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Die
Erfindung betrifft Verbesserungen an elektrischen Maschinen mit
zwei Schraubgetrieben bzw. Zahnradpaaren oder Zahnrädern, die
eines im Inneren des anderen sind, wobei das sich drehende innere Schraubgetriebe
bzw. Zahnrad oder der Rotor einen Zahn weniger als das feststehende äußere Schraubgetriebe
bzw. Zahnrad oder der Stator aufweist und die Maschine außerdem ein
Dreh-Mitnahmeorgan und Kardan-Kupplungsmittel,
die zwischen dem Mitnahmeorgan und dem Rotor angeordnet sind, sowie
Mittel zum Dichtschutz der Kupplung gegen die Umgebung umfaßt.
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Bei
derartigen Maschinen, die als Pumpen, Motoren oder Kompressoren
verwendbar sind, wird der Drehantrieb des Rotors ausgehend von einem
Mitnahmeorgan oder Mitnehmer bewirkt, der mittels zweier eine Kardan-Kupplung
bildende homokinetischer Gelenke zu einer Drehbewegung gebracht
wird, denn die kreisförmige
Bewegung der Achse des Rotors ist exzentrisch und erfolgt in umgekehrter
Richtung zur Drehrichtung.
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Diese
Gelenke sind in das in der Maschine in Zirkulation befindliche Produkt
eingetaucht, und sie müssen
gegen das Produkt geschützt
werden, um ihre Beschädigung
durch Korrosions- oder Abriebphänomene zu
vermeiden. Außerdem
arbeiten sie optimal, wenn sie sich in einem Olbad befinden, das
dicht gegen das umgebende Milieu bzw. die Umgebung und insbesondere
gegen das in der Maschine in Zirkulation befindliche Produkt isoliert
ist. Aufgrund dieser Tatsache hängt
die Langlebigkeit dieser Gelenke vor allem von der Zuverlässigkeit
der Dichtigkeit ab.
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Es
ist derzeit bekannt, die Kupplung mittels einer Umhüllung oder
eines dichten deformierbaren Balges, beispielsweise aus Kautschuk
oder Elastomer, zu umgeben. Das in der Maschine zirkulierende Produkt kann
indessen eine Beschädigung
dieser Schutzumhüllung
bzw. des Balges herbeiführen.
Insbesondere im Fall von Pumpen greifen bestimmte Produkte mit Schleif-
bzw. Abriebwirkung oder solche Produkte, die in der Lage sind, massenmäßig zu haften
bzw. zu greifen, die Umhüllung
oder den Balg mechanisch an und können diese zerreißen. Die
Wiederinstandsetzung der Maschine macht deren Stillsetzung erforderlich,
und im allgemeinen führt
das Pumpen von Produkten dieser Art wiederholte Funktionsstörungen herbei.
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Im
Stand der Technik ist auch vorgeschlagen worden, Dichtschutzmittel
anzuordnen, die zum einen ein zwischen dem Rotor und dem Kardan-Kupplungsmittel
angeordnetes Dichtungsteil und zum anderen einen steifen Schutzring
aufweisen, der die Kardan-Kupplungsmittel und das Dichtungsteil
umgibt. Indessen ist das bei dieser bekannten Anordnung verwendete
Dichtungsteil durch ein V-Dichtungsteil mit dünnen Wänden gebildet, das somit zu
einer dünnen
V-förmigen
Umhüllung
verarbeitbar ist und von daher die Nachteile eines Fehlers bzw.
einer Störung
der mechanischen Festigkeit aufweist.
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DE 31 11 211 A1 zeigt
eine Dichtungsanordnung an einem homokinetischen Gelenk, bei welchem
an einem äußeren Gelenkkörper eine
elastische Scheibe konzentrisch angeordnet ist, welche eine zentrale
axiale Bohrung aufweist, die einen mit einem inneren Gelenkkörper verbundenen
Rotor dicht umschließt.
Bei diesem bekannten Aufbau kann die als Dichtungsteil vorgesehene
Scheibe in Folge von Umwelteinflüssen
relativ schnell verschleißen.
