DE3910113A1 - Vorrichtung zum verhindern einer gegenseitigen axialbewegung von konzentrisch ineinander angeordneten teilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sperrmechanismus für konzentri­ sche Maschinenteile, der die gegenseitige Axialbewegung sol­ cher konzentrischen Teile verhindert.

Maschinenteile verwenden konzentrische Gewinde für verschie­ dene Zwecke. Gewöhnlich ist es erwünscht, die gegenseitige Stellung solcher Maschinenteile beizubehalten. Die Ver­ schraubung kann sich jedoch infolge von Vibrationen oder durch Drehmomente ändern, die von anderen Maschinenteilen ausgeübt werden. Es sind deshalb Sperrvorrichtungen not­ wendig, um eine von solchen Vibrationen verursachte Be­ wegung mechanisch zu verhindern. Derartige Sperrvorrich­ tungen sollten wirtschaftlich und leicht herzustellen und leicht zu demontieren sein.

Um konzentrische Teile zu sichern und ihre gegenseitige Bewegung zu verhindern, ist Sicherungsdraht weithin im Gebrauch. Konzentrische Teile müssen jedoch von Zeit zu Zeit auseinandergenommen werden können, wobei die Möglich­ keit bestehen muß, den Sicherungsdraht abzuklemmen und wieder in Stellung zu bringen. Ein Sicherungsdraht kann sich im Gebrauch auch verbiegen und verdrehen, was zu Schwierigkeiten beim Auseinanderbau führt.

Zum Abdichten von konzentrischen Teilen sind verformbare Ringe weithin im Gebrauch. Solche Ringe haben eine unter­ schiedliche Gestalt, um ihren Dichtungszweck zu erfüllen. Ein üblicher, deformierbarer Ring hat einen kreisförmigen Querschnitt und wird deshalb "O-Ring" genannt. O-Ringe werden zum Abdichten von konzentrischen Maschinenteilen verwendet (vgl. hierzu die US-Patente Nr. 45 93 713 von Menshen, Nr. 30 96 096 von Banks und Nr. 44 98 680 von Schobbe). Andere Ringe sehen im Querschnitt wie ein D aus und sind bekannt als "D-Ringe". Noch andere Ringe sind im Querschnitt zickzackförmig.

Die Ausgestaltung verformbarer Ringe variiert je nach dem Dichtungszweck. Bei einigen Dichtungsringen (US-Patent 36 06 358 von Tobler) sind konzentrische Teile mit ring­ förmigen Schultern versehen, um eine Ausnehmung zu schaf­ fen, in der ein verformbarer Ring sitzt. Andere Lösungen verwenden Beilagringe oder Packungsmaterial, um eine Aus­ nehmung zu bilden, in der der verformbare Ring sitzt (US-Patente 34 30 990 von Nelson, Nr. 34 36 085 von Polk und Nr. 33 71 936 von Beaudette). Bei wieder anderen Konstruktionen (US-Patent 35 31 132 von Lissau) ist eine ringförmige Nute in einem der konzentrischen Teile ange­ ordnet, um eine Ausnehmung zu schaffen, in welcher der verformbare Ring sitzt. Bei all diesen Konstruktionen bildet der verformbare Ring eine Abdichtung, welche das Eindringen von Flüssigkeiten oder Gasen in die Maschine verhindert.

Nirgendwo in dem oben erwähnten Stand der Technik werden verformbare Ringe zu einem anderen Zweck als für Dichtungs­ zwecke benutzt.

Verformbare Ringe erlangen gewöhnlich ihre ursprüngliche Gestalt zurück, wenn äußere Kräfte nicht mehreinwirken, im Gegensatz zu einem Sicherungsdraht, der sich vom Biegen und Drehen her verformt und bei der Wartung und beim Zer­ legen der Maschine häufig Probleme aufwirft.

Die Erfindung verwendet einen verformbaren Ring, der in einer Ausnehmung angeordnet ist, die von einander gegen­ überliegenden, ringförmigen Nuten in beiden konzentrischen Teilen gebildet wird, wobei der verformbare Ring die Stelle eines Sicherungsdrahtes und anderer Sperrmechanismen ein­ nimmt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bilden die Nuten in den beiden konzentrischen Teilen eine im Querschnitt tropfen- oder kugelförmige Ausnehmung.

