DE10135533A1

DE10135533A1 - Drehgelenk für Hochdruckvorrichtungen für die Verbindung eines nicht drehenden Teiles mit einem drehenden Teil

Info

Publication number: DE10135533A1
Application number: DE10135533A
Authority: DE
Inventors: Karl Rieben
Original assignee: MOSMATIC AG NECKER
Current assignee: MOSMATIC AG NECKER
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2021-07-21
Also published as: US6698669B2; US20030071141A1; DE10135533B4

Abstract

Zusammenfassend wird nochmals dargelegt, dass die vorliegende Erfindung ein Drehgelenk für Hochdruckeinrichtungen beschreibt, für die Verbindung eines nicht drehenden mit einem drehenden Teil. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem drehenden Innenteil und der feststehenden Hülse des Drehgelenks zwei abdichtend, gegeneinanderwirkende Dichtungsbuchsen angeordnet sind. Die beiden Dichtungsbuchsen bilden zwischen sich eine Berührungsfläche aus, die die Dichtfunktion des Drehgelenkes im Übergang zwischen nicht drehendem und drehendem Teil des Gelenkes realisiert.

Description

Ein Drehgelenk der eingangs genannten Art ist aus dem eigenen Gebrauchsmuster G 94 14 482 bekannt geworden. Anwendungsgebiet derartiger Drehgelenke ist insbesondere die Verwendung derartiger Drehgelenke in Verbindung mit Hochdruckreinigungsgeräten. Es soll ein drehbarer Teil, z. B. ein drehbarer mit Hochdruck versorgter Sprüharm, an einem feststehenden Teil montiert werden. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Das Drehgelenk der eingangs genannten Art kann für sämtliche Drehaufgaben in Verbindung mit einem Hochdruckmedium verwendet werden.

Wegen der allgemeinen Funktion eines derartigen Drehgelenks mit Dichtungsanordnung wird auf die eigene Beschreibung in dem DE-GM 94 14 482 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollinhaltlich von der Offenbarung der vorliegenden Erfindung umfasst sein soll.

Bei der bekannten Dichtungsanordnung des Drehgelenks bestand allerdings der Nachteil, dass der Einsatzzweck begrenzt war und keine hohen Standzeiten erreicht werden konnten, denn die Dichtungsanordnung bestand im wesentlichen aus Kunststoffdichtungen, die in bestimmter Anordnung mit O-Ringen kombiniert waren.

Daher ist die Drehzahl des bekannten Drehgelenks begrenzt, ebenso wie die Temperatur des durchzuführenden Mediums.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Drehgelenk der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass es bei wesentlich höherer Standzeit eine höhere Drehzahl bei höheren Temperaturen zulässt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem drehenden und dem feststehenden Teil des Drehgelenks zwei abdichtend, gegeneinanderwirkende Dichtungsbuchsen angeordnet sind. Dabei ist die jeweilige Dichtungsbuchse drehfest dem entsprechenden Teil zugeordnet, so dass die beiden Dichtungsbuchsen dichtend aneinander liegen und abdichtend eine Berührungsfläche bilden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Berührungsfläche zwischen den beiden sich berührenden Dichtungsbuchsen als plane Fläche ausgebildet. Es handelt sich also um eine Reibfläche, die zwischen den beiden Dichtungsbuchsen angeordnet ist.

Wichtig ist, dass diese Berührungsfläche senkrecht zur Flussrichtung des Hochdruckmediums ist und sich in radialer Richtung erstreckt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Dichtungsbuchsen jeweils aus einem Keramikmaterial bestehen. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Statt der Wahl eines Keramikmaterials können auch andere Materialien für die Dichtungsbuchsen verwendet werden, wie z. B. ein Sintermetall, ein Metall-Kunststoffverbundmaterial, ein Hartmetall oder Keramik- Verbundwerkstoffe.

