SE505916C2 - Anordning för vridmomentöverföring - Google Patents

Description

20 25 30 35 505 916 2 Hermetiskt täta ventiler som använder sig av metall- bälgar finns för sådana ventiler vid vilka ventilmanövreringen sker genom enbart en axiell rörelse, t ex skjutventiler och sätesventiler. I detta fall är ventilspindeln vid en yttre ände försedd med en gänga vilken samverkar med en lagrad mutter som vid rotation bringar spindeln att röra sig axiellt. Innanför gängan och muttern är anordnad en metallbälg som kan fästas vid såväl spindeln som omgivande ventilhus på ett hermetiskt tättslutande sätt tack vare det faktum att spindeln rör sig en- bart=axiellt, d v s utan att vridas. Andra typer av ventiler, såsom kulventiler, kalottventiler och vridspjällsventiler, krä- ver emellertid för sin manövrering att spindeln roteras eller vrids. Detta omöjliggör hermetiskt tättslutande anfästning av en bälg mot spindeln. Manövreringen av dylika ventiler kräver dessutom ofta att stora vridmoment överförs från ifrågakommande drivkälla till den roterbara spindeln och tillhörande ventil- kropp.

I en snäv aspekt tar uppfinningen sikte på att skapa en anordning som förmår överföra även stora vridmoment till en roterbar ventilspindel samtidigt som spindeln hålls àtskild från omgivningen medelst ett avskiljarorgan som är hermetiskt tättslutande. I sin vidaste aspekt tar uppfinningen sikte på att skapa en dylik vridmomentöverföringsanordning som låter sig användas varhelst ett rotationselement skall överföra vridmo- ment till ett annat rotationselement samtidigt som elementen hålls åtskilda via ett hermetiskt tättslutande avskiljarorgan.

En rotationsrörelseöverförande anordning av ingressvis allmänt angivna slag är tidigare känd för andra ändamål än just manövrering av ventilspindlar. Vid denna kända anordning består de båda rotationselementen av ingående och utgående axlar som är roterbart lagrade i motsatta väggar till ett hus som är in- satt i en skiljevägg mellan två åtskilda utrymmen. Trans- missionsdonet utgörs av en stel bom som är svängbart lagrad me- delst en mellan bommens ändar lokaliserad kulled, varvid bommens motsatta ändar är ledat förbundna med skivor på de in- gående resp utgående axlarna; närmare bestämt på så sätt att bommen överför en rotationsrörelse med utväxlingen 1:1 från den ingående axeln till den utgående. På bommen är anbragt en platta vid vilken är tättslutande anfäst en ände av en koniskt 10 15 20 25 30 35 505 916 3 formad bälg vars motsatta ände är likaledes tättslutande anfäst mot en av sagda väggar till huset.

Av flera skäl är en anordning av sistnämnda slag ej praktiskt möjlig att använda för överföring av stora vridmoment mellan ingående och utgående rotationselement, t ex i en ventil samtidigt som hermetisk tätning säkerställs. Sålunda rör sig bälgen med mycket stora rörelseutslag; något som innebär att bälgen icke kan utföras av material, t ex metalliska material, som är motståndskraftiga mot höga tryck. Vidare har den bom som ombesörjer överföringen av den ingående axelns rotation till den utgående axeln så klena dimensioner att större vridmoment ej överhuvudtaget låter sig överföras. Till yttermera visso torde konstruktionen icke medge fininställning av det utgående rotationselementet i olika inställningslägen.

