DE69117907T2

DE69117907T2 - Wellenbuchse aus Keramik

Info

Publication number: DE69117907T2
Application number: DE69117907T
Authority: DE
Inventors: Ken-Ichi Kajiwara
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1991-12-23
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2011-12-24
Also published as: EP0492605A1; ATE135448T1; JPH0562731U; EP0492605B1; ES2087227T3; KR920012770A; KR100222308B1; JP2531699Y2; DK0492605T3; GR3020142T3; DE69117907D1

Description

Wellenbuchse aus Keramik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wellenbuchse bzw. eine Wellenhülse aus Keramik und insbesondere auf eine Wellenhülse aus Keramik, die gegenüberliegend zu einem stationären Gleitglied in einem Gleitlager oder einem einfachen oder flachen Lager vorgesehen ist und vorzugsweise für ein Tauchlager in einer Pumpe zur Handhabung von Flüssigkeiten, die hartes, festes Material enthalten, verwendet wird.
Herkömmlicherweise ist eine Wellenhülse aus Keramik für unterschiedliche Verwendungen anwendbar infolge ihrer hervorragenden Abnutzungseigenschaft bzw. ihres hervorragenden Abnutzungswiderstands.
Fig. 5a und 5b sind eine Querschnittsansicht bzw. eine Seitenansicht, die eine der herkömmlichen Wellenhülsen zeigen. Gemäß den Fig. 5a und 5b besitzt eine Wellenhülse 1 eine zylindrische Form mit einem Innenseitendurchmesser und einem Außenseitendurchmesser, die konzentrisch ausgebildet sind. Eine Welle (nicht gezeigt) wird in den Innenseitendurchinesser der Wellenhülse 1 eingepaßt. Nutenartige Kerben 2 sind in einem rechten Ende der Wellenhülse 1 ausgebildet.
Die Fig. 6a und 6b sind eine Vorderansicht bzw. eine Querschnittsansicht&sub1; die ein Eingriffsglied 3 zum Verhindern, daß sich die Wellenhülse 1 bezüglich der Welle dreht, zeigen. Und das Eingriffsglied 3 ist auf der Innenoberfläche davon mit einer Keilnut 4 ausgebildet, in den ein Keil (nicht gezeigt), der an der Welle befestigt ist, eingepaßt wird, so daß das Eingriffsglied 3 an der Welle festgelegt ist und sich integral mit der Welle dreht. Das Eingriffsglied 3 ist auf der linken Seite davon mit Vorsprüngen 5 ausgebildet, die mit den Kerben 2 der Wellenhülse 1 zusammengepaßt werden, wodurch die Wellenhülse 1 gemäß Fig. 5 von einer Drehung relativ zu dem Eingriffsglied 3 abgehalten und integral mit der Welle gedreht wird.
Die Fig. 7a,7b und 7c sind eine Vorderansicht, eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht, die einen anderen Typ eines Eingriffsglieds 13 zeigen, das in Verbindung mit der Wellenhülse 1 (siehe Fig. 5) und einer Keilnutwelle verwendet wird. Das in Fig. 7 gezeigte Eingriffsglied 3 ist aus Blech, wie zum Beispiel Stahlblech ausgebildet und besitzt an der Innenseitenoberfläche davon Vorsprünge 14, die mit einer Keilnut der Welle (nicht gezeigt) zusammengebracht werden. Ferner ist das Eingriffsglied 13 an dem linken Ende mit Vorsprüngen 15 versehen, die mit den Nuten oder Kerben 2 der Wellenhülse 1 zusammengebracht werden, wodurch verhindert wird, daß sich die Wellenhülse 1 bezüglich der Welle dreht.
Wie oben bemerkt, wird die Wellenhülse 1 davon abgehalten, sich relativ zu der Welle zu drehen und wird zusammen mit der Welle gedreht durch die Verwendung des Eingriffsglied 3 (siehe Fig. 6) oder des Eingriffsglieds 13 (siehe Fig. 7). Das heißt, um zu verhindern, daß sich die Wellenhülse relativ zu der Welle dreht, wird ein Eingriffsglied benötigt, das ein von der Wellenhülse unterschiedliches Glied aufweist, und das Seitenende der Wellenhülse muß bearbeitet werden, um eine Nut zum Eingriff mit dem Eingriffsglied zu bilden. In dem Fall, wo die Wellenhülse 1 jedoch aus Keramik hergestellt ist, ist das Keramikmaterial brüchig und schwach bezüglich einer zugbelastung, obwohl es sehr hart ist. Wenn die Wellenhülse aus Keramik im Betrieb ist, tritt ferner eine Belastungskonzentration an den nutförmigen Kerben 2 auf und die Wellenhülse wird leicht beschädigt oder zerbrochen. In dem Falle einer Keilnutwelle gemäß Fig. 8 ist die Wellenhülse 21 ferner in Kontakt mit der Keilnutwelle 22 an den Kontaktteilen 23, die den vorragenden Teilen der Keilnutwelle 22 entsprechen und daher sind die Mittelteile 24 zwischen den benachbarten Kontaktteilen 23 einer Biegebelastung ausgesetzt. Infolgedessen kann die Wellenhülse beschädigt oder zerbrochen werden.
Andererseits gibt es üblicherweise eine weit verwendete Pumpe, die Flüssigkeiten mit einer Temperatur von 0 - 120 Grand handhabt. In diesem Fall ist zwischen der Wellenhülse und der Welle ein Freiraum von ungefähr 2/1000 be züglich des Außenseitendurchmessers der Welle notwendig infolge der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Wellenhülse aus Keramik und der Welle, die aus Metall hergestellt ist, wie z.B. rostfreiem Stahl. Zum Beispiel ist für den Fall, daß die Welle einen Außenseitendurchmesser von 30 mm besitzt, ein Freiraum von 6/100 mm notwendig. Zieht man diesem Fall Abmessungstoleranzen neben dem obigen Freiraum heran, ist ein Freiraum von ungefähr 0,1 mm notwendig, was den losen Sitz zwischen den zwei Gliedern bei einer niedrigen Temperatur vergrößert oder verstärkt. Wenn ferner die Keilnut- oder Polygonalwelle oder eine ähnliche verwendet wird, ist der Kontaktbereich der Welle und der Wellenhülse klein, was bewirkt, daß die Wellenhülse leicht bricht bzw. zerbrochen wird.
EP-A-0 204 235 zeigt ein Keramikgleitlager für Pumpenwellenlager. Dieses Gleitlager weist eine Wellenhülse auf, die sich zusammen mit der Pumpenwelle dreht und die innerhalb einer Lagerhülse läuft, die aus demselben Material hergestellt ist, wobei die Lagerhülse elastisch innerhalb eines Gehäuses angebracht ist.

