EP0506910B1

EP0506910B1 - Shaft fitted rotatably in the casing of a pressure chamber

Info

Publication number: EP0506910B1
Application number: EP91918054A
Authority: EP
Inventors: Walter Josef Hertlein
Original assignee: Alfa Laval Flow GmbH
Current assignee: Crane Process Flow Technologies GmbH
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1991-10-17
Publication date: 1996-04-24
Anticipated expiration: 2011-10-17
Also published as: DE59107733D1; DE9014487U1; AU8745091A; WO1992007195A1; US5281034A; EP0506910A1; ATE137309T1

Abstract

PCT No. PCT/EP91/01975 Sec. 371 Date Jun. 16, 1992 Sec. 102(e) Date Jun. 16, 1992 PCT Filed Oct. 17, 1991 PCT Pub. No. WO92/07195 PCT Pub. Date Apr. 30, 1992.The support of a shaft (7) which is rotatably supported in through-holes of the housing (1) of a pressure chamber in bushes (11, 12) provided with sealing rings and which is secured against axial displacement by securing rings (21, 22) is to be improved in such a way that a low-wear and secure arrangement of the shaft (7) and bearing bushes (11, 12) is achieved. For this purpose, it is suggested that each through-hole (9, 10) of the housing (1) comprise a collar (15, 16) which projects radially inward and forms a support for a projection which is directed radially outward and with which each bush (11, 12) is provided, the front side (19, 20) of the latter facing the pressure chamber simultaneously forming a support for a securing ring (21, 22) arranged on the shaft (7), wherein the two bearing sides of the shaft (7) have the same diameter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Zur drehbaren Lagerung einer Welle in einem Gehäuse können jeweils Büchsen vorgesehen sein, die durch die Wandung des Gehäuses hindurchgeführt sind und sich auf der Wandung abstützen. Die Büchse ist in die Wandung des Gehäuses eingelassen und kann mit der Wandung auch noch zusätzlich verschraubt, verkeilt oder verstiftet sein. Jede Büchse hat einen äußeren Ringflansch, über den die Büchse von außen her, also von der dem Druckraum abgewandten Seite der Wandung des Gehäuses her, auf der Wandung in axialer Richtung der Welle abgestützt ist. Den Abschluß bildet jeweils ein Sicherungsring, der von außen auf jedes der aus den Büchsen herausragenden Enden der Welle aufgesetzt ist und sich auf außenseitigen Stirnflächen der Büchsen abstützt. Mit dieser Anordnung wird die axiale Lage der drehbaren Welle innerhalb des Gehäuses fixiert. Die Sicherungsringe legen somit die Welle in ihrer Lage in Bezug auf das Gehäuse fest, so daß die Welle nicht in der einen oder anderen axialen Richtung aus dem Gehäuse herauswandern, herausgezogen- oder -gestoßen werden kann (DE-A-34 43 302).For rotatable mounting of a shaft in a housing, bushes can be provided which are guided through the wall of the housing and are supported on the wall. The sleeve is embedded in the wall of the housing and can also be screwed, keyed or pinned to the wall. Each sleeve has an outer ring flange, by means of which the sleeve is supported on the wall in the axial direction of the shaft from the outside, ie from the side of the wall of the housing facing away from the pressure chamber. The conclusion is in each case a locking ring which is placed on the outside of each of the ends of the shaft protruding from the sleeves and is supported on the outside end faces of the sleeves. With this arrangement, the axial position of the rotatable shaft is fixed within the housing. The locking rings thus fix the shaft in its position with respect to the housing, so that the shaft is not in one or the other axial Direction can move out of the housing, can be pulled or pushed (DE-A-34 43 302).

Obgleich die bekannte Einrichtung den Vorteil einer einfachen Montierbarkeit aufweist, besitzt sie dennoch mehre Nachteile, nämlich:

die Sicherungsringe können leicht verschleißen, weil die dem Druckraum zugewandte Stirnfläche der Büchsen ständig vom Druck beaufschlagt werden;
durch die Druckbeaufschlagung der Büchsen wird die Welle ihrerseits über die Sicherungsringe ständig auf Zug beansprucht;
beim Bruch eines Sicherungsringes verliert auch die zugehörige Lagebüchse ihren sicheren Halt. Übersteigt die auf die Stirnringfläche der Büchse wirkende Druckkraft jene Kraft, mit der die Büchse im Gehäuse gehalten wird, so kann sich diese plötzlich lösen und geschoßartig herausgeschleudert werden;
die Sicherungsringe stehen ständig unter Last und erzeugen daher hohe Reibung.

