CN1626865A - 径向回转接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种径向回转接头，它具有至少一个转子(4)和至少一个静止件(1)，其中所述至少一个转子(4)具有至少两个密封面，且其中在静止件和转子之间设有两个带有总共至少两个密封面的滑动环(2，3)，其中滑动环(2，3)密封面(15，17)与转子密封面(16，18)共同作用，回转接头还具有至少一个在共同作用的密封面对(15，16；17，18)之间的径向输入通道。为了在结构上将径向回转接头设计成使其可简便地安装到加工中心中以及补充装备到现有的设备中，并不会由于狭小的可用空间而无法安装，根据本发明建议，转子(4)密封面的法线沿轴向指向相互远离的方向，滑动环(2，3)的密封面的法线沿轴向指向相向的方向。

Description

径向回转接头

技术领域

本发明涉及一种带至少一个转子至少一个静止件的径向回转组件以下称径向回转接头，其中所述至少一个转子具有至少两个轴向离开一定距离的密封面，且其中在静止件和转子之间设有两个带有总共至少两个密封面的滑动环，其中滑动环的密封面和转子密封面共同作用，所述回转接头还带有至少一个在成对共同作用的密封面之间的径向输入通道。

背景技术

由现有技术已知用来将流体从静止的机器部件输入转动的机器部件的回转接头。所有回转接头所要解决的技术问题是，在两个相对旋转的部件之间形成密封的过渡。

由现有技术已知的回转接头或者是其中流体沿旋转轴线或者平行于该轴线输入旋转的机器部件的轴向接头，或者是径向回转接头。作为本申请出发点的日本专利文献JP09196265A示出一种这样的径向回转接头，其中流体沿垂直于转动的机器部件的旋转轴线方向从静止的机器部件输入旋转的机器部件。其中在后面也称为转子的旋转件上设有两个环形凸台，它们具有其面法线指向旋转轴线方向的并环绕地包围转子的旋转轴线的轴向密封面。这里两个环形凸台的密封面相互面对。两个滑动环的密封面支承在转子的密封面上。滑动环固定在静止件上以防止跟随转子旋转，且其密封面借助于支承在静止件一个部分上的弹簧被压靠在转子的密封面上。流体的输入通过两个滑动环之间的通道沿垂直于转子的旋转轴线的方向进行。借助于转子和两个滑动环相互贴合的密封面并通过静止件和滑动环之间的密封件防止流体流出。

由JP09196265A已知的回转接头具有非常复杂和体积庞大的结构。携带滑动密封面的与一轴连接的部件由两个轴向离开一定距离的分别配设有一滑动环的转子环组成。转子环必须密封地固定在轴上。每个转子环配设一自己的滑动环，该滑动环虽然不跟随旋转，但是轴向浮动并弹性预紧地安装在轴上，以与可能的构件和安装误差无关地始终保证其滑动密封面密封地贴合。为了安装和支承滑动环静止件具有一径向向内伸出的设置在滑动环之间并通过弹簧将滑动环压紧在转子环上的凸台。这种结构在轴向和径向都需要较大的空间。

此外径向(还有轴向)回转接头还用于机床的内部冷却剂输入。然而这种回转接头的缺点是，其体积比较大，并在刀具主轴上需要相应的空间，这特别是对于本来就需要用于刀库和转塔头架的空间的现代加工中心是不利的。通过用带有相应冷却液输入装置的主轴替换不带该装置的主轴来补充装备冷却液输入装置通常也无法附加地提供回转接头需要的空间。

发明内容

与所述现有技术不同，本发明的目的是，在结构上这样来设计一径向回转接头，使它便于装入加工中心和补充装备在现有装置上，而不会由于小的现有空间而无法进行。

这个目的通过这样的方法实现，即提供一种带有至少一个转子和至少一个静止件的径向回转接头，其中所述至少一个转子具有至少两个密封面，且其中在静止件和转子之间设置两个带有总共至少两个密封面的滑动环，其中滑动环的密封面和转子的密封面共同作用，所述回转接头还带有至少一个在所述共同作用的密封面对之间的径向输入通道，其中转子的密封面的法线沿轴向指向相互远离的方向，其中滑动环的密封面的法线沿轴向指向相对的方向。