Nach der Erfindung bilden einander gegenüberliegende ring­ förmige Nuten in beiden konzentrischen Teilen gemeinsam eine einzige Ausnehmung, in der ein verformbarer Ring sitzt. Die Nuten können hierbei Tropfenform, Kugelform oder andere Formen haben.

Infolge seiner die Grenzfläche zwischen den konzentrischen Teilen überdeckenden Anordnung blockiert der verformbare Ring auf mechanischem Wege eine gegenseitige Bewegung eines konzentrischen Teiles gegenüber dem anderen parallel zu der Grenzfläche in jeder Richtung. Wenn sich ein konzentrisches Teil gegenüber dem anderen konzentrischen Teil in Axial­ richtung bewegt, stößt die Oberfläche des verformbaren Ringes gegen die Seitenwände der ringförmigen Nuten in den konzentrischen Teilen und verhindert eine weitere Bewegung. Die Erfindung kann deshalb als Sperre funktio­ nieren, ohne daß hierbei die Probleme eines Sicherungs­ drahtes auftreten.

Die Gestalt der Ausnehmung, in welcher der verformbare Ring sitzt, kann nach den Herstellungsgegebenheiten variieren. Bei anderen Ausführungsformen empfiehlt die Erfindung kugel­ förmige oder tropfenförmige ringförmige Ausnehmungen.

In jedem Falle wirkt der verformbare Ring als mechanische Barriere und stößt gegen die Seiten der ringförmigen Nuten in den konzentrischen Teilen, wenn eine Kraft ausgeübt wird, welche ein Teil gegenüber dem anderen verschieben würde.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Erfindung in Verbindung mit einem verformbaren Gewindeabdichtring ver­ wendet. Bei dieser Ausführungsform wirkt ein verformbarer Ring als Abdichtung, um die gesamte Vorrichtung gegen das Eindringen von Flüssigkeiten oder Gasen abzudichten, wäh­ rend der andere Ring als Sperr-Ring zum Verhindern einer Bewegung dient.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sperrvorrichtung für konzentrische Maschinenteile zu schaf­ fen, die einfach herzustellen ist, zuverlässig wirkt und das Zerlegen und die Wartung von Maschinenteilen nicht behindert.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Sperrvorrichtung leicht in der Grenzfläche zwischen den einander zuge­ wandten Flächen konzentrischer Teile angebracht und auch zwischen solchen konzentrischen Flächen angeordnet werden kann, die mit Gewinde ineinandergreifen. Außerdem ist eine Kombination mit Dichtungen möglich, die zur Flüssigkeits- und Gasabdichtung dienen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung an Beispielen näher erläutert sind. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt von konzentrischen Teilen, der das Instellungbringen des verformbaren Ringes zeigt,

Fig. 2 eine Untersicht unter die konzentrischen Teile, welche die Stellung des verform­ baren Ringes gegenüber der Grenzfläche zwischen den konzentrischen Teilen dar­ stellt,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Erfin­ dung, in der die ringförmigen, in Fig. 1 dargestellten Formnuten wechselseitig vertauscht sind,

Fig. 4 einen Querschnitt der konzentrischen Teile, der eine andere Ausführungsform mit einer Nute für eine tropfenförmige Ausnehmung zeigt,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform, bei der die in Fig. 4 dargestellten Nutenformen vertauscht sind, und

Fig. 6 einen Querschnitt, welcher zeigt, wie die Erfindung mit einem ein Gewinde abdichtenden, verformbaren Ring benutzt wird, welcher die Sperrvorrichtung vor dem Eindringen von Flüssigkeiten oder Gasen schützt.

Fig. 1 zeigt zwei typische konzentrische Teile 4 und 6. Die innere Oberfläche des konzentrischen Teiles 6 liegt der äuße­ ren Oberfläche des konzentrischen Teiles 4 längs der Grenz­ fläche 14 gegenüber. Auf der inneren Oberfläche des konzentri­ schen Teiles 6 befindet sich eine ringförmige, hinterschnit­ tene Nute 10, die in ihrer Größe einem verformbaren Ring 2 angepaßt ist. Die Weite der Nute 10 sollte etwas größer sein als die Weite des verformbaren Ringes 2, so daß der Ring 2 Raum hat, in den er sich verformen kann, um den Zusammenbau der konzentrischen Teile zu ermöglichen. Der verformbare Ring 2 hat typischerweise einen kreisförmigen Querschnitt und wird gewöhnlich als O-Ring bezeichnet. Je nach der Form der ring­ förmigen Nuten können jedoch verschiedene Formen von verform­ baren Ringen verwendet werden.