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DE 70 08 139 U beschreibt
ein homokinetisches Gelenk, welches mittels eines Radialwellendichtrings abgedichtet
ist. Der Dichtring weist einen Hohlraum auf, welcher zur Anpassung
an den Einsatzort mit einem Fluid oder einem aufgeschäumten Kunststoff
aufgefüllt
werden kann.
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FR-1
299 819 beschreibt ein Gelenk mit einem Dichtungsteil, welches zwischen
einem Rotor und Kardan-Kupplungsmitteln
angeordnet ist, wobei das Dichtungsteil elastisch ist und eine zentrale
axiale Bohrung aufweist, die das Ende des Dreh-Mitnahmeorgans dicht
umschließt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu
beheben und eine verbesserte technologische Lösung vorzusehen, bei der diese
Nachteile beseitigt sind, wobei sie einfach und wenig kostspielig
auszuführen
ist, und die insbesondere bei Problemen an bereits vorhandenen Maschinen
anwendbar ist.
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Dieses
Ziel ist bei einer Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Maschine sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Eine
erfindungsgemäße Maschine
ist im Wesentlichen durch die Kombination der folgenden Anordnungen
gekennzeichnet:
- – Das Dichtungsteil ist in
der Form einer dicken elastischen Scheibe gebildet, wobei die Scheibe
mit ihrer Bohrung an dem in der Nähe der Kupplungsmittel gelegenen
Ende des Rotors angebracht ist, das sie auf dichte Weise umfasst,
- – das
Dichtungssteil befindet sich in Auflage. gegen die vordere Endseite
des Mitnahmeorgans, und
- – es
sich Kompressions- bzw. Druckmittel zur axialen Kompression des
Dichtungsteils vorgesehen, um es auf dichte Weise gegen die vordere
Endseite des Mitnahmeorgans anzulegen bzw. dort zu befestigen.
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Auf
Grund der erfindungsgemäß vorgesehenen
Anordnungen wird somit der mechanische Schutz der Kupplung gegen
die Wirkung der schleifenden oder aggressiven Produkte im Wesentlichen
durch den starren Schutzring bewirkt, der zu diesem Zweck aus jeglichem
geeigneten mechanisch widerstandsfähigen Material, beispielsweise
aus Stahl, ausgeführt
sein kann. Wenn dieser ein Elastomerblock ist, dessen eine Seitenwand dem
Produkt ausgesetzt ist, ermöglicht
die Wahl eines geeigneten Aufbaumaterials und eine starke Dicke
die mechanische Beständigkeit.
Außerdem
können
bestimmte angebaute Anordnungen, auf die später Bezug genommen wird, gestatten,
die dem Produkt wirksam ausgesetzte Materialfläche auf ein Minimum herabzusetzen
und damit die Lebensdauer dieses Blocks zu erhöhen.
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Um
die Fläche
des Elastomerblocks, die sich in direktem Kontakt mit dem umgebenden
Produkt befindet, auf ein Minimum herabzusetzen, begrenzt der Ring
eine zentrale Öffnung
mit einem Durchmesser, der gerade erforderlich ist, um die Drehbewegung
des Mitnahmeorgans zu gestatten. Auf Grund dieser Tatsache umgibt
der steife Ring den größeren Teil
der Organe, die die Kupplung bilden, und schützt sie wirksam und wirkungsvoll.
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Vorteilhaft
weisen die Kompressionsmittel einen sich in der Nähe des Umfangs
der Scheibe gegen deren äußere Seitenwand
erstreckenden Ring und Klemmmittel auf, um den Ring am vorderen
Ende des Mitnahmeorgans bei Zusammendrücken des Dichtungsteils zu
befestigen.
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Es
ist technisch einfach, dass die Klemmmittel Schraubbolzen oder Bolzen
sind, die längs
des Umfangs verteilt sind. In diesem Fall können Anschlagmittel in gewünschter
Weise den Klemmmitteln zugeordnet sein, um die Kompression der Peripherie
der Scheibe auf einen vorher festgesetzten Wert zu begrenzen. Vorteilhaft
können
diese Anschlagmittel Rohrhülsen
mit einer vorbestimmten Länge
sein, die die Bolzen umgeben und zwischen den Seiten gegenüber dem
Ring und dem Rotor angeordnet sind.
