem Masse zutrifft.

Das Universalgelenk 1 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 4, an dessen Innenwand ein Zahnkranz 5 vorgesehen ist. Innerhalb des Gehäuses 4 sind Kupplungehälften 6, 7 gleichachsig untergebracht, die zyllndrioche und kegelförmige Abschnitte aufweisen. An den einander zugewandten Enden der zylindrischen Abschnitte der Kupplungshälften 6, 7 sind jeweils Zahnkränze 8, 9 angebracht. In den Stirnflächen die-• ser Kupplungshälften sind Halbkugeln zur Aufnahme einer Kugel 10 ausgebildet. Der Durchmesser der Kugel 10 steht dem der Halbkugel um eine Grosse nach, die zum Drehwinkel der Kupplungshälfte 7 (6) relativ zum Gehäuse 4 des Gelenkes proportional ist. Das Gehäuse 4 ist an seinen entgegengesetzten Seiten mit Deckeln 11 \schlossen, die im Gehäuse 4 · mittels eines Gewindes befestigt sind. Gegen ein Durchdrehen sind die Deckel 11 mittels Leisten 12 gesichert, die in Nuten des Deckels 11 und des Gehäuses 4 eingelegt sind. Die Leiste 12 wird am Deckel 11 mit Bolzen 13 (Pig. 2) befestigt, wobei die Bolzen 13 gegen ein Durchdrehen durch Abbiegen einer Unterlagsplatte 14 zu einer Kante des Bolzens 13 gesichert werden.

Für eine erhöhte Betriebssicherheit jedes Gelenkea ist der-Hohlraum um die Kugel 10 herum und zwischen Gehäuse 4 und zwei Kupplungshälften 6, 7

mit einem Schmiermittel so gefüllt, dass die Wirkflächen der Zahnkränze 5, 8 und 9 des Gehäuses 4 und der Kupplungshälften 6, 7 innerhalb des Schmiermittels^konstant^arbeiten.

Im Gehäuse 4 (Fig. 1) sind zwischen den Deckeln 11 und der entsprechenden Stirnfläche des Zahnkranzes 5 des Gehäuses 4 Dichtungen 15 vorgesehen. Jede • Dichtung 15 enthält einen Schlauch 16, der aus einem elastischen Werkstoff hergestellt ist und den zylindrisohen Teil der Kupplungshälfte 6 (7) umgreift.

Das eine Ende des Sohlauches 16, das dem Zahnkranz des Gehäuses 4 zugewandt 1st, ist so angepasst, dass es sich auf die Stirnfläche dieses Zahnkranzes abstützen kann, weshalb es mit einer Wulst 16a versehen ist und sich auf einen metallischen Ring 17 abstützt, der zwischen dem Schlauch 16 und der Stirnfläche dos Zahnkranzes 5 angeordnet ist.

Das andere Ende des Schlauches 16 ist am aus dem Deckel 11 vorspringenden Ende der Kupplungshälfte 6 (7) mittels einer Schelle 13, eines Bolzens 19 und einer Mutter 20 (Pig. 2) befestigt.

Pig. 3 zeigt eine Dichtung 21, bei v/elcher ein Ende des Schlauches 22 eine profilierte Wulst 23 aufweist und in einem Ring 24 gelagert 1st, der eine entsprechende profilierte Innenfläche hat, die dieses

Ende des Schlauches 22 umgreift. Das Ende des Schlauches 22 liegt mit seiner Wulst 23 über einen Ring 25 auf der Stirnfläche des Zahnrades 5 auf.

Der Ring 25 kann entweder frei gelagert oder mit dem Schlauch 22 verbunden werden.

Der Ring 23 und der Ring 25 werden aus einem Werk» stoff hergestellt, der steifer ist als der Schlauch .. 22 seibat.

Zwischen dem Gehäuse 4 und der dem Zahnkranz 5 des Gehäuses 4 zugewandten flachen Stirnfläche des Ringes

• V · · Ψ β

25 befindet sich ein Dichtring 26,

Es let hierbei möglich, die Wulst 27 (Pig. 4) dee Schlauches 28 mehrschichtig auszubilden, wobei die Härte der Schichten unterschiedlich ist und sich je nach der Entfernung von der die Stirnfläche des Zahnkranzes 5 des Gehäuses 4 berührenden Fläche vermindert. Die Befestigung des Schlauches 28 am zylindrischen Teil der Kupplungshälfte 6 ist mittels zweiter Ringe 29 und 30 bewerkstelligt, die einander über die Kegelflächen berühren. Der Ring 29 ist geschlitzt und weist eine äussere Kegelfläche auf. Der Ring 30, der ungeteilt ist und einen Innenkegel auf v/eist, wird auf die äussore Kegelfläche des Ringes 29 aufgesetzt, wobei sich der Ring 29 im Durchmesser verjüngt und den Schlauch 28 an der Kupplungshälfte 6 zusammenpresst. Der Wert der Konizität der Kegelflächen der Ringe 29 und 30 ist so gewählt, dass einer selbstätigen Lösung der Ringe während des Betriebes des Gelenkes begegnet wird.

Das Drehgelenk für eine sohlennahe hydraulische Planeten-Spindelmaschine wirkt wie folgt.

Die KupplungshUlften 6 der Gelenke 1, 2' werden mit ihren konischen Bereichen jeweils mit dom Rotor eines Motors (nicht gezeigt) und einer das Arbeitsorgan (nicht gezeigt) tragenden Welle verbunden.

