NO141381B - Trykkmediumpaavirket kobling. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en trykkmediumpåvirket kobling for ldsbar sammenkobling av i det minste to elementer, fortrinnsvis for overforing av dreiemomenter mellom disse elementer, og koblingen består av en ytterhylse, en innerhylse som er konsentrisk montert i ytterhylsen og festet til denne i det minste ved én ende, slik at der dannes en spalte mellom ytter- og innerhylsen, og koblingen omfatter organer for innforing av et trykkmedium i denne spalte, hvorved spaltens radiale dimensjon kan varieres ved endring av trykket på trykkmediet i spalten ved at hylsenes vegger derved endrer form.

Det er tidligere kjent trykkmediumpåvirkede koblinger av den ovennevnte type, hvor spalten med trykkmediet har forholdsvis stort volum. Slike koblinger anvendes ofte for losbar montering av;£t hjul e.l. på en aksel, og til almindelig bruk gir slike tidligere kjente koblinger et godt resultat.

Disse kjente koblinger er derimot ufordelaktige i flere henseender når de benyttes i omgivelser som utsettes for store temperaturforandringer. Trykkmediet, som vanlig-vis utgjores av en olje eller et fettprodukt, har i almindelighet en utvidelseskoeffisient som er meget hoyere enn utvidelseskoeffisienten for inner- og ytterhylsen, som normalt er fremstilt av stål. Ofte er utvidelseskoeffisienten for trykkmediet ti ganger så hoy som for stål.

Når en kobling av den ovennevnte type utsettes for hoye temperaturer ekspanderer derfor trykkmediet meget mer enn stålhylsene, og ved store temperaturdifferanser kan dette medfore en deformasjon av koblingen, og det kan til og med få koblingen til å briste. Videre er det vanskelig å oppnå god tetning ved de meget hoye trykk som frembringes når temperaturen okes til et hoyt nivå.

Når man på den annen side senker temperaturen, trekker trykkmediet seg meget mer sammen enn stålhylsene, og dette forer til at den dreiemomentoverforende evne reduseres , og det kan til og med skje at det ene eller begge de sammen-koblede elementer loses fra koblingen ved ekstremt lave temperaturer.

Med hoye temperaturer menes i denne sammenheng temperaturer opp til 100 - 125°C av trykkmediet, og med lave temperaturer menes -30°C eller lavere.

Man har forsokt å unngå de ovennevnte ulemper ved

som trykkmedium å benytte et trykkmedium med lavere utvidelseskoeffisient enn ovennevnte væske eller fett, men ingen hittil kjente koblinger har kunnet eliminere eller i vesentlig grad redusere de nevnte ulemper slik at koblingen kan anvendes i tilfeller hvor den utsettes for store temperaturdifferanser.

Hensikten med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe

en trykkmediumpåvirket kobling for losbar sammenkobling av i det minste to elementer, og som også kan benyttes i de tilfeller hvor den utsettes for store temperaturdifferanser uten å deformeres på grunn av ekstrem utvidelse eller sammen-trekning av trykkmediet, som ikke losner om temperaturen senkes, og ved hvilken man ikke har noen alvorlige tetnings-problemer på grunn av stor trykkstigning når koblingen utsettes for stor temperaturstigning.

En temperaturstigning AT bevirker en trykkstigning AP

i koblingens spalte eller gap på grunn av at utvidelseskoeffisienten for væsken % er hoyere enn utvidelseskoeffisienten for inner- eller ytterhylsen. Matematisk kan trykkstigningen uttrykkes på folgende måte:

hvor AP angir trykkforandringen, AT angir .temperaturfor-andringen, B er en kompressibilitetskonstant for trykkmediet, d er den gjennomsnittlige diameter av koblingens spalte, L

er spaltens lengde, E er elastisitetsmodulen for stålet i den aksel og det nav som skal kobles sammen ved hjelp av koblingen, c er forholdet mellom inner- og ytterdiameteren av navet som skal kobles sammen med akselen og V angir trykkmediumvolumet i koblingens spalte.