HE.. E 1.3 Såsom ovan nämnts tar uppfinningen i sin vidaste aspekt sikte på att skapa en vridmomentöverföringsanordning som förmår överföra avsevärda vridmoment mellan två rotationselement av vilka det ena är drivande och det andra drivet samtidigt som dessa element skall kunna vara härbärgerade i utrymmen som åt- skiljs från varandra medelst ett hermetiskt tättslutande av- skiljarorgan. Ett ytterligare syfte är att skapa en dylik an- ordning som förmår motstå avsevärda tryckkrafter utan att av- skiljarorganet demoleras eller skadas. Ännu ett syfte är att skapa en vridmomentöverförande och samtidigt hermetiskt tâtande anordning som förmår motstå inverkan av till och med extremt aggressiva och/eller giftiga fluida utan att för den skull kräva någon komplicerad och dyrbar uppbyggnad. Det är även ett syfte att skapa en anordning som tar i anspråk ett minimalt ut- rymme, exempelvis i anslutning till en ventilspindel.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det grundläggande syftet medelst de särdrag som anges i patentkravets 1 känne- tecknande del. Fördelaktiga utföranden av uppfinningen är vidare angivna i de osjälvständiga patentkraven. 10 15 20 25 30 35 5os 91e 4 På ritningarna är: Fig 1 en delvis i vy, delvis i sektion utförd illustration av en ventilkonstruktion i vilken ingår en vridmoment- överförande anordning enligt uppfinningen, Fig 2 en förstorad, schematisk längdsektion genom enbart den uppfinningsenliga anordningen, varvid denna visas i ett liggande läge, Fig 3 en tvärsektion III-III i fig 2, Fig 4 en schematisk längdsektion visande ett alternativt utförande av anordningen, Fig 5 en analog längdsektion visande ett tredje utförande, och Fig 6 en längdsektion visande ett fjärde utförande.

Detalíerad beskrivning av föredragna utföranden av unnfinningen I fig 1 betecknar 1 generellt ett ventilhus i vilket in- _ går ett (icke visat) ventilorgan, t ex en kula, ett vridspjäll eller liknande, som för sin reglering är förbunden med en spindel eller axel 2. För att bringa axeln 2 att rotera finns ett drivdon som i exemplet har formen av en ratt 3 med ett handtag 4. Med ratten 3 är förbunden en ingående axel 5, vilken är låsbar medelst ett lásdon 6. Mellan den ingående axeln 5 och axeln 2 är insatt en i sin helhet med 7 betecknad anordning en- ligt uppfinningen. Anordningen är inbyggd i ett hus 8 som inbe- griper dels en rörformig vägg 9, som är fäst på en fläns 10 medelst skruvar 11, dels en gavelvägg 12. I den uppfinnings- enliga anordningen ingår även en med 13 betecknad bälg vilken åtskiljer två olika utrymmen i husets 8 inre, nämligen ett första utrymme 14 i anslutning till den ingående axeln 5 och ett andra utrymme 15 i anslutning till ventilspindeln 2.

Det må även nämnas att ventilspindeln 2 omsluts av en konventionell radialtätning 16.

Nu hänvisas till fig 2 och 3 som schematiskt illustrerar ett första utförande av uppfinningen. I fig 2 visas den upp- finningsenliga anordningen i ett liggande tillstånd i vilket gavelväggen 12 är lokaliserad till vänster och bildar en första stationär del relativt vilken axeln 5 är roterbart lagrad. I förhållande till den ingående, drivande axeln 5 utgör ven- tilspindeln 2 en utgående, driven axel. Det skall noteras att 10 15 20 25 30 35 505 916 5 denna axel 2 vid sin ände är förbunden med en i sin helhet med 17 betecknad kåpa vilken är sammansatt av en skivformig vägg 18 och en ring- eller rörformig flâns 19. De båda utrymmen som åt- skiljs medelst bälgen 13 är visade vid 14 resp 15.

Huvudkomponenten i den uppfinningsenliga anordningen ut- görs av ett i sin helhet med 20 betecknat transmissionsdon som i exemplet är sammansatt av dels en skiva 21, dels en från skivan utstickande hylsa eller hylsformig del 22. En första, yttre kuggkrans 23 på insidan av ringflânsen 19 är anordnad att samverka med en andra, inre kuggkrans 24 på periferin av den cirkelformiga skivan 21. De båda kuggkransarna 23, 24 har olika stora delningsdiametrar, varvid den yttre kuggkransen 23 uppvi- sar ett visst antal inàtriktade kuggar, medan den inre kugg- kransen 24 uppvisar ett mindre antal utåtriktade kuggar av vilka blott ett fåtal, t ex en, står i ingrepp med ytterkugg- kransen 23. Ytterkuggkransen 23 är i exemplet cylindrisk (men - kan även vara konisk), medan innerkuggkransen 24 lämpligast är konisk. En symmetriaxel för kuggkransen 24 är betecknad A.