In der äußeren Umfangsfläche des konzentrischen Teiles 4 be­ findet sich eine ringförmige Nute 8 von gekrümmtem oder aus­ gerundetem Querschnitt. Die ausgerundete Nute 8 hat einen Krümmungsradius, der gleich oder geringfügig größer ist als der Radius der gekrümmten Außenfläche des verformbaren Rin­ ges 2. Die Breite der gekrümmten Nute 8 in Axialrichtung der Grenzfläche 14 sollte jedoch nicht größer sein als die Breite der unterschnittenen Nute 10 im konzentrischen Teil 6, um optimale Verriegelungseigenschaften zu erzielen.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Nuten 8 und 10 einander gegenüber derart angeordnet, daß sie eine ringförmige Aus­ nehmung 12 bilden, in welcher der verformbare Ring 2 sitzt. Je nach der Wahl der jeweiligen Tiefe für die Nuten 8 und 10 befindet sich ein größerer oder kleinerer Teil des ver­ formbaren Ringes 2 in jedem der konzentrischen Teile. Der verformbare Ring 2 sollte jedoch den gesamten Raum zwischen den zwei ringförmigen Nuten quer durch die Grenzfläche über­ spannen.

Wenn keine Kraft auf die konzentrischen Teile einwirkt, die ihre Axialbewegung gegeneinander hervorruft, sitzt der ver­ formbare Ring 2 in der Ausnehmung 12, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn jedoch eine äußere Kraft die beiden konzentrischen Teile 4 und 6 veranlaßt, sich in entgegen­ gesetzten Richtungen zu bewegen, stoßen die Seitenwände der ringförmigen Nuten 8 und 10 gegen den verformbaren Ring 2, der dann als mechanische Sperre wirkt und eine weitere Verschiebung der konzentrischen Teile 4 und 6 re­ lativ zueinander verhindert.

Fig. 2 ist eine Untersicht auf die konzentrischen Teile 4 und 6, die erkennen läßt, wie der verformbare Ring 2 den Zwischenraum oder die Grenzfläche 14 zwischen den kon­ zentrischen Teilen 4 und 6 überspannt. Während bei der Darstellung in Fig. 2 der verformbare Ring 2 auf jeder Seite der Grenzfläche 14 annähernd die gleiche Dicke hat, bestimmt in der Praxis die jeweilige Tiefe der ringförmi­ gen Nuten, wie viel des verformbaren Ringes 2 sich auf jeder Seite der Grenzfläche 14 befindet. Da der verform­ bare Ring gleichzeitig in ringförmigen Nuten in beiden konzentrischen Teilen 4 und 6 sitzt und hierbei die Grenz­ fläche 14 überspannt, kann der verformbare Ring 2 auf mechanische Weise eine Bewegung der konzentrischen Teile 4 und 6 verhindern, wenn eine Kraft einwirkt, welche eine Axialbewegung der konzentrischen Teile gegeneinander her­ vorrufen würde.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Formen der ringförmigen Nuten in den konzentri­ schen Teilen 4 und 6 gegenüber denen in Fig. 1 zwischen den konzentrischen Teilen vertauscht sind. Bei dieser anderen Ausführungsform ist die ausgerundete Nute 8 des konzentri­ schen Teiles 4 der Fig. 1 bei der Ausführungsform nach Fig. 3 durch die unterschnittene, rechteckige Nute 16 er­ setzt. Die unterschnittene, rechteckige Nute 10 des kon­ zentrischen Teiles 6 der Fig. 1 ist in Fig. 3 durch die ausgerundete Nute 18 ersetzt. Auf diese Weise sind nur die Querschnittsformen der Nuten zwischen den konzentrischen Teilen miteinander vertauscht worden, während die Gesamt­ form der ringförmigen Ausnehmung 12 die gleiche geblieben ist. Der verformbare Ring 2 wirkt als mechanische Sperre gegen eine Axialbewegung der konzentrischen Teile 4 und 6 in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Je nach dem Anwendungsgebiet kann jedoch die Gesamtvor­ richtung leichter herzustellen sein, wenn die in Fig. 3 dargestellte andere Ausführungsform verwendet wird.