Av den ovenstående formel fremgår det at en temperatur-forhoyelse bevirker en trykkstigning, og at en volumfor-andring kan redusere effekten av slike temperaturforhoyelser. For å prove effekten av forskjellige volumer av koblingens spalte ved forskjellige temperaturforhoyelser har der vært gjort undersokelser, og resultatet av disse illustreres på fig. 1 og 2. På fig. 1 er vist et diagram hvor trykkstigningen AP (den horisontale akse) ved to forskjellige tempera-turf orhoyelser , nemlig 50°C resp. 100°C,er tegnet inn mot en<*>vertikal akse som viser bredden-1 av spalten mellom inner-og ytterhylsen. Trykkstigningen AP er uttrykt i bar

(1 bar = 0,2 MPa), og bredden t av spalten er uttrykt i mm. Alle forsok ble utfort med en kobling som hadde en gjennom-snittlig diameter d av spalten på 3'0 mmj der utvidelseskoeffisienten for trykkmediet, som i dette tilfelle var et fettprodukt, var 7 x 10 , kompressibilitetskonstanten B

for trykkmediet var 8 x 10 J l/bar, elastisitetsmodulen for stålet i akselen og navet som skulle sammenkobles var 21 x 10 5 kg/cm 2, og forholdet mellom inner- og ytterdiameteren av det nav som skulle monteres var 0,5.

Av diagrammet fremgår det at det er forholdsvis små forandringer av AP når spaltebredden t okes fra 0,5 til storre spalte, mens AP endrer seg forholdsvis meget når spaltebredden endres fra t 0,5 til en spaltebredde som er mindre enn dette mål. Det er derfor åpenbart at dersom volumet av trykkmediet i koblingens spalte reduseres, til en verdi svarende til mindre enn t =0,5 mm ved den på fig. 1 illustrerte kobling, er det mulig vesentlig å redusere trykkstigningen ved temperaturstigninger. For å bestemme volumet bor spaltebredden t beregnes med hensyn på den gjennomsnittlige diameter d av spalten, og med hensyn til dette forhold kan det angis at verdien av forholdet t:d bor være mindre enn 2 x 10"<2>.

Under forsokene har man observert at verdien av forholdet t:d ikke gir identiske resultater for forskjellige koblinger, og forholdsverdien synker noe ved okende diametre på grunn av at toleransene for koblinger med storre diametre kan gjores forholdsvis mindre enn for koblinger med små diametre, men generelt bor fblgende forhold oppfylles for at man skal kunne holde trykkstigningen nede ved okende temperaturer:

I idealtilfellet bor forholdet t:d være null, men

av velkjente grunner er dette ikke mulig, og med hensyn til de spesielle egenskaper har det vist seg hensiktsmessig å begrense forholdet til å være lik eller mindre enn 2 x 10

På fig. 2 er vist et tilsvarende diagram, som illustrerer dreiemomentforholdet M-^/Mq ved slurepunktet mellom navet og akselen,som er koblet sammen ved hjelp av koblingen ifolge oppfinnelsen, ved forskjellige bredder t av koblingsspalten og ved forskjellige utgangstrykk. Hvis man med betegnelsen M generelt mener dreiemomentet ved slurepunktet, betegner Mq i diagrammet et slikt dreiemoment ved utgangstilstanden og-M, betegner dreiemomentet ved forhoyet temperatur. Ved alle forsok var temperaturforhoyelsen AT = +100°C, og i diagrammet er tre forskjellige verdier tegnet inn svarende til utgangstrykk på 900 bar, 600 bar resp. 300 bar. De ovrige verdier er de samme som forklart i forbindelse med fig. 1.

