NL9002902A - Flexibele koppeling alsmede menginrichting met een van een dergelijke koppeling voorziene mengschroef. - Google Patents

Description

Flexibele koppeling alsmede menginrichting met een van een dergelijkekoppeling voorziene mengschroef

De uitvinding betreft een flexibele koppeling voor het compenserenvan verschillen in de uitlijning tussen twee in hun axiale richting enin hun rotatierichting star aan elkaar verbonden rotatielichamen. Derge¬lijke flexibele koppelingen zijn algemeen bekend. Als voorbeeld wordthier de bekende kardankoppeling genoemd. Flexibele koppelingen wordenvaak toegepast wanneer een nauwkeurige uitlijning van derotatiehartlijnen van de aan elkaar verbonden rotatielichamen nietgewaarborgd is.

Eén en ander kan zijn oorzaak vinden in het feit dat uitlijnings-verschillen bewust toegelaten worden, indien bijvoorbeeld rekeninggehouden moet worden met kleine variaties in de onderlinge stand van derotatielichamen. Een dergelijke situatie kan zich voordoen bij bijvoor¬beeld een door drie lagers draaibaar ondersteunde as. De driepuntsopleg-ging van de as is statisch overbepaald, zodanig dat door een onjuisteplaatsing van de lagers, dwars ten opzichte van de as, daarin een buig-moment wordt opgewekt. Een dergelijk buigmoment verandert voortdurendvan teken bij rotatie van de as, hetgeen vermoeiingsgevaar meebrengt.Bovendien geeft een dergelijk buigmoment aanleiding tot extra hogelagerkrachten, hetgeen de nuttige levensduur daarvan nadelig beïnvloedt.

Als voorbeeld van zo'n situatie wordt de mengschroef van eenkonische menginrichting genoemd. De mengschroef is aan zijn bovensteeind opgehangen aan een zich aan het eind van een zwaai-arm bevindendeaandrijfas, die ondersteund is door twee lagers. De mengschroef zelf isaan zijn onderste uiteinde draaibaar ondersteund in het vat. Zowel dehiervoor genoemde uitlijningsfouten van de lagers, alsmede de belastingvan het menggoed op de mengschroef kunnen aanleiding geven tot on¬acceptabele buigmomenten in de mengschroef respectievelijk de aandrijf¬as. Deze ongewenste buigmomenten kunnen voorkomen worden wanneer meng¬schroef en aandrijfas door middel van een flexibele koppeling zoalshiervoor beschreven aan elkaar verbonden worden.

In dit opzicht heeft de bekende kardankoppeling echter bezwaren,aangezien hij blootgesteld is aan het te mengen goed. Bij bepaaldesoorten menggoed is het noodzakelijk om de kardankoppeling te be¬schermen, hetgeen in de praktijk echter moeilijk te realiseren blijkt.Als voorbeeld wordt hier fijnkorrelig menggoed, gassen of vloeistoffen genoemd.

Verder kan het menggoed stoffen bevatten die in chemisch of me¬chanisch opzicht agressief zijn, en welke de koppeling zouden kunnenaantasten.

Ten gevolge van zijn constructie bezit de bekende koppeling eenvorm die het opeenhopen van menggoed in bepaalde holten en sleuvenbevordert. Dat opeengehoopte menggoed is slechts met grote moeite teverwijderen. Dit brengt het risico mee dat het menggoed vervuild raaktdoor achtergebleven resten. Daardoor kan bijvoorbeeld bacteriologischebesmetting van het menggoed optreden.

Vooral bij menginrichtingen die toegepast worden in de zuivel-, envoedingsmiddelen-industrie en de pharmaceutische industrie is dit risicoechter onaanvaardbaar.

Een met bacteriehaarden besmette koppeling is zeer moeilijk tereinigen. Daardoor kan een eenmaal besmette koppeling vele nieuweladingen besmetten en de gehele menginrichting onbruikbaar maken.

Doel van de uitvinding is daarom een flexibele koppeling van hethiervoor genoemde soort te verschaffen die enerzijds een oplossing biedtvoor de ongewenste buigmomenten, en anderzijds geschikt is voor toepas¬singen waarbij ieder verontreinigingsrisico vermeden moet worden.