Das Drehmoment und die Axialkraftkomponente des Rotors worden über das Drehgelenk auf die relativ zur Rotorwelle exzentrisch angeordnete, das Arbeitsorgan tragende Welle übertragen. Hierbei schneiden sich die Achsen der Kupplungshälften 6, 7 jedes Uni-* versalgelenkea 1, 2,wobei die Kupplungshälften 6, 7 selbst schwingende Bewegungen bezüglich des Gehäuses 4 jedes Gelenkes ausführen.

Das Drehmoment wird vom Rotor auf die Welle des Arbeitsorgans über die kegelförmigen Abschnitte der Kupplungehälften 6, 7 sowie Über die Zahnkränze 8, 9

und 5 der jeweiligen Kupplungshälften 6, 7 und des Gehäuses 4 jedes Gelenkes 1, 2 übertragen. Die Axialbelästung dea Rotcra wird durch dieselben kegolfSrmlgen Abschnitte der Kupplungshälften 6, 7 und die Kugel 10 über die jeweils diese Kugel berührenden Flächen der Halbkugeln der Kupplungshälften 6, 7, zwischen welchen sich die Kugel befindet, übertragen.

Dank der aus einem elastischen Werkstoff hergestellten Dichtung in Form des Schlauches 16, dessen Enden im Gehäuse 4 und on der Kupplungohälfte 6 (7) befestigt sind, wird eine Konstanthaltung des Schmierstoffes in dem HobJj des Universalgelenkes 1 (2) gesichert und ein Eindringen von Spülflüssigkeit vermieden,

Dies wird dadurch erreicht, dass im Betrieb des Drehgelenkes keine Bewegung der einander berührenden Flächen des Schlauches 16 relativ zur Kupplungshälfte 6 (7) und dem Gehäuse 4 stattfindet, weil die Aussenflache des Schlauches 16 an dessen einem Ende im Gehäüse dicht angeordnet und befestigt ist, während die Innenfläche des anderen Endes des Schlauches 16 ander Kupplungshälfte 6 (7) dicht anliegt und an deren Oberfläche befestigt ist, Der elastische Werkstoff des Schlauches 16 gestattet es, dass die Kupplungshälften 6, 7 schwingende Bewegungen bezüglich des Gehäuses 4(ungestÖrt^ausführen.

Die profilierte Wulst 23 am Ende des Schlauches 22, der sich innerhalb des Gehäuses 4 befindet, sowie der Ring 24 mit der jeweils profilierten Fläche, die die genannte Wulst umgreift, verbessern die Betriebssicherheit der Dichtung.

Dadurch, dass die Wulst 27 des Schlauches 28 mehrschichtig ausgeführt ist und die Schichten unterschiedlich hart sind, wird die Montage des Univerealgelenkes vereinfacht, ohne dass dessen Betriebefähigkeit und -sicherheit im ganzen beeinträchtigt wer-

den.

Gewerbliche Verwertbarkeit

Das erfindungsgemässe Drehgelenk eignet sioh für die Verbindung der Walle einer sohlennahen hydraulischen Planeten-Spindelmaschine mit der das Arbeiteorgan tragenden Wella-

Das erfindungsge) Drehgelenk kann aber auch in anderen technischen Bereichen eingesetzt werden, in welchen eine Kraft zwischen unter einem im Betrieb schwankenden Winkel angeordneten Wellen übertragen wird, wie z.B. in 'chemische^Industrie, in welcher das Drehgelenk in angreifenden Medien verwendet
werden kann.

Claims (3)

11 . Eft 86 760-Μ-61 PATBNTANSPRDCHB

1. Drehgelenk für eine sohlennahe hydraulische Planeten-Spindelmas'chine, welches aus zwei miteinander verbundenen Univeraalgelenken besteht, von welchen ein jedes ein Gehäuse mit einem an dessen Innen» wand vorhandenen Zahnkranz, das Gehäuse an den entgegengesetzten Seiten^schliessende Deckel, zwei im . Gehäuse gleichachsig angeordnete Kupplungshälften mit äusseren Zahnkränzen, die in den Zahnkranz des Gehäuses eingreifen, und einer dazwischen befindlichen Kugel und zwei, im Gehäuse zwischen den Deckeln und den entsprechenden Stirnflächen des Zahnkranzes des Gehäuses eingebaute Dichtungen umfasst, dadurch gekennzeichnet , dass jede Dichtung (15, 21) aus einem elastischen Werkstoff in Form eines Schlauches (16, 22, 28) hergestellt ist, welcher ,die Kupplungshälfte (6, 7) umgreift, wobei das eine Ende des Schlauches (16, 22, 28) so angepasst ist, dass es auf die Stirnfläche des Zahnkranzes (5) des Gehäuses (4) abstützbar ist, während das andere Ende an der Kupplungshälfte (6, 7) befestigt ist.

2. Drehgelenk nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet , dass ein Ende des Schlauches (22) mit einer Wulst (23) versehen ist und dass im Gehäuse (4) ein Ring (24) eingebaut 1st, durch welchen das verdickte Ende des Schlauches (24) umgriffen wird.

3. Drehgelenk nach Anspruch 1, dadurch 30· gekennzeichnet, dass ein Ende des Schlauches (28) eine Wulst (27) aufweist, die aus ' mehreren Schichten besteht, deren Härte unterschiedlich ist und je nach der Entfernung von der die Stirnfläche des Zahnkranzes (5) des Gehäuses (4) be- · rührenden Fläche abnimmt.