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Bei
einer bevorzugten und interessanten Ausführungsform ist der Ring fest
mit dem Schutzring ausgebildet und durch eine Abdeckung von dessen
Ende gebildet, die sich radial nach innen erstreckt.
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Die
Erfindung geht weiter aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels,
das jedoch lediglich zu veranschaulichenden Zwecken dient, und anhand
der Zeichnung hervor. Deren einzige Figur zeigt eine Schnittansicht
einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Maschine.
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In
der Zeichnung sind lediglich die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen
Elemente dargestellt.
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Ein
Rotor (drehendes Mitnahmeorgan) 2 ist mit einem spiralverzahnten
Rotor oder einem Mitnehmer (von dem lediglich ein Ende gezeigt ist,
wobei der von ihm umgebene Stator ebenfalls fortgelassen ist) mittels einer
Kardan-Kupplung verbunden bzw. daran angekuppelt, die wie folgt
eingerichtet ist.
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Das
Dreh-Mitnahmeorgan (der Mitnehmer oder der Rotor) 1 endet
in zwei parallelen Armen 1a, die mittels Lagern 3 eine
Welle 4 zur Schwenkverbindung tragen. Auf dieser dreht
sich das Ende des Mitnahmeorgans 2 mittels eines Rings 5 mit
doppelkonischem Innenprofil. Dieser Aufbau bildet eine Kupplung
mit zwei Rotationsfreiheitsgraden vom Kardan-Typ.
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Ein
steifer Schutzring (Ring) 6, beispielsweise aus Stahl,
umgibt die Kupplung, wobei ein O-Ring 7 zwischen dem Ring 6 und
dem Rotor 1 gegenüber
dem Mitnahmeorgan 2 angeordnet ist.
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Zum
Mitnahmeorgan 2 hin weist ein Dichtungsteil ((massiver)
Elastomerblock) 8 in Form einer dicken Scheibe eine zentrale
axiale Bohrung 9 auf, durch die er in eine Ringnut 10 eingesteckt
bzw. eingedrückt
ist, die im Ende des Mitnahmeorgans 2 eine Ver tiefung bildet.
Das Dichtungsteil (der Block) 8 schließt somit das Mitnahmeorgan
elastisch und auf dichte Weise ab. Eine axiale Abstützung ist
durch einen radial nach außen vorspringenden
Kragen 11 rechts vom zum Mitnahmeorgan gewandten Rand der
Nut vorgesehen.
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Der
Elastomerblock 8 weist einen Außendurchmesser auf, der etwa
gleich demjenigen des Rotors 1 ist.
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An
dieser Stelle weist der Ring 6 eine radial nach innen gewandte
Abdeckung 12 auf, die den Umfang (die Peripherie) des Blocks 8 überdeckt.
Klemmmittel, beispielsweise längs
des Umfangs verteilte Bolzen 13, gestatten es, den Elastomerblock
zwischen der Klappe 12 des Rings und der Stirnseite des
Rotors 1 zusammenzudrücken,
um die gewünschte
Dichtigkeit sicherzustellen. Hülsen
oder Buchsen 14, die auf den Bolzen 13 aufgereiht
und zwischen den Seiten gegenüber
der Klappe 12 und dem Rotor 1 angeordnet sind,
bilden Abstandsanschläge,
die die Klappe 12 in bestimmtem axialen Abstand von Rotor 1 halten
und einen vorher bestimmten Kompressionswert des Elastomers geben,
der geeignet ist, die Dichtigkeit ohne Beschädigung des elastischen Materials
sicherzustellen.
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Die
Abdeckung 12 erstreckt sich radial einwärts derart, dass die so begrenzte
zentrale Öffnung 15 gerade
ausreichend ist, um die Bewegung des Mitnahmeorgans 2 zu
gestatten. Somit ist lediglich eine minimale Elastomerfläche der
Umgebung ausgesetzt. Aus demselben Grund ist es erwünscht, dass
sich die ringförmige Abdeckung 12 fortgesetzt
ringförmig
erstreckt.