采用这种结构转子的滑动密封面可设置在同一个构件上，采用这种结构的一个特别的优点是，可以以一较小的轴向高度提供所述结构。

在本发明的一种特别优选的实施形式中，轴向高度即回转接头沿平行于转子的旋转轴线方向的尺寸小于40mm，尤其是小于20mm，特别优选地小于18mm。通过对各个构件的相应优化，在20mm至约100mm的相应轴的常用公称直径的情况下，根据按本发明的结构这可以毫无困难地实现。

这种小的轴向结构高度使得在轴的轴承之间的距离短时可以直接安装在机床中主轴轴承本身之间，因此不需要任何额外的空间。由于它设置在轴承之间，如果在这个部位所用的回转接头完全无泄漏以便不影响相邻的轴承则是有利的。

因此为了防止影响相邻的结构元件，回转接头位于滑动环密封件轴向外部的泄漏腔用环形地压靠在轴上的泄漏腔密封件密封是适宜的。

如果轴的直径与回转接头的轴向高度之比大于1，尤其是大于1.5，特别优选地大于2，通常是有利的。即使对于大的轴径这也保证回转接头较小的安装尺寸。

如果回转接头径向厚度和轴的直径之间最大的比例小于1/3，尤是是小于1/5，特别优选小于1/6，则是适宜的。这样即使在轴比较大时径向安装尺寸也保持在一定限度内。

此外如果转子做成一体的，也是适宜的。这在转子的制造和尤其是在装配时节省时间和成本。

优选采用本发明这样一实施形式，其中转子具有一环形凸台，其端侧或端侧的部分形成密封面。因为两个密封面是环形凸台的部分，需要比在为每个密封面分别采用一个支承件的情况小的空间。此外环形凸台在轴向可以设计得较薄，因为密封面位于相对的环形凸台的盖面上，从而作用在密封面上的力相互平衡。由此还节省轴向的结构高度。然而凸台的轴向高度必须足以在由凸台的端侧构成的滑动密封面之间可以加工一个径向的孔或通道，所述孔或通道也可以具有一非圆形的窄长横截面，例如长孔。

在本发明另一种的实施形式中转子设计成多件的，其中转子具有至少一个芯部和至少一个套装上的环。其中套上的环的端侧或端侧的部分形成密封面。这种结构是有利的，因为它允许方便地制造和装配转子。这里套上的环最好形成或具有环形凸台，轴向密封面设置在所述凸台上。

其中如果所述至少一个套上的环通过至少一个带动销与所述至少一个芯部连接，则是特别有利的。这样芯部的和套上的环的旋转运动相互联结。

本发明这样一种实施形式特别利，在这种实施形式中静止件具有一U形轮廓的横截面，并构成一环形环绕的保持件，其中U形轮廓的分支轴向从外部包围作用在滑动环和转子或转子的部分上。这样就形成一种特别紧凑的结构形式。

这里，如果静止件由一具有L形轮廓的横截面的环和一固定在其上将L形补充成U形的环组成，则是合适的。这样静止件直至环可以做成单件的。在安装其余部分后，固定该环，并将L形补充成一包围作用在滑动环和转子或转子的部分上的U形。所述环最好在其外侧上具有一螺纹部，借助于该螺纹部可将所述环拧入L形件内。作为另一种选择可用附加的螺钉将该环固定在L形件上。也可以设想一焊接、钎焊或粘接连接。

这里回转接头的(单件)转子和静止件最好都在轴向在回转接头的整个高度上延伸，其中转子沿径向设置在静止件内部，并且转子的环形凸台与静止件向内伸出的U形分支径向重叠，且滑动环设置在所述重叠部分之间，其中一个滑动环可以和静止件做成一体。