Dit doel wordt bereikt doordat de koppeling een bolscharnier omvatvoor het overbrengen van axiale krachten en dwarskrachten, alsmede eendaaromheen aangebrachte balg voor het overbrengen van torsiebelastingen,welke balg uit een materiaal met een hoge elasticiteitsmodulus bestaaten aan elk eind torsiestijf aan telkens één der rotatielichamen isverbonden. Het bolscharnier volgens de uitvindingen laat onderlingedraaibewegingen van de beide rotatielichamen toe, zodanig dat bij uit¬lij nings fouten tussen de verschillende lagers, danwel hoge dwarsbelas-tingen op de rotatielichamen, geen grote buigmomenten kunnen optreden.De constructie van de balg laat dergelijke beperkte buigbewegingen toe.Ten opzichte van torsiebelastingen is hij echter stijf, zodanig dat eenaandrijvingsmoment in draairichting tussen beide lichamen zeer goedovergebracht kan worden.

Deze combinatie van torsiestijfheid enerzijds, en het toelaten vanbuigbewegingen anderzijds wordt verkregen doordat de balg aan elk eindeen bevestigingsflens bezit, tussen welke flenzen zich een huls bevindtwaarvan de axiale einden voorzien zijn van naar binnen gerichte randendie elk zijn verbonden met een flens. Een dergelijke huls met stijveeindflenzen bezit een hoge torsiestijfheid, terwijl door het gekromdeverloop van de hulswand toch onderlinge draaibewegingen van de flenzen in een vlak door de hartlijn van de balg kunnen optreden.

Bij voorkeur bezit de huls een in wezen V-vormige of U-vormigedoorsnede in een axiaal vlak, zodanig dat de toppen van de benen der Vrespectievelijk U elk verbonden zijn aan een flens en de bodem der Vrespectievelijk U radiaal naar buiten wijst. Bij deze uitvoering kan datgedeelte van de huls dat gevormd wordt door de benen van V respectieve¬lijk U de flexibiliteit voor de buigbewegingen verschaffen.

Volgens een praktische uitvoeringsvorm kan de huls uit twee aanelkaar gelaste axiale helften bestaan. Aldus kan de vervaardiging van dehuls vereenvoudigd worden.

Om te verhinderen dat bij de lasnaad te grote vermoeiingsspanningenzouden optreden, bezit het aan de lasnaad grenzende gedeelte der axialehulshelften een vergrote wanddikte.

Volgens een bijzondere voorkeursuitvoeringsvorm bezitten de zichtussen de gedeelten met een vergrote wanddikte en de flenzen uitstrek¬kende wanddelen der huls een verhoudingsgewijze kleine wanddikte, zo¬danig dat deze wanddelen ter compensatie van uitlijningsverschillen zichS-vormige kunnen vervormen. Aangezien de uitlijningsverschillen altijdbeperkt zullen zijn, is deze S-vormige vervorming zeer licht, zodat ookover een in radiale richting gezien kleine wandlengte de bij vervormin¬gen optredende krommingsstralen beperkt kunnen blijven.

De uitvoering van de koppeling kan vereenvoudigd worden indien dehelften der huls met betrekking tot een door de lasnaad verlopend ra¬diaal vlak symmetrisch zijn. Bij deze uitvoering behoeft slechts éénsoort hulshelft vervaardigd te worden, hetgeen de fabricagekosten gun¬stig beïnvloedt.

Eén der flenzen kan een behuizing bezitten ter opname van de bui¬tenste bolscharnierring, en de andere flens kan een pen bezitten terondersteuning van de binnenste bolscharnierring. Aldus kan een compacteconstructie verkregen worden, waarbij de balg de bolschamierringenhermetisch kan opsluiten.

De uitvinding betreft verder een menginrichting met een konischmengvat alsmede een mengschroef die aan zijn bovenste eind is opgehangenaan een aandrijfas die zich bevindt aan het vrije eind van een zwaaiarmen aan zijn onderste eind is ondersteund in het vat. Volgens een voor¬keurstoepassing wordt een flexibele koppeling zoals hiervoor beschreventoegepast tussen mengschroef en aandrijfas. Aldus kan de lagering van deaandrijfas grotendeels ontzien worden, ook wanneer uitlijningsver¬schillen optreden tussen enerzijds de tweepuntslagering van de aandrijf¬as en anderzijds de ondersteuning van het onderste eind van de meng- schroef. Maar ook wanneer de mengschroef doorbuigt onder invloed van dedoor het menggoed daarop uitgeoefende belasting, kan ten gevolge van deaanwezigheid van de flexibele koppeling de lagerbelasting beperkt blij¬ven.