Although the known device has the advantage of being easy to assemble, it nevertheless has several disadvantages, namely:

the retaining rings can easily wear out because the pressure on the end face of the bushes facing the pressure chamber is constantly applied;
due to the pressurization of the bushes, the shaft itself is constantly subjected to tension via the locking rings;
if a circlip breaks, the associated position bushing also loses its secure hold. If the pressure force acting on the end ring surface of the sleeve exceeds the force with which the sleeve is held in the housing, it can suddenly come loose and be thrown out like a bullet;
the circlips are constantly under load and therefore generate high friction.

Die EP-A-0 047 613 betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer reziproken Bewegung. Figur 4 dieser Druckschrift zeigt einen Schnitt durch diese Einrichtung, bei der die Welle auf beiden Seiten des Ritzels durch spezielle Mittel gehalten wird.EP-A-0 047 613 relates to a device for generating a reciprocal movement. Figure 4 of this document shows a section through this device, in which the shaft is held on both sides of the pinion by special means.

Aufgabe der EP-A 0 047 613 ist es, eine derartige Vorrichtung bereit zu stellen, die preiswerter hergestellt werden kann, indem für die Produktion weniger Teile eingesetzt werden müssen. Dieser Einrichtung liegt allerdings der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, nicht nahe.The object of EP-A 0 047 613 is to provide such a device which can be manufactured more cheaply by fewer parts having to be used for production. However, the object of the present invention, as claimed, is not obvious to this device.

Die US-A-3 246 581 betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Gemäß den Figuren 2 und 3 der Druckschrift muß die mit 39 beschriebene Büchse in dem Druckraum so angeordnet werden, daß sie einen radial nach innen gerichteten Vorsprung aufweist. Diese Anordnung der Einrichtung ist gegenüber der in der vorliegenden Erfindung vorgestellten Einrichtung insofern nachteilig, daß die Welle durch die geringeren Abstände zwischen der rechten Büchse 39 und der linken Büchse 39 unruhiger in der Fassung bewegt wird und insofern ein höherer Verschleiß der Sicherungsringe 22 bzw. der Büchsen 39 befürchtet werden muß. Aus diesem Grund liegt dem US-Patent auch die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zu schaffen, die leicht zu reparieren, einfach und preiswert ist.US-A-3 246 581 relates to a device according to the preamble of the main claim. According to Figures 2 and 3 of the document, the sleeve described at 39 must be arranged in the pressure chamber so that it has a radially inward projection. This arrangement of the device is disadvantageous compared to the device presented in the present invention in that the shaft is moved more restlessly in the socket due to the smaller distances between the right bushing 39 and the left bushing 39, and in that a higher wear of the locking rings 22 and the Rifles 39 must be feared. For this reason, the US patent is also based on the task of creating a connection that is easy to repair, simple and inexpensive.

Aus den Zeichnungen 1 bis 3 in Verbindung mit der Figurenbeschreibung ergibt sich weiterhin, daß ausgenommen die Dichtungsringe sämtliche Materialien, die eingesetzt werden, im wesentlichen aus speziellem, metallischen Materialien, wie beispielsweise Messing oder Stahl bestehen sollen. Allerdings wird durch dieses Patent nicht nahegelegt, eine der Büchsen aus Metall mit ausreichenden Gleiteigenschaften oder aus einem Kunststoff vorzusehen, da nach der Lehre des US-Patentes das Nadellager 38 zwischen den Büchsen 39 und der Welle 36 zwischengeschaltet ist und somit die Büchsen keine speziellen Gleiteigenschaften besitzen.From the drawings 1 to 3 in connection with the description of the figures, it also follows that, with the exception of the sealing rings, all materials that are used are essentially made of special, metallic materials, such as brass or steel. However, this patent does not suggest providing one of the metal sleeves with sufficient sliding properties or of a plastic, since according to the teaching of the US patent, the needle bearing 38 is interposed between the sleeves 39 and the shaft 36 and thus the sleeves have no special sliding properties have.