最好对滑动环密封面进行流体静力平衡/补偿。如果带相同尺寸的相对端侧的滑动环被一种用压力加载的流体环绕流动，那么从两侧作用在滑动环上的力一样大从而滑动环是不受力的。一滑动环的在一旋转部分相对的滑动面上滑动的密封面上的流体静压力随离填充有流体的腔室的距离的加大而减小，并在滑动环的另一端上为零。因此在滑动环的上下侧面积相等时滑动面一侧上的力小于相对侧上的力。如果不对这种力的不平衡进行补偿，那么除弹簧之外通过在压力作用下的流体滑动环被非常牢固地压靠在第二密封面上，在极端情况下可能干运转并咬死。通过将滑动环上下侧上被流体环绕流动的面的尺寸确定成使作用力相互平衡，这是可以避免的，尽管在滑动面上的压力沿径向下降。这里如果滑动环密封件几乎完全—即实际上在90％至100％之间，尤其是约95％—得到流体静力补偿，是有利的。

优选采用本发明这样一种实施形式用于确定流体的流通，在这种实施形式中滑动环由一种工业陶瓷或硬质合金制成。这种陶瓷或硬质合金是高强度的，并具有良好的滑动性能，同时又只产生小的磨损。作为另一种选择可以像由现有技术所知的那样由钢/青铜合金制成滑动环。

附图说明

本发明其它的特征，优点和应用可能性由以下结合附图对一种优选实施形式的说明中得到：

图1表示本发明的一种优选实施形式。

图2表示图1中本发明实施形式断开的放大图。

图3表示本发明的第二实施形式。

图4表示本发明的一种可选的实施形式。

具体实施方式

在图1和2中所示的根据本发明的回转接头的实施形式由四个主要功能元件，即静止件1、滑动环2、3以及转子或旋转部分4组成。回转接头的静止件1设计成使其形成一至少部分地包围作用在其它元件上并将其保持在一起的环形保持件。为了能够安装两个滑动环2、3和转子4并在两侧支承它们，静止件1的上端侧设有一可拧入的环5。为了使流体不会通过环5的螺纹部向外流出，所述螺纹部在其下端用一环绕的O形环6密封。转子4在所示实施形式中设计成单件的，并具有一基本上中空圆柱形的形状，其中在圆柱体外侧上高度的一半处对称地设置一环形凸台7。中空圆柱形的转子4可以套在一中空轴上，其中两个径向的环形O形密封环8、9相对于轴密封转子。如果转子除了坐靠在O形环8、9上以外还应该固定在轴上，那么转子可以通过粘接或螺纹固定。静止件1和转子4具有大致相同的轴向高度或者说长度，并设置在同一径向平面内。由此它们也限定了回转接头的轴向总高度。

为了使流体能够流入轴内，在所示实施例中的转子设有两个相对设置的流通通道10，11，所述通道相对于环形凸台7的中部对称地设置。当然也可以设置仅一个通道或多个在周向上分布的通道，因为空腔14作为一连通的体积环形地包围凸台7。

为了防止流体从转子4和轴之间流出，O形密封环8、9沿轴向设置在流通通道10、11的两侧。转子4的中空圆柱体的尺寸基本上选择成使其外径小于静止件1的内径。只是环形凸台7以其外径伸入由静止件1形成的环形保持件(Klammer)中。

和转子4一样静止件1也具有使静止件1的外侧与由静止件1形成的保持件的内腔14连通的流通通道12、13。流体从保持件的内腔14经过转子4的流通通道10、11流入轴内，或者按相反的方向流动。为了实现静止件1的内腔14和流通通道10、11、12、13相对于回转接头外部区域的密封，在流通通道10、11、12、13上方和下方分别设置一滑动环密封件。滑动环密封件主要分别由两个相互贴合地相对运动或滑动的滑动面15、16和17、18组成。如果首先仅观察上部的滑动环密封件，则可以看到，在静止件1和转子4之间设有一以小的间隙坐靠在静止件1和旋转件4之间的L形滑动环2。L形滑动环2的一个分支垂直于旋转轴线径向向外延伸。滑动环2在其垂直于旋转轴的分支的底侧具有一环形环绕的凸台30，该凸台平的下部面15形成滑动环密封件的第一密封面。滑动环2的密封面15在一由转子4的环形凸台7的顶面形成的第二滑动面16上滑动。在流通通道10、11、12、13下方的第二滑动环密封件具有和第一滑动环密封件相同的特征，但是该第二密封件相对于流通通道10、11、12、13的轴线镜像对称。为了使相互滑动的密封面15，16和17，18能够起密封作用，滑动环2、3由分布在密封件周向上的支承在静止件1上的弹簧19、20压靠在转子4的环形凸台7的密封面16、18上。L形滑动环2、3的第二侧借助于环形密封环21、22相对于静止件密封。其中密封环21，22设置在L形滑动环2、3平行于旋转轴线的分支上。密封环21、22具有一基本上U形的横截面，从而滑动环2、3可以沿密封环21、22轻便地移动。为了防止滑动环2、3跟随转子4旋转，在静止件1上设置销23、24，所述销从静止件1的上或下分支伸入内腔14，并穿过滑动环2、3，从而所述滑动环不可再相对于静止件1旋转。