Die Erfindung

Die aus Keramik hergestellte Wellenhülse besitzt eine hervorragende Abnutzungseigenschaft (Widerstand), aber ist hinsichtlich der Zugfestigkeit schwach und kann leicht zerbrochen werden und besitzt einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von dem Metall, das allgemein in einer Welle verwendet wird. Daher besitzt die Wellenhülse aus Keramik nur einen begrenzten Einsatzbereich.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Wellenhülse aus Keramik vorzusehen, die bei hoher Temperatur verwendbar ist, und die bei Flüssigkeiten, die viel Schmutz enthalten, als eine Wellenhülse für eine Pumpe anwendbar ist und die keinen Wärmesprühvorgang oder Aufpaßvorgang bezüglich des Mutter-(Basis-)Metalls benötigt, was ansonsten notwendig wäre.
Um das obige Ziel gemäß der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist eine Wellenhülse aus Keramik auf einer Welle vorgesehen, die folgendes aufweist: einen zylindrischen Körper aus Keramik mit einer kreisförmigen Außenoberfläche und einer kreisförmigen Innenoberfläche; und ein Elastikglied, das an die Innenoberfläche des zylindrischen Körpers angeformt ist, wobei das elastische Glied mit einer Innenöffnung mit einer Form, die dem Querschnitt der Welle entspricht, ausgeformt ist.
Wenn die Wellenhülse gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Lager eingesetzt ist, wird die Veränderung der Abmessung zwischen dem Lager und dem Gehäuse oder zwischen der Wellenhülse und der Welle infolge einer Temperaturveränderung durch das Elastikglied absorbiert, das an die Innenoberfläche der Wellenhülse angeformt ist und das eine Innenöffnung mit einer Form entsprechend dem Querschitt der Welle besitzt.
Ferner dient das Elastikglied als ein stoßabsorbierendes Material gegenüber einer äußeren Kraft.
Ferner dient das Elastikglied als ein Antriebskraftübertragungsglied, und daher wird die Antriebskraft gleichförmig auf die gesamte Innenoberfläche der Keramik verteilt, was die Möglichkeit verringert, daß die Keramik beschädigt oder zerbrochen wird.
Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Seitenendansicht, die eine Wellenhülse aus Keramik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II- II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Seitenendansicht, die eine Wellenhülse aus Keramik gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine Querschittsansicht, die eine Pumpe zeigt, die die Wellenhülse aus Keramik gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
Fig. 5a und 5b eine herkömmliche Wellenhülse, wobei Fig. 5a eine Querschnittsansicht ist, die die herkömmliche Wellenhülse zeigt, und Fig. Sb eine Seitenansicht ist, die die herkömmliche Wellenhülse zeigt;
Fig. 6a und 6b ein herkömmliches Eingriffsglied, wobei Fig. 6a eine Vorderansicht ist, die das herkömmliche Eingriffsglied zeigt und Fig. 6b eine Querschnittsansicht, die das herkömmliche Eingriffsglied zeigt;
Fig. 7a,7b und 7c das Eingriffsglied, das in Verbindung mit der Keilwelle verwendet wird, wobei Fig. 7a eine Vorderansicht ist, die das Eingriffsglied zeigt, Fig. 7b eine Seitenansicht ist, die das Eingriffsglied zeigt und Fig. 7c eine Draufsicht ist, die das Eingriffsglied zeigt; und
Fig. 8 eine Querschnittsansicht, die die Wellenhülse zeigt, die auf die Keilnutwelle aufgeschoben ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Eine Wellenhülse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, besitzt eine Wellenhülse 31 eine zylindrische Form und ist auf der Innenseitenoberfläche davon mit einem Elastikglied 34 versehen. Das Elastikglied 34 ist an die Innenoberfläche der Wellenhülse 31 angeformt und besitzt eine Innenöffnung mit einer Form, die dem Querschnitt der nicht gezeigten Keilnutwelle entspricht. Die Wellenhülse 31 besitzt eine kreisförmige Außenoberfläche 32, die als eine Gleitoberfläche dient und eine kreisförmige Innenoberfläche 33 zum Tragen des Elastikglieds 34. Die Gleitoberfläche (die äußere zylindrische Oberfläche 32) der Wellenhülse 31 ist endbearbeitet durch Schleifen oder Polieren, um eine ausreichende Genauigkeit zu besitzen, aber die innere zylindrische Oberfläche 33 ist nicht endbearbeitet und verbleibt in einem gesinterten Zustand.
Das Elastikglied 34, das an die Innenoberfläche der Wellenhülse 31 angeformt ist, weist ferner ein Elastikmaterial auf, wie z.B. Gummi und besitzt eine Innenöffnung mit einer Form entsprechend dem Querschnitt der Welle, wobei die Welle in die Wellenhülsen eingeführt wird. Das heißt, die Wellenhülse 31 wird durch das Elastikglied 34 engpassend mit der Welle zusammengebracht und zwar ohne Freiraum. Das Elastikglied 34 sollte zweckmäßigerweise eine minimale Dicke T in dem Bereich von 1 - 10% des Innendurchmessers der Wellenhülse 31 aufweisen, so daß die Abmessungsveränderung, die durch Unterschiede des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Wellenhülse 31 und der Wellenhülse bewirkt werden, absorbiert werden können.