Bij voorkeur draagt elke flens een afdichting ter verschaffing vaneen sanitaire of aseptische afdichting met betrekking tot de mengschroefdanwel de aandrijfas. Deze uitvoeringsvorm is geschikt voor toepassingenin de levensmiddelenindustrie of de pharmaceutische industrie.

De koppeling bezit een vorm die uitwendig volkomen glad is, zondermoeilijk bereikbare hoeken of kieren waarin zich vuil zou kunnen ver¬zamelen. Het risico van de vorming van bacteriehaarden wordt daardoorverregaand vermeden. Een menginrichting met een dergelijke koppeling isook bij uitstek geschikt voor mechanisch of chemisch agressieve stoffen.Gezien het gesloten karakter van de koppeling is hij verder geschiktvoor mengvaten waarbij een overdruk of een onderdruk wordt toegepasttijdens het mengen.

Dit betekent dat in het inwendige van de koppeling bijvoorbeeld eenstikstofatmosfeer gehandhaafd kan worden, hetgeen het gevaar van besmet¬tingen verder verkleind. De afdichting is van een bekend en geaccep¬teerd soort, waarbij ook verzekerd is dat geen verontreinigingen kunnenoptreden ten gevolge van capillaire werking. Bij een temperatuurtrajectvan -20°C tot +200°C kunnen daarbij aseptische omstandigheden verzekerdworden.

Vervolgens zal de uitvinding aan de hand van de in de figuur weer¬gegeven uitvoeringsvorm nader toegelicht worden.

In de figuur is een flexibele koppeling in zijn geheel met ver¬wijzingsteken 1 weergegeven. Deze flexibele koppeling is enerzijdsbevestigd aan een verder niet getoonde aandrijfas zoals die bijvoorbeeldvoorkomt aan het eind van de zwaaiarm van een konisch mengvat. Ander¬zijds is de koppeling 1 bevestigd aan een mengschroef 3. die een cen¬trale as 4 omvat alsmede een schroef 5· Aan de centrale as 4 is eenbevestigingsflens 6 aangebracht, waaraan de koppeling uiteindelijkverbonden is.

De flexibele koppeling volgens de uitvinding bevat een bollager 7*die een buitenste bolscharnierring 22 alsmede een binnenste bolschar-nierring 8 omvat. De buitenste bolscharnierring 22 is gevat in eenbehuizing 9 die onderdeel uitmaakt van de bevestigingsflens 10 van dekoppeling 1. De binnenste bolscharnierring 8 is aangebracht rond eeninwendig van schroefdraad voorziene holle pen 11. Deze holle pen 11draagt een borst 12, waarop de binnenste bolscharnierring steunt. Deze bolscharnierring 8 steunt tevens op een borst 13 die één geheel vormtmet de flens 14 van de koppeling. Door middel van bout 15 kan de hollepen 11 aangetrokken worden, zodanig dat de binnenste bolscharnierring 8vastgeklemd wordt tussen borst 12 en borst 13·

De kop van de bout 15 bevindt zich in de (niet getoonde) onder-steuningsas van de mengschroef 3· Hij is op bekende wijze afgedekt meteen kap. Aangezien de gehele ondersteuningsconstructie van de meng¬schroef 3 bovendien opgenomen is in het inwendige van de (nietgetoonde) zwaaiarm van de menginrichting, is het gevaar van vervuilinguitgesloten.

Dankzij deze wijze van bevestigen is de zich in het mengvat bevin¬dende koppeling uitwendig geheel glad, zonder uitstekende houtkoppen.

De flenzen 10 en 14 zijn verder op bekende wijze door middel vanbouten vastgezet aan de draaias 2 danwel het bevestigingsstuk 6. Daarbijwordt een zeer goede afdichting verkregen, indiend uitsparingen voorafdichtringen 16 zijn voorzien, zodanig dat een aseptisch danwel sani¬taire afdichting van de koppeling wordt verkregen.

