Spannungswellengetriebe

Die Erfindung bezieht sich auf ein zwischen An- und Abtrieb seite abdichtbares Spannungswellengetriebe, insbesondere für ein Stellantrieb für Armaturen mit einem Spannungswellenerzeuger, einem verformbaren Spannungsrad mit Stützkörpern und mindestens einem Ringrad.

Die DE-PS 29 44 123 zeigt ein Spannungswellengetriebe, bei dem die Antriebs- und die Abtriebswelle verschiedenen Druckräume zugeordnet sind, dessen als Topfbüchse ausgebildetes Spannungsra axial einseitig eingespannt und an seinem gegenüberliegenden End mit einem steifen Boden versehen ist. An diesem Boden angreifend vom Systemdruck herrührende Axialkräfte müssen über die Mantel¬ fläche des Spannungsrades abgeleitet werden, was zu deren Beulun und Knickung führen kann. Je nach der Höhe der eingeleiteten Kräfte ist ein sicherer Zahneingriff nicht mehr gewährleistet od die Büchse wird bleibend verformt und dadurch unbrauchbar. Ver¬ suche zeigten, daß die Topfbüchse keine längere Betriebsdauer er trägt. Die Lebensdauer eines derart ausgestalteten Spannungsrade ist niedrig. Zwar werden die seitlich an der Mantelfläche des Spannungsrades angreifenden Kräfte durch Stützkörper abgefangen, am Boden des Spannungsrades angreifende Druckkräfte können jedoc durch die starren Stützkδrper nicht abgeleitet werden. - Der Differenzdruck erfordert dabei im Bereich des Spannungsrades imme noch relativ dicke Wandstärken, was die Walkarbeit durch den Span nungswellenerzeuger zusätzlich erhöht. Zudem zerrt die Wechsel¬ spannung an einem relativ großen Dichtbund der Topfbüchse und be¬ einträchtigt dabei auch die Andichtung am Gehäuse.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spannungswel¬ lengetriebe mit hervorragender Abdichtbarkeit zu schaffen, das so aufgebaut ist, daß es höheren Drücken als das bekannte Getriebe nach dem Oberbegriff widerstehen kann und daß dabei eine höhere Lebensdauer als bisher erreicht wird.

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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des An¬ spruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

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Die Erfindung weist gegenüber dem Bekannten die Vorteile au daß schadlos wesentlich höhere Systemdrücke als bisher auf das Spannungswellengetriebe einwirken können und dennoch eine höhere Lebensdauer als bisher erreichbar ist. Hierdurc .ist das Getrieb vielseitiger als bisher einsetzbar und die Reparaturintervalle werden erheblich länger.

Die beiderseitige becherförmige, offene Ausgestaltung des erfindungsgemäß Spannungsrades und der damit am stirnseitigen and dicht verbundenen beiden Stützkörper, die in Randnähe dank weitgehender Entlastung vom Differenzdruckeinfluß relativ dünnwandig ausführbar sind, ermöglicht eine Beulspannungsmin derung bei viel gleichmäßigerer Spannungsverteilung im Spannungs rad und an den Stützkörpern, so daß die Wechselbruchgefahr erheb lich reduziert werden konnte und vergleichsweise höhere Druckbe¬ lastungen möglich werden.

Vorteilhaft ist auch, daß nun die Verbindung der Stützkörpe zum Gehäuse nicht mehr über einen Teil des Spannungsrades selbst vorgesehen ist, sondern über ein erheblich dünneres Rohr zwische Boden und Gehäusedeckel, welches dort mit kleinem, von den Wech¬ selbiegungen des Spannungsrades praktisch freigehaltenem Dicht¬ flansch viel zuverlässiger andichtbar ist.