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Der
Elastomerblock 8 arbeitet wie folgt:
- – seine äußere oder
Umfangsseite bzw. -fläche 16 verschiebt
sich nicht;
- – eine
Innenseite bzw. Bohrung 9 folgt der Bewegung bzw. Verschiebung
des Mitnahmeorgans im Verlauf der exzentrischen Drehung des Rotors
mit einer mechanischen Vorspannung, die dem Wert der Elastomerklemmung
bzw. -pressung um die Nut 10 herum entspricht;
- – die
Seitenflächen 17 haben
keine Verschiebungen und eine Vorspannung gleich dem Wert der Klemmung zwischen
dem Ring 6 und dem Rotor 1 in der peripheren Zone.
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Das
Elastomer muß so
gewählt
werden, daß es
beständig
ist bzw. Widerstand leistet
- – gegen
den Druck des Fluids,
- – gegen
die mechanischen Ausreißbeanspruchungen
eines Produktes, das zwischen dem Pumpenkörper und dem Gelenk an Masse
nehmen kann,
- – gegen
die innere Erwärmung,
die auf die wechselnde Kompressionsarbeit zurückgeht, deren Frequenz eine
Funktion der Drehzahl ist.
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Der
Gebrauch der dem Fachmann bekannten klassischen Formeln gestattet
es, durch Berechnung die Merkmale des Elastomerblocks zu bestimmen.
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In
einem typischen Beispiel sind die vorgesehenen Funktionsbedingungen
des Elastomerblocks folgende:
- – Relativdruck
des Fluids um die Gelenke = 2 × 105 Pa
- – Fluidtemperatur
= 80°C
- – Durchmesser
des Mitnahmeorgans = 90 mm
- – maximaler
möglicher
Außendurchmesser
= 220 mm
- – Nenndrehzahl
= 200 U/min
- – Ausschlag
bzw. Durchfederungswinkel des Gelenkes = 1,28°
- – Soll-Lebensdauer
= 4.000 Stunden.
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Diese
Daten gestatten die Festlegung des Elastomerblocks:
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- – notwendige
Dicke = 21 mm
- – Anfangsvorspannung
auf dem Rotor = 2,5 mm bei 20°C
- – Anfangsvorspannung
auf den Seitenwänden
= 1 mm bei 20°C
- – Abstand
des Blocks 8 in bezug auf die Achse der Welle 4 =
48 mm
- – Wahl
des Elastomers:
| Art
= | Elastomer
auf Polyisopren-Basis |
| Härte = | 55
Shore-Härte
A (Shore A) |
| Elastizitätsmodul
= | 4
daN/cm2 |
| Poisson-Koeffizient
= | 0,49 |
| Dichte
= | 1080
kg/m3. |
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Die
Erfindung läßt sich
wie folgt zusammenfassen. Sie betrifft eine elektrische Maschine
mit zwei Schraubgetrieben bzw. Zahnradpaaren, die sich ineinander
befinden, wobei das innere sich drehende Schraubgetriebe bzw. Zahnrad
oder der Rotor 1 einen Zahn weniger als das äußere feste
Schraubgetriebe bzw. Zahnrad aufweist.
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Die
Maschine umfaßt
außerdem
ein Dreh-Mitnahmeorgan 2 und Kardan-Kupplungsmittel 1a, 3–5,
die zwischen dem Mitnahmeorgan und dem Rotor angeordnet sind, sowie
Dichtschutzmittel für
die Kupplung in bezug auf die Umgebung, die aufweisen: einen massiven
Block 8 aus Elastomer in Form einer dicken Scheibe, die
eine zentrale axiale Bohrung 9 aufweist, angebracht am
Ende des Mitnahmeorgans, das er auf dichte Weise umschließt und das
in der Nähe
der Kupplung liegt; einen steifen Schutzring 6, der die
Peripherie des Blocks 8 und eines benachbarten Abschnittes
des Rotors 1 umgibt, in dem die Kupplungsmittel eingebaut
bzw. enthalten sind, und Mittel zur Sicherstellung der Dichtung
zwischen dem Ring und einerseits dem Block und andererseits dem
Rotor.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung keinesfalls auf diese Anwendungsformen und die Ausführung beschränkt, die
im einzelnen aufgeführt
worden sind, sondern vielmehr umfaßt sie sämtliche möglichen Varianten.