Denna geometriska symmetriaxel är snedställd i en vinkel a i förhållande till symmetriaxeln B för drivaxeln 5.

Från gavelväggens 12 insida sträcker sig en rörstuts 25 relativt vilken drivaxeln 5 är lagrad med hjälp av ett lämpligt antal schematiskt visade lager 26, 26'. Vid sin inre ände upp- visar drivaxeln 5 en excentriskt placerad kropp 27 som griper in i en centrisk urtagning 28 i kuggskivan 21. Denna excenter- kropp 27 har lämpligen formen av en cylindrisk tapp vars centrumaxel är koaxiell med symmetriaxeln A. Skivan 21 är lagrad relativt excentertappen 27 medelst ett schematiskt visat lager 29. Vinkeln a mellan symmetriaxlarna A och B âr i praktiken mycket liten och kan ligga exempelvis inom området 0,4-1,0°. I beroende av hylsdelens 22 längd kan tappens 27 excentricitet "e" relativt symmetriaxeln B härvid uppgå till storleksordningen 0,3-0,6 mm. I fig 2 är sålunda vinkeln a visad överdrivet stor för tydlighets vinnande. b Vid sin från skivan 21 fjärmade ände är hylsan 22 för- bunden med den stationära delen 12 via en koppling 30 som säkerställer vridstyv förbindning mellan denna stationära del 12 och transmissionsdonet 20 i dess helhet samtidigt som den tillåter att donet 20 utför en svängande eller nuterande 10 15 20 25 30 35 505 916 6 rörelse. Kopplingen 30 är anordnad i ett vinkelrätt mot symmetriaxeln B sig sträckande plan C vilket genomskär symmetriaxeln B i en punkt D i vilken även symmetriaxeln A skär symmetriaxeln B. Kopplingen 30 kan i praktiken utgöras av antingen en bågtandkoppling eller en kulkoppling av det slag som är beskriven i SE 9404154-8.

Bälgen 13 bildar generellt ett rörformigt eller tvär- snittsvis ringformigt avskiljarorgan vars båda motsatta ändar 13' resp 13" är tättslutande anfästa vid donet 20 resp den fäst vid det parti av hylsan 22 som befinner sig närmast skivan 21, medan stationära delen 12. Närmare bestämt är änden 13' änden 13" är fäst vid en ringformig fläns 31 som delvis avgrän- sar ett ringformigt spår 32 i gavelväggen 12. Detta spår 32 uppvisar en plan botten 33 mot vilken hylsan 22 anligger, när- mare bestämt i huvudsak genom linjeanliggning (för att säker- ställa linjeanliggning kan hylsans ände vara svagt konisk). An- fästningen av bälgens 13 båda ändar mot hylsan 22 resp ring- flänsen 31 utförs så att bälgen tätar hermetiskt. I praktiken kan bälgen vara förfärdigad av metall, t ex rostfritt stål, varvid anfästningen sker genom svetsning, lödning, tryckvals- ning, limning eller liknande.

E.. J. i. El.