Wenn die Wellenhülse 31 mit der obigen Struktur in dem Lager eingebaut ist, wird die Abmessungsveränderung bzw. Variation zwischen dem Lager und dem Gehäuse oder zwischen der Wellenhülse und der Welle infolge einer Temperaturveränderung durch das Elastikglied 34 absorbiert, das an die Innenoberfläche der Wellenhülsen 31 angeformt ist. Ferner dient das Elastikglied 34 als ein stoßaborbierendes Material gegen eine externe Kraft, die an das Lager angelegt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 und 2 wird die Wellenhülse 34, die in Verbindung mit der Keilnutwelle verwendet wird, beschrieben. Fig. 3 ist eine Seitenendansicht, die eine Wellenhülse mit einer Innenöffnung mit einer anderen Form gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 3a zeigt eine Wellenhülse 31 aus Keramik, die bei der Welle mit einem Polygonquerschnitt verwendet wird. Die Form der Innenöffnung des Elastikgliedes 34 ist ein Hexagon, das dieselbe Form besitzt wie der Querschnitt der Welle. Ferner zeigt Fig. 3b eine Wellenhülse 31, die bei der Welle mit zwei abgeschrägten bzw. abgefasten Oberflächen verwendet wird. Das heißt das Elastikglied 34 besitzt eine Innenöffnung mit einer länglichen Form, die dem Querschnitt der Welle entspricht und zwar mit zwei gegenüberliegenden runden Oberflächen und zwei gegenüberliegenden geraden Oberflächen.
Die Wellenhülse in den Fig. 3a und 3b haben dieselbe Funktion und Eigenschaften wie die Wellenhülse in den Fig. 1 und 2.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel, bei dem die Wellenhülse aus Keramik gemäß der vorliegenden Erfindung in einer mehrstufigen Zentrifugalpumpe eingebaut ist. Die mehrstufige Zentrifugalpumpe besitzt eine Hauptwelle 41, an der eine Vielzahl von Laufrädern 42 vorgesehen ist. Die Hauptwelle 41 besitzt einen Endteil, der mit der Wellenhülse 31 gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist. Unterlegscheiben 43, 43 sind auf den beiden Seiten der Wellenhülse 31 vorgesehen, so daß die Axialkraft, die an die Wellenhülse 31 angelegt wird, verteilt wird. Ein Lager 44 ist radial nach außen bezüglich der Wellenhülse 31 vorgesehen. Das Lager 44 ist fest an einem Pumpengehäuse 46 gesichert durch ein Lagergehäuse 45, um dadurch drehbar die Hauptwelle 41 und die Wellenhülse 31 zu tragen.
Wie sich aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt, bietet die Wellenhülse gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile:
das an die Innenseitenoberfläche der Wellenhülse angeformte Elastikglied füllt eine Abmessungstoleranz und einen Freiraum aus, der vorgesehen ist, um den Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Wellenhülse aus Keramik und der Welle aus Metall zu absorbieren. Daher ist die Welle fest mit der Wellenhülse zusammengepaßt. Ferner dient das Elastikglied als ein stoßabsorbierendes Material gegen eine externe Aufschlagkraft, die an das Lager angelegt wird. Ferner dient das Elastikglied als ein Antriebskraftübertragungsglied und die Antriebskraft wird gleichförmig auf die gesamte Oberfläche der Keramik übertragen, was die Wahrscheinlichkeit verringert, daß die Keramik beschädigt wird.
Da ferner nur die Außengleitoberfläche der Wellenhülse oberflächenendbearbeitet ist und die Innenoberfläche der Wellenhülse nicht endbearbeitet ist, können die Produktionskosten der Wellenhülse reduziert werden.
Insbesondere in dem Fall, wo die Wellenhülse der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der Keilnutwelle oder der Polygonwelle verwendet wird, muß die Innenoberfläche der Keramik nicht dem Querschnitt der Welle entsprechen. Da eine schwierige Bearbeitung der Innenoberfläche der Keramik eliminiert wird, wird die Keramik gegenüber einem Zerbrechen oder einer Beschädigung geschützt. Ferner ist ein Eingriffsglied zum Verhindern, daß sich die Wellenhülse bezüglich der Welle dreht, nicht notwendig. Ferner wird die Wellenhülse, die einer Biegebelastung ausgesetzt ist, infolge der externen Kraft oder Vibration davon abgehalten, beschädigt oder zerbrochen zu werden.
Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt und im Detail beschrieben wurden, sei bemerkt, daß unterschiedliche Veränderungen und Modifikationen daran durchgeführt werden können ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Wellenhülse (31) aus Keramik zur Anbringung um eine Welle (41) zur Drehung damit und zur Anbringung innerhalb eines ringförmigen Lagers (44) zur Relativdrehung damit, wobei die Wellenhülse (31) folgendes aufweist:

einen zylindrischen Körper aus Keramik mit einer kreisförmigen Außenoberfläche (32) und einer kreisförmigen Innenoberfäche (33); und

ein Elastikglied (34), das an die Innenoberfläche (33) des zylindrischen Körpers angeformt ist, wobei das Elastikglied (34) mit einer Innenöffnung mit einer Form entsprechend dem Querschnitt der Welle (41) ausgebildet ist.

2. Wellenhülse (31) nach Anspruch 1, wobei das Elastikglied (34) Gummi aufweist.

3. Wellenhülse (31) nach Anspruch 1, wobei das Elastikglied (34) eine bestimmte Dicke besitzt, so daß eine Abmessungsvariation, die durch Unterschiede der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Wellenhülse (31) und der Welle (41) bewirkt wird, absorbiert wird.

4. Wellenhülse (31) nach Anspruch 1, wobei das Elastikglied (34) eine keilnutförmige Innenöffnung aufweist.

5. Wellenhülse (31) nach Anspruch 1, wobei das Elastikglied (34) eine polygonale Innenöffnung aufweist.

6. Wellenhülse (31) nach Anspruch 1, wobei das Elastikglied (34) eine im wesentlichen längliche Öffnung aufweist.

7. Zentrifugalpumpe, die folgendes aufweist:

ein Pumpengehäuse;

eine Welle (41), drehbar vorgesehen in dem Pumpengehäusekörper;

ein Laufrad getragen durch die Welle; und eine Wellenhülse (31) zur Anbringung um die Welle, zur Drehung damit und zur Anbringung innerhalb eines ringförmigen Lagers (44) zur Drehung relativ dazu, wobei die Wellenhülse (31) folgendes aufweist:

einen zylindrischen Körper aus Keramik mit einer kreisförmigen Außenoberfläche (32) und einer kreisförmigen Innenoberfläche (33); und

ein Elastikglied (34), das an die Innenoberfläche (33) des zylindrischen Körpers angeforint ist, wobei das Elastikglied (34) mit einer Innenöffnung mit einer Form entsprechend dem Querschnitt der Welle (41) ausgebildet ist.