Für die vorliegende Erfindung ergibt sich die Aufgabe, die bekannte Lagerung der drehbaren Welle in dem Gehäuse des Druckraumes so zu verbessern, daß eine verschleißarme und sichere Anordnung der Welle und der Lagerbüchsen erreicht wird.The object of the present invention is to improve the known mounting of the rotatable shaft in the housing of the pressure chamber in such a way that a low-wear and secure arrangement of the shaft and the bearing bushes is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Büchsen 11, 12 mit einem radial nach außen gerichteten Vorsprung 17, 18 versehen sind, wenigstens eine der Büchsen 11, 12 aus Metall mit ausreichenden Gleiteigenschaften oder aus einem Kunststoff, vorzugsweise Polyamid, besteht und daß Dichtungsringe 28, 29 je zwischen der Lagerseite der Welle 7 und der jeweiligen Büchse 11, 12 einerseits und zwischen der jeweiligen Büchse 11, 12 und dem Gehäuse 1 andererseits vorgesehen sind.This object is achieved in that the sleeves 11, 12 are provided with a radially outward projection 17, 18, at least one of the sleeves 11, 12 made of metal with sufficient sliding properties or of a plastic, preferably polyamide, and that sealing rings 28, 29 are each provided between the bearing side of the shaft 7 and the respective bushing 11, 12 on the one hand and between the respective bushing 11, 12 and the housing 1 on the other hand.

Hierdurch ist die Welle zugentlastet und die Lagerbüchsen können vom Innendruck des Gehäuses nicht ausgetrieben werden. Die Sicherungsringe sind ebenfalls entlastet, so daß kein Reibverschleiß mehr entsteht. Die Durchmessergleichheit der Lagerseiten sorgt dafür, daß auch über die Welle selbst keine Axialkraft eingebracht wird.As a result, the shaft is relieved of tension and the bearing bushes cannot be driven out by the internal pressure of the housing. The locking rings are also relieved, so that there is no more frictional wear. The equal diameter of the bearing sides ensures that no axial force is applied via the shaft itself.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.The invention is described in more detail below using an exemplary embodiment.

Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung (Druckzylinder). Solche Zylinder weisen zwei gegenläufig bewegbare Kolben mit je einer Zahnstange auf, die mit dem Ritzel der drehbaren Welle kämmen und damit bei Bewegung der Welle drehen.The single figure shows a cross section through a device according to the invention (pressure cylinder). Such cylinders have two pistons which can be moved in opposite directions, each with a toothed rack, which mesh with the pinion of the rotatable shaft and thus rotate when the shaft is moved.

Das Gehäuse 1 des Druckzylinders umschließt den zylinderförmigen Druckraum 2, der sich in endlicher Länge senkrecht zur Bildebene der Figur erstreckt. Über einen Anschluß 3 wird der Druckraum 2 mit einem Druckmittel, bspw. Druckluft oder Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Über einen Anschluß 4, der in einer Axialbohrung 5 mündet, wird der Druckraum 2 von dem Druckmittel wieder entleert. Die Steuerung des Zu- und Ablaufs des Druckmittels erfolgt z.B. über außerhalb des Gehäuses 1 angeordnete Ventile und/oder Schieber (nicht gezeigt), die über Leitungsanschlüsse (nicht gezeigt) in der üblichen Weise mit den Anschlüssen 3 und 4 in Verbindung stehen.The housing 1 of the printing cylinder encloses the cylindrical pressure chamber 2, which extends in a finite length perpendicular to the image plane of the figure. The pressure chamber 2 is filled with a pressure medium, for example compressed air or hydraulic fluid, via a connection 3. Via a connection 4, which opens into an axial bore 5, the pressure chamber 2 is emptied of the pressure medium again. The control of the inflow and outflow of the pressure medium takes place e.g. Via valves and / or slides (not shown) arranged outside the housing 1, which are connected to the connections 3 and 4 in the usual way via line connections (not shown).

In dem zylindrischen Druckraum 2 ist bspw. ein Kolben (nicht gezeigt) senkrecht zur Bildebene der Figur längsbeweglich geführt. Die Bewegung des Kolbens wird von dem Druckmittel bewirkt, welches jeweils über die Anschlüsse 3 und 4 sowohl zu- als auch abströmen kann. Je nachdem über welchen der Anschlüsse 3 oder 4 das Druckmittel jeweils zu- oder abströmt, bewegen sich die Kolben in der einen oder anderen axialen Richtung d.h. senkrecht zur Bildebene der Figur.In the cylindrical pressure chamber 2, for example, a piston (not shown) is guided so that it can move longitudinally perpendicular to the image plane of the figure. The movement of the piston is caused by the pressure medium, which can both flow in and out via the connections 3 and 4. Depending on which of the connections 3 or 4 the pressure medium flows in or out, the pistons move in one or the other axial direction, i.e. perpendicular to the image plane of the figure.