Då drivaxeln 5 försätts i rotation kommer excentertappen 27 och därmed även kuggskivan 21 att utföra en planetarisk eller cirkelbàgformig rörelse kring den centrala symmetriaxeln B. Detta medför att den kugg eller det fåtal kuggar i inner- kuggkransen 24 som står i ingrepp med ytterkuggkransen 23 kommer att rulla av mot den sistnämnda, varvid donet 20 i sin helhet utför en nuterande rörelse under vilken symmetriaxeln A rör sig såsom en generatris utmed en tänkt kons mantelyta, när- mare bestämt kring punkten D som bildar en konspetspunkt vilken är axiellt fjärmad från kuggkransarna. Under denna nuterande rörelse roterar ej transmissionsdonet 20 och dettas kuggskiva 21 i och med att donet är vridstyvt förbunden med den statio- nära delen 12 via kopplingen 30. Emellertid får rörelsen till följd att kåpan 17 och därmed axeln 2 försätts i rotation, när- mare bestämt i samma rotationsriktning som drivaxeln och med en utväxling som är beroende av skillnaden mellan antalet kuggar i 10 15 20 25 30 35 505' 916 7 respektive kuggkransar. Antag att antalet kuggar i ytterkugg- kransen 23 uppgår till 101 och antalet kuggar i innerkuggkran- sen 24 uppgår till 100. Då blir utväxlingen 100:1, dvs axeln 2 rör sig 1/100 varv då drivaxeln 5 roteras ett varv. Denna stora utväxling innebär att mycket stora vridmoment kan överföras till axeln eller ventilspindeln 2.

Uppfinningens fördelar är flerfaldiga. Genom att kugg- skivans 21 excentricitet är mycket liten kommer bälgen 13 att underkastas mycket små deformationer, vilket innebär att bälgen vid-behov låter sig utföras med jämförelsevis kraftig vägg- tjocklek, t ex av syrafast stål, utan risk att spänningen i någon del av bälgen kan nå utmattningsnivå. Tack vare de diminutiva nutationsrörelserna hos kuggskivan kan de hermetiskt täta förbanden eller fogarna vid bälgens mot hylsdelen 22 resp ringflänsen 31 anslutna ändar 13', 13" dessutom utföras på ett mycket till-förlitligt sätt och med avsevärd livslängd.

« Samtidigt som den uppfinningsenliga anordningen förmedelst bälgen 13 förmår av-täta de båda utrymmena 14 och 15 från varandra på ett mycket tillförlitligt sätt säkerställs även att stora vridmoment kan överföras från drivaxeln till ventil- spindeln. Därest skivan 21 skulle utsättas för ett stort tryck av en fluid i utrymmet 15 kan detta tryck upptas av hylsan 22 utan att bälgen 13 utsätts för axiell hoptryckning. Sålunda stöder hylsans 22 fria ände mot bottnen 33 i spåret 32, närmare bestämt utmed en anligg-ningslinje som vandrar runt den ring- formiga bottenytan i syn-kroni med hylsans nutationsrörelse.

Detta innebär att lagren 26, 26' och 29 enbart behöver uppta radiell belastning, men ej axiell belastning.

I fig 4 visas ett alternativt utförande vid vilket kopp- lingen 30 enligt fig 2 utelämnats och ersatts av en kulledskon- struktion bestående av en delsfärisk vulst 35 vars centrum är lokaliserat i konspetspunkten D. Vid sin fria ände uppvisar hylsan 22 en invändig, cylindrisk yta 36 som anligger med jäm- förelsevis fin passning mot den delsfäriska ytan på vulsten 35.

Denna kulled tillåter hylsan och tillhörande kuggskiva 21 att utföra den tidigare beskrivna nutationsrörelsen. Vridstyv för- bindning mellan den stationära delen 12 och kuggskivan 21 säkerställs i detta fall med hjälp av själva bälgen 13 vilken i sig själv tack vare rörformen uppvisar avsevärd torsionsstyvhet 10 15 20 30 35 505 916 8 och vilken vid motsatta ändar är orörligt förenad med ring- flänsen 31 resp hylsan 22.

Vid utförandet enligt fig 5 utgörs transmissionsdonet 2C i huvudsak enbart av en kuggskiva 21, dvs med undantag för en ringformig äs 37 saknas varje hylsa av det slag som visas i fig 2 och 4. Den diminutiva åsen 37 tjänar såsom fäste för bälgen 13. I detta fall upptas de axiella tryckkrafter som eventuellt verkar mot kuggskivan 21 av tvenne lager 38, 39 som har till uppgift att samtidigt lagra drivaxeln 5 relativt rördelen 25 och kuggskivan 21 relativt excentertappen 27.