De undersøkelser som illustreres grafisk på fig. 2 bekrefter det resultat som er observert i forbindelse med de forsok som illustreres på fig. 1, og det kan bemerkes at det er forholdsvis små forandringer av dreiemomentforholdet M-^/Mq f or spaltebredder t som er storre enn ca. 0,5 mm, mens det blir storre forandringer i forholdet M^/Mq for bredden t av spalten som er mindre enn ca. 0,5 mm. Under-søkelser bekrefter derfor at forholdet t/d bor være mindre enn omkring 2 x 10 ' for at man i vesentlig grad skal kunne redusere effektene av temperaturstigninger og differanser i forholdet M^/Mq avhengig av slike temperaturforandringer.

For visse formål er det meget vesentlig at man utforer koblingen så temperaturuavhengig som mulig, og

dette kan altså skje ved at man lar spalten for trykkmediet være smal og under den ovenfor angitte verdi. Samtidig kan man redusere koblingens temperaturavhengighet ytterligere ved å blande opp trykkmediet med partikler av et eller annet slags materiale hvis termiske utvidelseskoeffisient er stort sett den samme som eller mindre enn utvidelseskoeffisienten for koblingens ytter- og innerhylse. Partiklene kan være av et hvilket som helst egnet materiale, såsom et metall, metalloid eller en organisk forbindelse, som motstår de hoye trykk og relativt hoye temperaturer som kan tenkes å komme på tale.

I det fdlgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere

i forbindelse med et par utforelseseksempler som er vist på fig. 3 og <*>f, hvor fig. 3 er et tverrsnitt gjennom en kobling ifolge oppfinnelsen, og fig. V er et partielt tverrsnitt gjennom en modifisert utforelsesform av koblingen ifolge oppfinnelsen.

På fig. 3 er vist en trykkmediumpåvirket kobling 10, som f.eks. kan anvendes for sammenkobling av et nav 25 og en aksel 26. Koblingen består av en ytterhylse 11 og en innerhylse 12 som er montert konsentrisk i ytterhylsen 11 og festet til denne ved hjelp av ringformede sveiser 13 resp.

I1*. Som et alternativ til sveising kan de konsentrisk anordnede hylser 11 og 12 sammenfdyes ved en eller annen annen teknikk, såsom lodding, fusjon, limingskruing eller klinking. Begge hylser 11 og 12 forutsettes å være radialt elastiske, dvs. antas bl.a. å ha tynne vegger og være utfort av et materiale som • i den foreliggende sammenheng er tilstrekkelig elastisk til å tillate hylsene å bdyes i innbyrdes motsatte radiale retninger under.trykk-påvirkning fra et pneumatisk eller fortrinnsvis hydraulisk trykkmedium, som innfores i et område eller en spalte 15

som begrenses mellom de to hylser 11 og 12. Som det fremgår av figuren, vil en bdyning av de respektive hylser bevirke at ytterhylsen 11 bringes x friksjonsinngrep med navet eller hjulet 25 mens innerhylsen bringes i friksjonsinngrep me.d akselen 26, således at begge elementer kobles sammen ved hjelp av koblingen ifolge oppfinnelsen.

For oversiktens skyld er spalten 15 mellom ytterhylsen 11 og innerhylsen 12 vist forholdsvis bred, men for at man skal kunne redusere effekten av•trykkforandringen i trykkmediet avhengig av temperaturforandringer, bor bredden t av spalten eller gapet 15 med hensyn på sin gjennomsnitts-_p diameter d oppfylle det ovennevnte forhold: t/d^-2 <*> 10

Som det fremgår av fig. 3 er den ene ende av ytterhylsen 11 utformet med en flenslignende krave som er for-synt med et hull 18 som kommuniserer med spalten 15. I hullet 18 finnes et tettende stempel 27 som kan presses radialt innover ved hjelp av en skrue 30. For å eliminere faren for oppsprekking av ytterhylsen 11 og innerhylsen 12 er endene 15a og 15b av spalten utformet som hulkiler, og i disse hulkiler 15a og 15b er der montert ringformede ut-fyllingselementer 15^ °C I5d for å redusere volumet av spalten. Utfyllingselementeno 15c og l5d kan være fremstilt av et hvilket som helst egnet materiale, fortrinnsvis et materiale med samme utvidelseskoeffisient som hylsene 11 og 12.