Dadurch, daß die Böden der Stützkörper nun knapp vor dem Spannungswellenerzeuger zu liegen kommen und der übrige Bereich den hohen Druck beidseitig aufnimmt, ist deren vom Differenzdruc noch beaufschlagter Mantelbereich nun vergleichsweise viel klein bzw. kürzer und daher auch mechanisch weit leichter verformbar a mit der auf ganzer Länge dem Differenzdruck ausgesetzten Topf¬ büchse bisheriger Bauart.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist an den offenen Enden des Spannungsrades jeweils ein Membranring vorgesehen, übe den das Spannungsrad jeweils mit dem betreffenden Stützkörper ve bunden ist. Hierdurch erreicht man, daß auch die durch den Span-

nungswellenerzeuger in der zylindrischen Mantelfläche des Span¬ nungsrades mit der Frequenz der Antriebsdrehzahl noch hervorge¬ rufenen Axialverformungen ausgeglichen werden. Ferner werden dur die Axialflexibilität des Membranringes von der Mantelfläche auc Axialbewegungen der Stützkörper ferngehalten, die von Verformung derselben bei Einwirkung von Systemdruck oder vom Spielausgleich fertigungsbedingter Toleranzen stammen.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß sich d abtriebsseitige Stützkörper über ein Drucklager, den Spannungswe lenerzeuger, ein weiteres Drucklager und den antriebsseitigen Stützkörper abstützt. Durch den an beiden Stützkörpern wirkenden Systemdruck muß über die Drucklager und den Spannungswellenerzeu¬ ger nur ein Teil der axialen Kräfte abgeführt werden.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung stehen die Stützkörper mit dem Gehäuse nur über ein gemeinsames Rohr in Verbindung, das am Umfang Öffnungen aufweist, durch die eine Ge¬ triebeverbindung (z. B. Planetengetriebe, Hydromotor, Elektro¬ motor oder dergleichen) zum Spannungswellenerzeuger 12 vorgesehen ist.

Nach einer weiteren Ausbildung de_s Λusführungsbeispieles ist das Rohr im Bereich zwischen den beide. Stützkörpern als Planeten radträger ausgebildet, wobei der Antrieb des Spannungswellener¬ zeugers über ein Sonnenrad und Planete rüder erfolgt. Die Ausbil¬ dung des Rohres zur Verbindung und Lagorαng der beiden Stützkörpe gleichzeitig als Planetenradträger führt zu einer Vereinfachung dieses Ausführungsbeispieles bei unverändert vorteilhafter Abdich tungsweise.

Spannungswellengetriebe mit Planetenradsätzen zum Antrieb de Spannungswellenerzeugers wurden noch bekannt durch die GB-PS 12 64 590 und die DE-PS 11 82 011. - Beiden Antrieben fehle jedoch Merkmale zur drückdichten Trennung von An- und Abtriebs-

seite oder Hinweise auf eine hohen Dif erenzdrücken gewachsene Stützung des Spannungsrades, das hier auch nicht zu beiden Seite hin becherförmig ausgestaltet ist. -

Die Erfindung wird an zwei Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung, teilweise im

Schnitt, das erfindungsgemäße Spannungswellenge¬ triebe mit angesetztem Motor sowie einer Schieber armatur,

Fig. 2 einen Schnitt durch das ^" Getriebe entlang einer Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt der Schnittdarstellung nach Fig. 2 mit jeweils einem Teil des freien Endes des Spannungsrades, eines Stützkörpers und eines Meπbranringes,

Fig. 4 schematisch ein anderes Aus ührungsbeispiel mit einem Rohr zum Halten beider Stützkδrper.

Eine Armatur, z. B. ein Schieber 2 {Fig. 1) , ist mit einem Stellantrieb 1 versehen. Dieser ist in einem Gehäuse, bestehend aus Gehäuseteilen 3, 4, untergebracht und hat eine Antriebs¬ welle 5, mit der ein Handrad, ein -hebol oder die Abtriebswelle eines Motors 22 drehfest zur Betätigung des Stellantriebes 1 ver bunden sind.

Beim Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 5 einerseits in einem Gehäuseteil 3 (Fig. 2) gelagert und andererseits mittel Rollen 18 und 19, die jeweils ein Drucklager bilden. Zu dem Span nungswellengetriebe gehört ferner ein Spannungswellenerzeuger 12 der in an sich bekannter Weise ellipsenartig geformt und drehfes mit der Antriebswelle 5 verbunden ist. Ξr ist seinerseits von Ro len 17 (Fig. 1, 2) umgeben, die zu einsm Radiallager gehören.

sowie dem Deckel 8 und dem Ring 23 andererseits. Das Spannungs¬ rad 7 ist durch die großen Wege im Bereich der membranartigen Deckel 8, 9 gewissermaßen schwimmend von den Stützkδrpern 10, 11 gehalten.