Teoretiskt vore det tänkbart att i stället för en konisk innerkuggkrans med snedställd symmetriaxel använda en cylind- risk innerkuggkrans som är excentriskt rörligt relativt inaxeln i ett plan vinkelrätt mot denna. I dylika fall skulle emeller- tid bälgen under kuggskivans excentriska rörelser bibringas S- form, medan bälgen enligt uppfinningen uppvisar enkel bågform - då kuggskivan med den koniska kuggkransen utför sin nuterande rörelse. I praktiken innebär detta bl a att vid lika deforma- tionspåkänning på bälgen erhålls dubbel vridstyvhet genom att bälgen blir hälften så lång jämfört med det S-formiga utföran- det och den totala bygglängden därmed kortare.

Att bibehålla den konventionella radialtätningen 16 i anslutning till ventilspindeln 2, såsom visas i fig 1, har den fördelen att nägra hastiga tryckförändringar ej kan ske i ut- rymmet 15 mellan tätningen och bälgen. Om det i ett extremfall skulle inträffa att en spricka uppstår i t ex en svets i an- slutning till bälgen, säkerställer radialtätningen att stora mängder av ifrågakommande fluid ej kan strömma ut i ett force- rat flöde. Med andra ord säkerställer radialtätningen att mäng- den av eventuellt läckande fluida förbi en demolerad bälg blir liten per tidsenhet.

Såsom visas i fig 2 är det även tänkbart att komplettera anordningen med åtminstone en ytterligare tätning 40, t ex en O-ring. Trycket i utrymmet mellan bälgen och O-ringen kan de- tekteras på lämpligt sätt, t ex medelst en till en kanal 34 ansluten tryckgivare som varnar för att ett tryck är i färd att byggas upp, dvs att bälgen läcker.

I fig 1 visas vidare hurusom ett stödlager 41 kan vara anordnat på utsidan av kåpans 17 ringfläns 19. I praktiken kan 10 15 20 25 30 505' 916 9 detta lager bestå av ett nålrullager som rullar av direkt mot ringflänsens 19 utsida och mot ett band av härdat stål som ligger i ett svarvat spår i det omgivande husets 8 rörvägg 9.

Vid utförandet enligt fig 6 består avskiljarorganet 13 av en ringformig, membranliknande platta som vid sin yttre periferi är fäst mot den stationära delen 12 och med sin inre periferi mot en fläns 42 på hylsan 22. I området mellan sina yttre och inre kanter uppvisar ringplattan 13 vågformationer 43 som möjliggör transmissionsdonets nuterande rörelse.

TH rm . E. .

Uppfinningen är ej begränsad blott till de beskrivna och på ritningarna visade utförandena. Sålunda är det tänkbart att tillämpa den generella uppfinningstanken även för andra ändamål än just ventilreglering. Väsentligt för uppfinningen är sålunda endast att ett vridmoment skall överföras mellan två rotations- . element samtidigt som de utrymmen i vilka dessa rotationsele- ment befinner sig skall hermetiskt avtätas eller åtskiljas från varandra. I detta sammanhang skall även understrykas att kraft- överföringen kan ske i omvänd riktning, dvs den första axeln 5 kan utgöra en utaxel, medan den andra axeln 2 bildar en inaxel.

Vidare är det uppenbart att inaxeln kan drivas på annat sätt än medelst ett manuellt påverkbart drivdon, t ex en elektrisk eller annan motor. Ej heller är det nödvändigt att utnyttja just en bälg såsom barriär eller avskiljarorgan mellan de båda utrymmen som skall åtskiljas. Genom lämpligt materialval är det sålunda även tänkbart att använda ett enkelt rör eller till och med en enkel ringplatta av det slag som visas i fig 6. Det må även pátalas att de båda kuggkransarna 23, 24 med fördel kan vara utförda med skruvlinjeformig kontakt mellan kuggarna på det sätt som beskrivs i WO 95/07420. Ãvenledes kan inaxeln 5 på lämpligt sätt utformas med en motvikt för utbalansering av ex- centerkroppen 27 och en del av totala nuterande massan.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 505 9,16 10 Batentkray