På fig. k er vist en modifisert utforelsesform av koblingen på fig. 3? som likeledes består av en ytterhylse 11 og en innerhylse 12 som er anordnet konsentrisk i ytterhylsen 11, og hvor en spalte 15 avgrenses mellom de to hylser. I den ene ende er de to hylser sammenkoblet med hverandre ved hjelp av en sveis 1^, og i den motsatte ende . åpner spalten seg i et aksialt, ringformet spor 18' som er tettet ved hjelp av et tetningsstempel 27'. En kravelignende trykkring 27" er anordnet aksialt utenfor ringstempelet 27'j og trykkringen 27" er innrettet til å kunne presses mot ringstempelet 27' og inn i sporet 18<1> ved påvirkning av et antall skruer 30<1> som er anordnet rundt koblingen og samvirker med kraven 16 på ytterhylsen 11.

Midlene for å tilveiebringe en trykksetting av trykkmediet i spalten 15 kan være av en hvilken som helst egnet type, og kan utgjores av et separat ytre organ for innforing av trykkmedium i spalten 15, og ved en slik utforelsesform av oppfinnelsen erstattes tetningsstempelet 27 eller 27' med en enveis-ventil som tillater en innforing av trykkmedium under trykk i spalten, men forhindrer utslipp av slikt trykkmedium.

For ytterligere å redusere behovet for spalten 15

kan trykkmediet inneholde små partikler av et materiale hvis utvidelseskoeffisient er den samme eller nær den samme som utvidelseskoeffisienten for inner- og ytterhylsen. Ved å blande trykkmediet med slike partikler reduseres mengden av trykkmedium i tilsvarende utstrekning.

Spalten 15 mellom ytterhylsen 11 og innerhylsen 12 kan være av en hvilken som helst egnet form, f.eks. som vist på fig. <>>+, der delene med mindre veggtykkelse, f.eks.

delen 11' i ytterhylsen 11 og delen 12' i innerhylsen 12, gir en noe storre utboyning enn de tilsvarende deler 11", 12" med storre veggtykkelse. For å redusere mengden av trykkmedium i spalten 15 kan ytterhylsen eller innerhylsen utformes med radiale fremspring som normalt ligger an mot innerhylsen resp. ytterhylsen, men som, ved innforing av trykkmedium i spalten slik at hylsene 11 og 12 fores noe fra

hverandre, skaffer en kanal for trykkmediet. Alternativt kan separate ringer eller lignende elementer anordnes i spalten, hvilke reduserer den nodvendige mengde trykkmedium.

Normalt utformes koblingen med så smal spalte at ytter- og innerhylsen, ved normal temperatur og innen der tilfores trykk i spalten, ligger an mot hverandre, og diameteren av trykkmediumhullet 18, 18' og slaglengden av stempelet 27, 27' er dimensjonert slik at såvidt mulig alt trykkmedium ved fullfort montering er presset ut av trykkmediumhullet 18, 18<1> og inn i spalten 1$. Videre bor diameteren, resp. slaglengden av trykkstempelet 27, 27' tilpasses slik at man raskt og med relativt normal kraft ved tiltrekning av skruen eller skruene 30 kan tilveiebringe den onskede monteringskraft.

Et friksjonskoblingsorgan av den på tegningen viste type har vært provet ved varmvalseverk for montering av valseringer på valseaksler, hvorved koblingen bla utsatt for meget hoye temperaturer, og hvor trykkmediet, til tross for kjoling av valseverksvalsene, hadde en temperatur på opptil 150°C. I forholdet I^/Mq mellom valseakselen og valseringen kunne der ikke observeres noen forandringer,

og i koblingen ingen deformasjoner. Koblingen ifolge den foreliggende oppfinnelse er derfor anvendelig i mange forbindelser der tidligere kjente koblinger av denne type oppviser ulemper på grunn av det store volum av trykkmedium i. spalten eller gapet. Oppfinnelsen kan benyttes både under forhold hvor koblingen utsettes for meget hoye temperaturer og hvor den utsettes for meget lave temperaturer, og bare ved tilpasning av trykket av trykkmediet etter omstendighetene kan koblingen tilpasses for forskjellige formål.