In beiden Räumen 20, 21 herrscht Systemdruck. Hierdurch kön nen der Mantel 25 des StützkÖrpers 10 und der Mantel 26 des Stüt körpers 11 mit geringer Wandstärke ausgeführt sein, da sie nur a die Mantelfläche des Spannungsrades 7 unmittelbar einwirkende Kräfte abführen müssen.

Der eine am Gehäuse 3, 4 fest eingespannte Stützkörper 10 i auf der Antriebswelle 5 zentriert. Der andere Stützkörper 11 stützt sich über ein durch die Rollen 18 gebildetes Drucklager, den Spannungswellenerzeuger 12, ein weiteres, durch die Rollen 1 gebildetes Drucklager und den Rohrabschnitt 28 des einen Stützkö pers 10 am Gehäuse ab.

Ein anderes Ausführungsbeispiel (Fig. 4) sieht vor, daß sich beide Stützkörper 10, 11 über ein gemeinsames Rohr 40 am Gehäuse 4 abstützen. Das Rohr 40 ist im Bereich zwischen den beiden Stütz körpern 10, 11 als Planetenradträger für Planetenräder 43 ausge¬ bildet. Ein Sonnenrad 41 ist mit der Antriebswelle 5 fest verbun¬ den, die mit einer Symmetrieachse 45 fluchtet. In der Fig. 4 ist aus Gründen der Einfachheit der zeichnerischen Darstellung nur di eine Hälfte des Spannungswellengetriebes dargestellt, über ein Hohlrad 44, die Rollen 17 des Radiallagers und die Ringräder 15, 16 sowie die Hohlwelle 14 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel der Abtrieb.

Ein Stützkörper 10 ist einseitig, beim Ausführungsbeispiel zwischen den Gehäuseteilen 3 und 4, fest eingespannt. Er ist mit einem Rohrabschnitt 28, einem Boden 29 und einem tragenden Man¬ tel 25 als Hohlkörper ausgebildet, der einen Raum 20 teilweise u schließt. Der andere Stützkörper 11 weist einen Boden 30 sowie einen Mantel 26 auf. In seinem Boden 30 kann ein Wellenende 13 d Antriebswelle 5 drehbar gelagert sein.

Von den beiden Stützkörpern 10, 11 wird ein als beidseitig offener Hohlzylinder aufgebautes Spannungsrad 7 gehalten. Dieses ist an seinen offenen Enden jeweils mit einem der beiden Stützkö per 10 bzw. 11 druckdicht verbunden. Auf der Außenseite des Span nungsrades 7 befindet sich eine Verzahnung, die beim Ausführungs beispiel einmal mit der Innenverzahnung eines gehäusefest ange¬ brachten Ringrades 16 und zum anderen mit der Innenverzahnung eines drehbaren Ringrades 15 in Eingriff steht, über eine Hohl¬ welle 14 und eine mit ihr drehfest verbundene Abtriebswelle 6 er folgt der Abtrieb des Getriebes.

Das von den beiden Stützkörpern 10, 11 gehaltene Spannungs¬ rad 7 ist an seinen offenen Enden jeweils mit einem Membranring bzw. 9 verschweißt, der seinerseits im Bereich seiner Innenkante mit einem Ring 23 (Fig. 2} bzw. einem Ring 24 (Fig. 2,.3) ver¬ schweißt ist. Zwischen dem Deckel 8 und dem Ring 23 bzw. dem Deckel 9 und dem Ring 24 wird zweckmäßigerweise ein Spalt 27 (Fig. 3) eingehalten, der die Beweglichkeit des Spannungsrades 7 auf den Stützkörpern 10, 11 erhöht.

Wird nämlich in an sich bekannter Weise die Antriebswelle 5 in beliebiger Richtung gedreht, dann dreht sich der Spannungswel lenerzeuger mit und seine elliptische Außenkontur führt zu einer Deformierung der Wandung des Spannungsrades 7 im Bereich des dur die Rollen 17 markierten Radiallagers. Die Ausbeulung der Wandun des Spannungsrades 7 führt zu einer Be-.'^yung an den Enden des Spannungsrades und damit zu einer Veränderung der Breite des Spa tes 27 (Fig. 3) zwischen döiπ Deckel 9 u d dei Ring 24 einerseits