在所示实施形式中滑动环2、3由一种工业陶瓷制成。这种陶瓷在高强度和耐磨损的同时具有良好的滑动性能。

滑动环2、3的L形造型和其垂直于旋转轴的分支在上侧27和下侧28上都被流体环绕流动的事实使得可对滑动环2、3进行流体静力补偿。流体静力补偿的功能可以特别简单地借助于图2理解。L形的滑动环3垂直于旋转轴线的分支位于径向外部的端部25离静止件1具有足够的距离，从而形成一通道26，流体可以通过此通道从环形腔24流到垂直于旋转轴线的分支的上侧27上。这里压强是恒定的，且在滑动环3的每一侧都一样大。除弹簧20的力外，作用在垂直于旋转轴线的分支上侧27的面32上的力等于压强(力)和上部面32面积的乘积。在垂直于旋转轴线的分支的下侧28上同样作用一流体静力。下侧28的面由两部分组成：分支在径向位于外部的端部25和环形凸台30起始处之间的面和环形凸台30的密封面15。作用在面29上的力也等于流体的压强(力)和面29的面积的乘积。相反，为了计算作用在密封面15上的力必须考虑到，即压强沿密封面15随着离空腔24距离的加大而减小。因此作用在面上的力计算成压强在面上的积分。因为密封面15与转子的密封面16共同作用防止流体在位于环形凸台30后面的区域31内流出，在那里没有流体静力作用在分支上。作用在分支下侧28上的总的力等于两个量之和。如果表面29和密封面15之和等于分支的上部面27，因此由于沿密封面15的压力下降一个力有效地从上方作用在分支上。现在这样选择密封面的位置，使得从下方和从上方作用在臂上的力正好抵消。这种状态称为流体静力补偿/平衡。在所示实施形式中对第二滑动环3也进行流体静力补偿。

在补偿状态下密封环2、3仅仅由弹簧19、20压紧在转子密封面16、18上，从而防止滑动环密封件的干运转。

图3表示本发明的另一种实施形式，其中附加地以环形的泄漏腔密封件35’、36’相对于回转接头的外部环境37’密封在滑动环密封件15’、16’和17’、18’之外的泄漏腔31’、33’、34’。因此不可避免地通过滑动环密封件15’、16’和17’、18’流出的流体不会到达回转接头之外的区域37’内。

图4表示在图1和2中所示的回转接头的实施形式的另一种可选的实施形式，其中转子4”做成二件式的。所述转子由一中空圆柱形芯部38”和一套在芯部38”一半高度上的环39”组成，这样转子4”的两个部分38”和39”一起具有和图1和2中的单件转子4大致相同的形状。套上的环39”相对于芯部38”具有一间隙，两个元件38”、39”之间的过渡部借助两个O形环40”和41”相对于外界密封。套上的环39”具有用于流体的流通孔，所述流通孔和芯片38”的孔对齐，以使流体可流入轴内。为了使套上的环39”可以和轴及转子4”的芯部38”一起旋转，所述环借助于两个设置在回转接头相对侧上的带动销42”与芯部38”连接。和单件转子4的环形凸台7的情况一样，套上的环39”的端面也形成转子4”的密封面16”、18”。