1. Anordning för överföring av vridmoment mellan ett i ett första utrymme (14) befintligt första, drivande eller drivet rotationselement (5), som är roterbart rörligt relativt en första stationär del (12), och ett i ett andra utrymme (15) be- fintligt andra, drivet eller drivande rotationselement (2), som är roterbart rörligt relativt en andra stationär del (1), när- mare bestämt medelst ett mellan elementen (5, 2) verkande transmissionsdon (20), varvid sagda första och andra utrymmen (14, 15) skiljarorgan (13), k ä n n e t e c k n a d därav, att densamma är skilda från varandra via ett tättslutande av- innefattar två samverkande kuggkransar (23, 24) med olika stora delningsdiametrar av vilka en första, yttre krans (23) med den största diametern är förknippad med det andra rotationselemen- tet (2) och uppvisar ett visst antal inátriktade kuggar, och en . andra, inre krans (24) är anordnad pà transmissionsdonet (20) och uppvisar ett mindre antal utåtriktade kuggar av vilka blott ett fåtal, t ex en, står i ingrepp med den yttre kuggkransen (23) genom att den inre kuggkransen (24) är excentriskt rörlig relativt den yttre, närmare bestämt som en följd av att inner- kuggkransen (24) har en geometrisk symmetriaxel (A) vilken är snedställd relativt en för ytterkuggkransen (23) och sagda rotationselement (5, 2) gemensam symmetriaxel (B) och vilken genom avrullning av innerkuggkransen mot ytterkuggkransen underkastas en nuterande rörelse under vilken densamma rör sig såsom en generatris utmed en tänkt kons mantelyta kring en konspetspunkt (D) som år axiellt fjärmad från kuggkransarna, att det innerkuggkransen (24) bärande transmissionsdonet (20) är vridstyvt förbundet med den första stationära delen (12), och att avskiljarorganet (l3)är tättslutande anslutet till dels den första stationära delen (12), dels transmissionsdonet (20).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att det transmissionsdon (20) som bär innerkuggkransen (24) inne- fattar en skiva (21) och att det första rotationselementet utgörs av en axel (5) som i vilken finns en centrisk urtagning (28) vid en ände uppvisar en relativt axelns geometriska symmetri- W U 20 25 30 35 505 916 U axel (B) excentrisk kropp (27) som griper in i sagda urtagning (28).

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e't e c k n a d därav, att excenterkroppen utgörs av en tapp (27) vars geometriska cent- rumaxel är koaxiell med innerkuggkransens symmetriaxel (A).

4. Anordning enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att transmissionsdonet (20) förutom den innerkuggkransen (24)»uppvisande skivan (21) innefattar en hylsformig del (22) vilken vid en fri, från skivan fjärmad ände anligger mot den första stationära delen (12) i syfte att uppta mot skivan ver- kande axiella tryckkrafter och förhindra att dessa belastar av- skiljarorganet (13).

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att . hylsdelen (22) är vid sin från kuggkransskivan (21) fjärmade ände förbunden med den stationära delen (12) via en koppling (30), t ex en bágtand- eller kulkoppling, vilken är i huvudsak lokaliserad i samma tvårplan (C) som sagda konspetspunkt (D) och vilken säkerställer den vridstyva förbindningen mellan den första stationära delen (12) och innerkuggkransen (24) samtid- igt som den möjliggör transmissionsdonets (20) nuterande rörelse.

6. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d därav, att avskiljarorganet (13) utgörs av ett rör med uttalad axiell utsträckning.

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att rörets (13) vägg är bålgformig.

8. Anordning enligt krav 2 eller 3, k â n n e t e c k n a d därav, att såväl ett lager (38) för lagring av det första rotationselementet (5) relativt den första stationära delen som ett lager (39) för lagring av kuggkransskivan (21) relativt ex- centerkroppen (27) utgörs av rullningslager som förmår uppta icke blott radiella utan även axiella belastningar.