Aan de flenzen is telkens een in doorsnede gezien been van de balg17 voorzien. Beide benen 18, 19 van de balg bezitten samen met hetverdikte bodemgedeelte 20 een U resp. V-vormige vorm. De verdikte ge¬deelten 20 zijn door middel van lasnaad 21 aan elkaar bevestigd. Dankzijhet feit dat de gedeelten 20 verhoudingsgewijze dik zijn, blijven daar¬bij de spanningen in de lasnaad 21 beperkt waardoor hier het gevaar vanvermoeiingen vergaand vermeden wordt. Wanneer nu kleine uitlijningsver-schillen optreden tussen enerzijds de hartlijn van de aandrijfas 2 enanderzijds de hartlijn van de mengschroef 4, verdraaien de bolscharnier-ringen 22 en 8 een weinig ten opzichte van elkaar. De wanddelen 18, 19van de balg 17 vervormen daarbij afhankelijk van de richting van dehoekverdraaiing in zeer lichte mate S-vormig, hetgeen mogelijk gemaaktwordt door de verhoudingsgewijze geringe wanddikte van deze wanddelen 18, 19.

Anderzijds is ten gevolge van de hoge elasticiteitsmodulus van hetmateriaal van de wanddelen 18, 19, alsmede van een omwentelingssymmetrieverzekerd dat torsiebelastingen vrijwel zonder vervormingen overgebrachtkunnen worden via de wanddelen 18, 19, de verdikte delen 20, en delasnaad 21.

Aangezien de mengschroef 3 voortdurend draait, is verzekerd dat hetbolscharnier 7 regelmatig belast wordt in achtereenvolgende radiaalvlak-ken. Dit betekent dat het bolscharnier 7 zeer gelijkmatig belast wordt,waardoor de slijtage daarvan zeer beperkt zal blijven. Ook de zeer geringe verdraaiing van de bolscharnierringen 8, 22 ten opzichte vanelkaar verzekert echter al een lange levensduur van het bolscharnier.

Claims (10)

1. Flexibele koppeling voor het compenseren van verschillen in deuitlijning tussen twee in hun axiale richting en rotatierichting staraan elkaar verbonden rotatielichamen met het kenmerk dat de koppelingeen bolscharnier omvat voor het overbrengen van axiale belastingen endwarsbelastingen, alsmede een daar omheen aangebrachte balg voor hetoverbrengen van torsiebelastingen, welke balg uit een materiaal met eenhoge elasticiteitsmodulus bestaat en aan elk eind torsiestijf aan tel¬kens een der rotatielichamen is verbonden.

2. Koppeling volgens conclusie 1, waarbij de balg aan elk eind eenbevestigingsflens bezit, tussen welke flenzen zich een huls bevindtwaarvan de axiale einden voorzien zijn van naar binnen gerichte randendie elk zijn verbonden met een flens.

3· Koppeling volgens conclusie 2, waarbij de huls een in wezen V-vormigeof U-vormige doorsnede in een axiaal vlak bezit, zodanig dat de toppenvan de benen der V resp. U elk verbonden zijn aan een flens en de bodemder V resp. U radiaal naar buiten wijst.

4. Koppeling volgens conclusie 2 of 3» waarbij de huls uit twee aanelkaar gelaste axiale helften bestaat.

5. Koppeling volgens conclusie 4, waarbij het aan de lasnaad grenzendegedeelte der axiale hulshelften een vergrote wanddikte bezit.

6. Koppeling volgens conclusie 5. waarbij de zich tussen de gedeeltenmet een vergrote wanddikte en de flenzen uitstrekkende wanddelen derhuls een verhoudingsgewijze kleine wanddikte bezitten, zodanig dat dezewanddelen ter compensatie van uitlijningsverschillen zich S-vormigkunnen vervormen.

7. Koppeling volgens conclusie 6, waarbij de helften der huls met be¬trekking tot een door de lasnaad verlopend radiaal vlak symmetrischzijn.

8. Koppeling volgens een der conclusies 2-7, waarbij een der flenzen eenbehuizing bezit ter opname van de buitenste bolscharnierring, en deandere flens een pen bezit ter ondersteuning van de binnenste bolschar- nierring.

9. Menginrichting met een konisch mengvat alsmede een mengschroef dieaan zijn bovenste eind is opgehangen aan een aandrijfas die zich bevindtaan het vrije eind van een zwaai-arm, en aan zijn onderste eind isondersteund in het vat met het kenmerk dat tussen mengschroef en aan¬drijfas een flexibele koppeling volgens een der voorgaande conclusies isvoorzien.

10. Menginrichting volgens conclusie 9* waarbij elke flens een afdicht-ring draagt ter verschaffing van een sanitaire of aseptische afdichtingmet betrekking tot de mengschroef danwel de aandrijfas.