Die Kolben sind in an sich bekannter Weise je mit einer Zahnstange (nicht gezeigt) versehen, welche in das Zahnradritzel 6 der in dem Gehäuse 1 drehbar gelagerten Welle 7 eingreift. Die Kolben übertragen somit ihre jeweilige Längsbewegung innerhalb des Druckraumes 2 auf die drehbare Welle 7 und veranlassen, daß die Welle 7 eine entsprechende Drehbewegung in Richtung des gekrümmten Doppelpfeils 8 ausführt. Die Größe dieser Drehbewegung 8 kann sich von wenigen Winkelgraden bis hin zu mehreren vollen Umdrehungen erstrecken. Kolben und Zahnstange sind also gegenläufig bewegbar.The pistons are each provided in a manner known per se with a toothed rack (not shown) which engages in the gear pinion 6 of the shaft 7 rotatably mounted in the housing 1. The pistons thus transmit their respective longitudinal movement within the pressure chamber 2 to the rotatable shaft 7 and cause the shaft 7 to carry out a corresponding rotary movement in the direction of the curved double arrow 8. The size of this rotary movement 8 can extend from a few degrees of angle to several full rotations. The piston and rack can therefore be moved in opposite directions.

Die drehbare Welle 7 ist in einander gegenüberliegenden Durchgangsbohrungen 9 und 10 des Gehäuses 1 in Büchsen 11 und 12 drehbar gelagert und weist auf beiden Lagerseiten gleichen Durchmesser auf. Jede der Durchgangsbohrungen 9 und 10 weist auf der jeweils dem Druckraum 2 abgewandten Seite 13 und 14 des Gehäuses 1 einen radial nach innen vorspringenden Bund 15 und 16 auf, der jeweils eine Anlage für einen Ringflansch 17 bzw. 18, mit dem jede der Büchsen 11 und 12 versehen ist, bildet. Unter der auf dem Druckraum 2 zugewandten innenseitigen Stirnfläche 19 bzw. 20 der Büchsen 11 und 12 wirkenden Druckkraft des im Druckraum 2 befindlichen Druckmittels werden die Büchsen 11 und 12 mit ihren Ringflanschen 17 und 18 jeweils gegen die Bunde 15 und 16 der beiden Durchgangsbohrungen 9 und 10 gepreßt und von den Bunden 15 und 16 sicher gehalten.The rotatable shaft 7 is rotatably supported in mutually opposite through bores 9 and 10 of the housing 1 in bushes 11 and 12 and has the same diameter on both bearing sides. Each of the through bores 9 and 10 has on the side 13 and 14 of the housing 1 facing away from the pressure chamber 2 in each case a radially inwardly projecting collar 15 and 16 which each form a system for an annular flange 17 or 18, with which each of the bushings 11 and 12 is provided. Under the inner face 19 or 20 of the sleeves 11 and 12 facing the pressure chamber 2, the compressive force of the pressure medium in the pressure chamber 2 acts on the sleeves 11 and 12 with their ring flanges 17 and 18, respectively against the collars 15 and 16 of the two through holes 9 and 10 pressed and held securely by the bundles 15 and 16.

Die Stirnflächen 19 und 20 dienen zugleich auch noch als Anlage für Sicherungsringe 21 und 22, welche die Lagersitze 23 und 24 zum Schaft 25 der drehbaren Welle 7 hin begrenzen und in die drehbare Welle 7 eingelassen sind. Wie aus der Figur weiter erkennbar, verhindern die beiden Sicherungsringe 21 und 22 ein Auswandern der drehbaren Welle 7 aus dem Gehäuse 1 in axialer Richtung 33, sind axial jedoch nicht belastet, so daß dort bei einer Drehbewegung der Welle nur geringe Reibung auftritt.The end faces 19 and 20 also serve as a system for retaining rings 21 and 22, which limit the bearing seats 23 and 24 to the shaft 25 of the rotatable shaft 7 and are embedded in the rotatable shaft 7. As can also be seen from the figure, the two retaining rings 21 and 22 prevent the rotatable shaft 7 from moving out of the housing 1 in the axial direction 33, but are not axially loaded, so that there is only slight friction there when the shaft rotates.