Fig. 4 ist ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform, bei der die von den in den konzentrischen Teilen 4 und 6 gebildete, ringförmige Ausnehmung 12 im wesentlichen die Form eines Tränentropfens hat, die von einer ausgerundeten und einer im wesentlichen konischen oder dreieckigen Nute gebildet wird. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, hat die Nute 20 in dem konzentrischen Teil 4 eine Breite, die mit ihrer Tiefe abnimmt. Der Winkel zwischen den Enden der Nute 20 ist an die Größe des verformbaren Ringes derart angepaßt, daß der verformbare Ring in der Ausnehmung 12 ruht, wenn keine Kraft wirksam ist, um die konzentrischen Teile 4 und 6 in Axialrichtung gegeneinander zu verschieben. Die Nute 22 im Teil 6 ist ausgerundet. Irgendeine der Nuten kann in ihrer Größe so ausgebildet sein, daß sie den Zusammenbau der konzentrischen Teile ermöglicht.

Wenn eine Kraft auf das konzentrische Teil 4 oder 6 aus­ geübt wird, welche eine Axialbewegung der konzentrischen Teile hervorrufen würde, stoßen die Seitenwände der ring­ förmigen Nuten 20 und 22 gegen den verformbaren Ring 2, der dann als mechanische Sperre wirkt, um eine weitere Verschiebung der konzentrischen Teile 4 und 6 gegenein­ ander zu verhindern.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Aus­ bildung der ringförmigen Nuten in ihrer Form in den kon­ zentrischen Teilen 4 und 6 miteinander vertauscht sind. Die konische Nute 24 befindet sich jetzt im Teil 6 und die ausgerundete Nute 26 im Teil 4. Diese Ausführungsform funktioniert ebenso wie die in Fig. 4 dargestellte Aus­ führungsform.

Fig. 6 zeigt, wie die Erfindung bei konzentrischen, mit­ einander verschraubten Teilen mit oder ohne einen verform­ baren Dichtungsring verwendet werden kann.

Fig. 6 ist ein Querschnitt, der das Gewinde 30 zwischen konzentrischen Teilen 4 und 6 und einen verformbaren Dich­ tungsring 32 am Ende des Schraubgewindes 30 zeigt. Vibra­ tionen der konzentrischen Teile 4 und 6 können diese ver­ anlassen, sich gegeneinander zu verdrehen und sich hierbei infolge der Schraubbewegung gegeneinander axial zu ver­ stellen. In einem anderen Fall würde ein auf das eine oder andere Teil ausgeübtes Drehmoment die Gewindegänge ver­ anlassen, die Teile axial gegeneinander zu verschieben. Wie dies bereits bei den zuvor beschriebenen Ausführungs­ formen gezeigt wurde, wird eine solche Relativverschiebung der konzentrischen Teile gegeneinander verhindert, da die Seiten der ringförmigen Nuten 26 und 24 gegen den verform­ baren Ring 2 stoßen, der hierdurch als mechanische Sperre gegen eine weitere Bewegung der konzentrischen Teile wirkt.

Der verformbare Ring 32 schafft eine Abdichtung zwischen den konzentrischen Teilen 4 und 6 und ist nicht Teil des Sperrmechanismus nach der Erfindung.

Obgleich in den Zeichnungen der verformbare Ring 2 im unte­ ren Teil der konzentrischen Teile 4 und 6 dargestellt ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die Sperre nach der Erfindung kann in jede andere senkrecht zur Längsachse der konzentrischen Teile 4 und 6 verlaufende Querschnitts­ ebene verlegt werden.

Es sind ferner verschiedene Änderungen und Abwandlungen der Erfindung möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlas­ sen. Solche Abwandlungen können beispielsweise weitere Kom­ binationen von Nutformen in den inneren und äußeren konzen­ trischen Teilen sein, wie beispielsweise die Kombination einer rechteckigen Nute mit einer konischen Nute. Alle diese Änderungen und Abwandlungen werden von der Lehre der Erfindung umschlossen.

Claims (13)

1. Sperrvorrichtung zwischen konzentrischen Teilen, welche eine Axialbewegung dieser Teile gegeneinander verhin­ dert, gekennzeichnet durch

• a) eine ringförmige Nute (16) von im wesent­ lichen rechteckigem Querschnitt in dem inneren konzentrischen Teil (4) an der Grenzfläche (14) zwischen dem inneren Teil (4) und dem äußeren Teil (6);
• b) eine ringförmige Nute (18) in dem äußeren konzentrischen Teil (6) an der Grenz­ fläche (14) zwischen dem äußeren Teil (6) und dem inneren Teil (4), die längs der Grenzfläche (14) eine Breite hat, die nicht wesentlich größer ist als die Breite der ringförmigen Nute in dem inneren konzentrischen Teil (4) längs der Grenzfläche (14), wobei die ring­ förmige Nute (18) gegenüber und in der Nähe von der ringförmigen Nute (16) in dem inneren konzentrischen Teil (4) der­ art angeordnet ist, daß die ringförmigen Nuten (16 und 18) eine ringförmige Aus­ nehmung (12) bilden;
• c) einen verformbaren Ring (2), der in der ringförmigen Ausnehmung (12) angeordnet ist.

2. Sperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Nute (24) in dem äußeren konzentrischen Teil (6) einen gekrümmten Querschnitt hat oder ausgerundet ist.

3. Sperrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die ringförmige Nute (24) in dem äußeren, konzentrischen Teil (6) eine Breite hat, die mit der Entfernung von der Grenzfläche (14) zwischen den konzentrischen Tei­ len (4 und 6) im wesentlichen linear abnimmt.

4. Sperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Teile (4 und 6) längs eines Teiles ihrer Grenzfläche (14) mit Gewinde versehen sind.

5. Sperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verformbare Ring (2) ein O-Ring ist.

6. Sperrvorrichtung zwischen konzentrischen Teilen, die eine axiale Relativbewegung der Teile gegeneinander verhindert, gekennzeichnet durch

• a) eine ringförmige Nute (10) in dem äußeren, konzentrischen Teil (6) von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt an der Grenzfläche (14) zwischen dem äußeren Teil (6) und dem inneren Teil (4);
• b) eine ringförmige Nute in dem inneren kon­ zentrischen Teil (4) an der Grenzfläche zwischen dem inneren Teil (4) und dem äußeren Teil (6), die längs der Grenz­ fläche (14) eine Breite hat, die nicht wesentlich größer ist als die Breite der ringförmigen Nute in dem äußeren kon­ zentrischen Teil (6) längs der Grenz­ fläche (14), wobei die ringförmige Nute (8) in dem inneren konzentrischen Teil (4) gegenüber und in der Nähe der ring­ förmigen Nute (10) in dem äußeren, kon­ zentrischen Teil (6) derart angeordnet ist, daß beide ringförmigen Nuten (8 und 10) eine ringförmige Ausnehmung (12) bilden;
• c) einen verformbaren Ring (2), der in der ringförmigen Ausnehmung (12) angeordnet ist.

7. Sperrvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Nute (8) im inneren konzentrischen Teil (4) im Querschnitt bogenförmig oder ausgerundet ist.

8. Sperrvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Nute (8) in dem inneren, konzentrischen Teil (4) eine Weite hat, die mit der Entfernung von der Grenzfläche (14) zwischen den konzentrischen Teilen (4 und 6) im wesentlichen linear abnimmt.

9. Sperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Teile (4 und 6) längs eines Teiles ihrer Grenzfläche (14) mit Gewinde versehen sind.

10. Sperrvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der verformbare Ring ein O-Ring ist.

11. Sperrvorrichtung zwischen konzentrischen Teilen, die eine Axialbewegung der Teile gegeneinander verhindert, gekennzeichnet durch :

• a) eine ringförmige Nute in dem inneren konzentrischen Teil (4) an der Grenz­ fläche (14) zwischen dem inneren Teil (4) und dem äußeren Teil (6);
• b) eine ringförmige Nute in dem äußeren konzentrischen Teil (6) an der Grenz­ fläche (14) zwischen dem äußeren Teil (6) und dem inneren Teil (4), wobei:
  • (i) die ringförmige Nute in dem inneren konzentrischen Teil (4) gegenüber und in der Nähe der ringförmigen Nute in dem äußeren konzentrischen Teil (6) derart angeordnet ist, daß die beiden Nuten eine ringförmige Ausnehmung (12) bilden, und
  • (ii) die von den ringförmigen Nuten ge­ bildete ringförmige Ausnehmung im Querschnitt im wesentlichen tropfen­ förmig ausgebildet ist;
• c) einen verformbaren Ring, der in der ring­ förmigen Ausnehmung (12) angeordnet ist.

12. Sperrvorrichtung nach Anspruch 11, in dem die konzentri­ schen Teile (4 und 6) längs eines Teiles ihrer Grenz­ fläche (14) mit Gewinde versehen sind.

13. Sperrvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der verformbare Ring ein O-Ring ist.