                 附图标记表

1     静止件            2    滑动环

3     滑动环            4    转子

5     环                6    O形环

7     环形凸台          8    O形环密封件

9     O形环密封件       10   流通通道

11    流通通道          12   流通通道

13    流通通道          14   内腔

15    滑动面            16   滑动面

17    滑动面            18   滑动面

19    弹簧              20   弹簧

21    密封环            22   密封环

23    销                24   销

25    位于外部的末端    26   通道

27      上侧                      28    下侧

29      面                        30    环形凸台

31      环形凸台后的区域          32    上侧27的面

33      滑动环密封件之外的区域    34    滑动环密封件之外的区域

35’           摩擦密封件                36’       摩擦密封件

37’           回转接头的外围区域        38”       两件式转子的芯部

39”           套上的环                  40”       O形环密封件

41”           O形环密封件               42”       带动销

Claims (15)

1.径向回转接头，具有至少一个转子(4)和至少一个静止件(1)，其中所述至少一个转子(4)具有至少两个密封面，且其中在静止件和转子之间设有两个带有总共至少两个密封面的滑动环(2，3)，其中滑动环(2，3)的密封面(15，17)与转子的密封面(16，18)共同作用，所述回转接头还具有至少一个在该共同作用的密封面对(15，16；17，18)之间的径向输入通道，其特征为：转子(4)密封面的法线沿轴向指向相互远离的方向，滑动环(2，3)的密封面的法线沿轴向指向相向的方向。

2.按权利要求1所述的径向回转接头，其特征为：所述转子(4)做成单件的。

3.按权利要求1或2所述的径向回转接头，其特征为：所述转子(4)具有一环形凸台(7)，该凸台的端侧或端侧的部分形成或带有密封面。

4.按权利要求1至3之任一项所述的径向回转接头，其特征为：静止件(1)具有U形轮廓的横截面并形成一环形环绕的保持件，其中U形轮廓的分支在外部轴向包围作用在滑动环(2，3)和转子(4)或转子的部分上。

5.按权利要求1至4之任一项所述的径向回转接头，其特征为：静止件(1)由一具有L形轮廓的横截面的环和一固定在它上面的将L形轮廓补充成一U形轮廓的环(5)组成。

6.按权利要求1至5之任一项所述的径向回转接头，其特征为：滑动环(2，3)设置在U形静止件(1)的臂和转子(4)的环形凸台(7)之间。

7.按权利要求1至6之任一项所述的径向回转接头，其特征为：对滑动环密封件进行流体静力补偿。

8.按权利要求7所述的径向回转接头，其特征为：对滑动环密封件进行90％至100％之间，尤其是约95％的流体静力补偿。

9.按权利要求1至8之任一项所述的径向回转接头，其特征为：所述回转接头具有小于40mm，尤其是小于20mm，特别优选为18mm的轴向高度。

10.按权利要求1至9之任一项所述的径向回转接头，其特征为：公称直径即轴的直径与回转接头轴向高度之比大于1，尤其是大于1.5，特别优选大于2。

11.按权利要求1至10之任一项所述的径向回转接头，其特征为：回转接头的径向厚度与其公称直径之间的最大比值小于1/3，尤其是小于1/4，特别优选地小于1/6。

12.按权利要求1至11之任一项所述的径向回转接头，其特征为：滑动环(2，3)由一种工业陶瓷或硬质合金制成。

13.按权利要求1至12之任一项所述的径向回转接头，其特征为：用环形的泄漏腔密封件(35’，36’)相对于外围区域(37’)密封回转接头位于滑动环密封件(15’，16’和17’，18’)之外的泄漏腔(31’，33’，34’)。

14.按权利要求1至13之任一项所述的径向回转接头，其特征为：转子(4”)做成多件式的，并具有至少一个芯部(38”)和至少一个套上的环(39”)，其中套上的环(39”)的端侧或端侧的部分形成或带有密封面。

15.按权利要求1至14之任一项所述的径向回转接头，其特征为：所述至少一个套上的环(39”)用至少一个带动销(42”)与所述至少一个芯部(38”)连接。

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