Unter der Annahme, daß der Druckraum 2 in einer nicht in der Bildebene der Figur befindlichen und dazu parallelen Ebene bspw. durch einen Deckel (nicht gezeigt) geöffnet ist, wird bei der Montage der drehbaren Welle in dem Gehäuse 1 etwa wie folgt verfahren:

Die Büchse wird zuerst in die Durchgangsbohrung 10 eingesetzt. Durch die freie Durchgangsbohrung 9 wird sodann die Welle 7 hindurch in den Druckraum 2 eingeführt und, bei lose auf dem Schaft 25 bis an das Ritzel 6 verschobenem Sicherungsring 22, über die freie Länge des Schaftes 25 durch die Büchse 12 hindurchgeschoben. Danach wird die zweite Büchse 11 in die Durchgangsbohrung 9 eingesetzt. In deren Innenbohrung 26 wird sodann das untere Ende 27 der Welle 7 eingefädelt bis zum Anschlag des vorher eingesetzten Sicherungsringes 21 an der Stirnfläche 20. Anschließend wird der andere Sicherungsring 22 über den Schaft 25 zurückgestreift und vor der Stirnseite 19 der Büchse 12 in der dafür vorbereiteten Nut (nicht gezeigt) des Schaftes 25 eingerastet.

Assuming that the pressure chamber 2 is open in a plane that is not in the image plane of the figure and parallel to it, for example by a cover (not shown), the assembly of the rotatable shaft in the housing 1 is carried out approximately as follows:

The sleeve is first inserted into the through hole 10. The shaft 7 is then inserted through the free through bore 9 into the pressure chamber 2 and, with the retaining ring 22 displaced loosely on the shaft 25 up to the pinion 6, pushed through the sleeve 12 over the free length of the shaft 25. Then the second bushing 11 is inserted into the through hole 9. The lower end 27 of the shaft 7 is then threaded into the inner bore 26 thereof until the securing ring 21 previously inserted stops on the end face 20. Then the other securing ring 22 is slipped back over the shaft 25 and in front of the end face 19 of the bush 12 in the prepared one Groove (not shown) of the shaft 25 snapped into place.

Der Vollständigkeit halber wird noch ausgeführt, daß zur Abdichtung der Durchgangsbohrungen 9 und 10 zwischen den Büchsen 11 und 12 Rundschnurringe 28 vorgesehen sind. Desgleichen sind zur Abdichtung der Lagersitze 23 und 24 Rundschnurringe 29 zwischen der Welle 7 und den Büchsen 11 und 12 angeordnet. Das obere Ende 30 der Welle 7 endet in einem vorstehenden Zapfen 31, wohingegen in das untere Ende 27 eine Vertiefung 32 eingelassen ist, die mit Schlüsselflächen versehen sein kann.For the sake of completeness, it is also stated that round sealing rings 28 are provided between the bushings 11 and 12 for sealing the through bores 9 and 10. Likewise, round cord rings 29 are arranged between the shaft 7 and the bushes 11 and 12 for sealing the bearing seats 23 and 24. The upper end 30 of the shaft 7 ends in a protruding pin 31, whereas in the lower end 27 a recess 32 is embedded, which can be provided with key surfaces.

Liste der BezugszeichenList of reference numbers

1 housing
2 cylindrical pressure chamber
3 connection
4 connection
5 axial bore
6 gear pinions
7 rotatable shaft
8 rotary movement
9 through hole
10 through hole
11 rifle
12 rifle
13 side facing away from the pressure chamber
14 side facing away from the pressure chamber
15 radially inwardly projecting collar
16 radially inwardly projecting collar
17 ring flange
18 ring flange
19 inside face
20 inside face
21 circlip
22 circlip
23 bearing seat
24 bearing seat
25 shaft
26 inner bore
27 lower end
28 round cord ring
29 round cord ring
30 top end
31 protruding pin
32 deepening
33 axial direction

Claims

Apparatus comprising a housing (1) of a pressure chamber (2), a shaft (7), bushes (11, 12), retaining rings (21, 22) and sealing rings (28, 29), and wherein
- the shaft (7) is rotatably supported in bushes (9, 10) arranged in through-bores (9, 10) in said housing;

- the retaining rings (21, 22) secure the shaft (7) against axial displacement;

- each through-bore (9, 10) provided in the housing (1) exhibits a collar (15, 16) projecting inwardly in a radial direction, said collar serving as a thrust stop for the respective bush (11, 12);

- the front face of each bush (11, 12) facing the pressure chamber (2) simultaneously defines a thrust stop for the respective retaining ring (21, 22) provided on the shaft (7); and

- both bearing sides of the shaft (7) have the same diameter;
characterized in that

- the bushes (11, 12) each exhibit a projecting portion (17, 18) extending radially outwards;

- at least one of said bushes (11, 12) is made of a metal with adequate friction properties, or of a plastic material, preferably polyamide;

- there are provided sealing rings (28,29) between the bearing side of the shaft (7) and the respective bush (11,12) on the one hand, and between the respective bush (11,12) and the housing (1) on the other;
Apparatus as claimed in Claim 1, characterized in that the projecting portion of the bush (17,18) is an annular flange.