Claims (9)

1. Trykkmediumpåvirket kobling for losbar sammenkobling av i det minste to elementer (25, 26), fortrinnsvis.for overforing av dreiemomenter mellom disse, bestående av en ytterhylse (11) og en innerhylse (12) som er konsentrisk montert i ytterhylsen (11) og festet til denne i det minste ved den ene ende (1*+) , hvorved en spalte (15) eller, et gap er avgrenset mellom de to hylser (11, 12), hvilken spalte er lukket ved i det minste den nevnte ene ende (l^f) av hylsene (11, 12), og der foreligger midler for innforing av trykkmedium i trykkmediumspalten (15) samt midler for å forhindre utslipp av et slikt trykkmedium fra spalten (15),' og hylsenes vegger er utformet slik at deres radiale dimensjon kan varieres ved endring av trykket av trykkmediet i spalten (15),karakterisert ved at spaltens (15) volum i ikke trykkbelastet tilstand er hoyst så stort som et volum som tilsvarer et forhold mellom bredden (t) av spalten og den gjennomsnittlige diameter (d) av spalten (15) på 2 x IO"<2> (t/d ^2 x IO<-2>).

2. Kobling ifolge krav 1,karakterisert ved at enden eller endene (15a, 15b) av spalten (15) er hulkilformet for å redusere faren for oppsprekking av ytterhylsen (11) og innerhylsen (12).

3. Kobling ifolge krav 2,karakterisert ved at spaltens (15) hulkiler er delvis utfylt med et element (15c, I5d) med stort sett samme utvidelseskoeffisient som ytterhylsen (11). og innerhylsen (12). h.

Kobling ifolge krav 2, karakterisert ved at spaltens (15) hulkiler (15a, 15b) er delvis utfylt med et separat element (15c, l5d) som reduserer hulkilenes (15a, 15b) bredde til en maksimal bredde svarende til bredden av spalten (15).

5. Kobling ifolge krav 1,karakterisert ved at midlene for innforing av trykkmedium i spalten (15) utgjores av et hull (18) som forbinder spalten (15) med koblingens ytterside, og et tetningsstempel (27) er anordnet i forbindelseshullet (18) , og et skrueorgan (30) er anordnet for innpressing av tetningsstempelet (27) i hullet (18).

6. Kobling ifolge krav 1,karakterisert ved at midlene for innforing av trykkmedium i spalten (15) dannes av et aksialt spor (l8<l>) og et tettende ringstempel (27') som er anordnet i det aksiale spor (18'), og en kravelignende trykkring (27") ligger an mot ringstempelet •(27') og er innrettet til å presse denne inn i sporet (18') ved påvirkning av et antall skrueorganer (30') som bringer den kravelignende trykkring (27'0 til inngrep med ytterhylsen (11).

7. Kobling ifolge krav 1,karakterisert ved at midlene for innforing av trykkmedium i spalten (15) består av en ytre trykkmediumkilde og en enveis-ventil som forbinder spalten (15) med trykkraediumkilden og'tillater innforing av trykkmedium i spalten (15), men forhindrer utstromning av trykkmedium fra denne.

8. Kobling ifolge krav 1,karakterisert ved at trykkmediet er oppblandet med partikler med en utvidelseskoeffisient som er mindre enn utvidelseskoeffisienten for trykkmediet, eller fortrinnsvis den samme som utvidelseskoeffisienten for ytterhylsen (11) og innerhylsen (12).

9. Kobling ifolge krav 1,karakterisert ved at ytterhylsen (11) og/eller innerhylsen (12) er utformet med radiale fremspring som reduserer den nodvendige mengde trykkmedium i trykkmediumspalten (15).