Es wird also bei der Erfindung die vorher bekannte Dichtung ersetzt durch zwei im Berührungsbereich aneinander anliegende und im übrigen spiegelsymmetrisch ausgebildete Dichtungsbuchsen, wobei es bevorzugt wird, dass die beiden Dichtungsbuchsen in ihrer Berührungsfläche gegenseitig federvorgespannt sind. Die Federvorspannung wird hierbei bevorzugt durch zwei an beiden Seiten der jeweiligen Dichtungsbuchsen angeordnete Wellfederscheiben erreicht, welche die beiden Dichtungsbuchsen unter Federvorspannung in den Berührungsflächen anliegen lassen.

Die beiden Dichtungsbuchsen sind hierbei jeweils in dem feststehenden und in dem rotierenden Teil über entsprechende O-Ringe gegenüber dem jeweiligen Teil abgedichtet.

Im übrigen spielt die Lageranordnung zwischen dem drehenden und dem feststehenden Teil keine wesentliche Rolle für den Erfindungserfolg. Es können deshalb beliebige Lageranordnungen verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass zwischen zwei voneinander beabstandet angeordneten Rillenkugellagern mindestens ein Axialkugellager angeordnet ist, welches mit axialen Rillenscheiben versehen ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es im übrigen vorgesehen, dass die Berührungsfläche zwischen den sich berührenden und dichtend aneinander anliegenden Dichtungsbuchsen flüssigkeitsleitend mit einer Entlastungsbohrung verbunden ist, die wiederum ggf. in einen Entlastungskanal führen kann.

Sollte es also zu einem Versagen der Dichtfläche zwischen den aneinander reibend anliegenden Dichtungsbuchsen kommen, dann wird evtl. entstehendes Medium nach aussen über die Entlastungsbohrung abgeleitet und gelangt nicht in den Innenraum der Lageranordnung und beschädigt nicht die Lager.

Ein solcher Verschleiss kann erst nach einer sehr langen Laufzeit entstehen, und durch Austreten von Medium aus der Entlastungsbohrung erkennt man dann, dass die Dichtungsbuchsen verschlissen sind, und diese können dann rechtzeitig ausgetauscht werden.

Es wird also mit der vorliegenden Erfindung, welche zwei unter Federvorspannung reibend aneinander anliegende Dichtungsbuchsen vorsieht, ein besonders leicht drehbares Drehgelenk vorgeschlagen, dass gegenüber dem Stand der Technik wesentlich höhere Standzeiten, bei höherer Drehzahl und bei höheren Temperaturen des durchzuführenden Mediums aufweist.

Insbesondere können statt des Wassers als Hochdruckmedium auch andere Medien hindurchgeführt werden.

Als Ausführungsbeispiel kann beispielsweise angegeben werden, dass ein solches Drehgelenk einen Druck bis 300 bar bei Temperaturen im Bereich zwischen 5 bis 200°C aushält und Drehzahlen im Bereich von 2000 Umdrehungen pro Minute standhält. Das Medium kann einen Säuregrad im Bereich von pH 3 bis 12 haben.

Es handelt sich hier bei den angegebenen Werten lediglich um Mindestanforderungen, die nach der Erfindung wesentlich überschritten werden können.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.

Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 Schnitt durch ein Drehgelenk nach der Erfindung in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 Teilschnitt durch eine Dichtungsbuchse,
Fig. 3 Stirnansicht der Dichtungsbuchse nach Fig. 2,
Fig. 4 Schnitt durch ein weiteres Drehgelenk nach der Erfindung.
Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 4 ist ein drehendes Innenteil 1 vorgesehen, welches ein äusseres Gewinde 2 aufweist, auf welches eine Anschlussverschraubung aufgesetzt werden kann.
Das Innenteil 1 bildet eine Zentralbohrung 4 aus, durch welche das Hochdruckmedium in Pfeilrichtung 3 strömt.
Das Innenteil 1 ist drehbar in einer Hülse 12 gelagert, die wiederum über ein Gewinde 20, welches eine Klebeverbindung 21 aufweist, mit einer feststehenden Verschluss-Schraube 18 verbunden ist.
Die Dichtung der Lagerung zwischen dem drehenden Innenteil 1 und der feststehenden Hülse 12 erfolgt hierbei über eine Lippendichtung 5, die vor der eigentlichen Lageranordnung angeordnet ist. Die Pfeilrichtung 36 zeigt die Drehbewegung an, die das Innenteil 1 gegenüber der Hülse 12 ausüben kann, wenn dieses entsprechend angetrieben wird.
Die Lageranordnung selbst besteht aus zwei voneinander beabstandet angeordneten Rillenkugellagern 6, 9, zwischen denen ein Axialkugellager 8 angeordnet ist.
Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere Axialkugellager 8 vorzusehen oder die Lageranordnung in anderer Weise beliebig abzuändern.
Das Axialkugellager 8 weist seitliche Axialrillenscheiben 7 auf, die Teil des Axialkugellagers 8 sind.
Die Axialrillenscheiben 7 sind über eine Distanzscheibe 10 von dem Rillenkugellager 9 getrennt.
Zwischen dem Rillenkugellager 6 und dem Axialkugellager 8 ist eine Distanzbuchse 11 eingebaut.
Die Hülse 12 ist stirnseitig über einen O-Ring 13 auf dem Aussenumfang des Innenteils 1 abgedichtet.
Wichtig ist nun, dass die Abdichtung zwischen dem drehenden Innenteil 1 und der feststehenden Verschluss-Schraube 18 durch zwei genau spiegelbildlich zueinander angeordnete Dichtungsbuchsen 17, 27 erfolgt, die zwischen sich eine Berührungsfläche 22 ausbilden, in der die Dichtfunktion stattfindet.
Der Aufbau jeder Dichtungsbuchse 17, 27 ist anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.
Die Dichtungsbuchse weist zunächst jeweils stirnseitig eine Einsenkung auf, die als Druckentlastungsfläche 24 wirkt.
Radial an diese Druckentlastungsfläche 24 schliesst sich stirnseitig die Berührungsfläche 22 an, die über einen Absatz 28 in einen radial aussen liegenden Flansch 26 übergeht.
Am Aussenumfang des Flansches 26 sind hierbei bevorzugt einander gegenüberliegend und radial auswärts gerichtete Mitnehmer 32 angeordnet, die in zugeordnete, in Fig. 1 nicht näher dargestellte, Ausnehmungen im Bereich der Verschluss-Schraube 18 eingreifen. Auf diese Weise ist die Dichtungsbuchse 17 drehfest mit der Verschluss-Schraube 18 gekoppelt. Die Mitnehmer 32 lassen jedoch ein axiales Verschiebungsspiel der gesamten Dichtungsbuchse 17 zu, weil diese Dichtungsbuchse über eine Wellfederscheibe 15 in axialer Richtung federvorgespannt gegenüber der anderen Dichtungsbuchse 27 ist.
Die Dichtungsbuchse weisen im übrigen ja eine Innenbohrung 23 auf, so dass die beiden Innenbohrungen der Dichtungsbuchsen 17, 27 genau fluchtend zueinander liegen.
Von dem Flansch 26 erstreckt sich axial anschließend mit vermindertem Durchmesser ein Hülsenansatz 29, dessen Aussenumfang die Dichtfläche 33 für zwei voneinander beabstandet angeordnete O-Ringe 14 bildet.
In der gleichen Weise wird auch die andere Dichtungsbuchse 27 mit einer Wellfederscheibe 16 gegen die gegenüber liegende Dichtungsbuchse 17 federvorgespannt.
Es liegt auf der Hand, dass jeweils auch nur eine Wellfederscheibe 15 oder 16 vorhanden sein kann, weil es nur auf die Federlast im Bereich der Berührungsfläche 22 ankommt.
Auch diese Dichtungsbuchse 27 ist in axialer Richtung federvorbelastet durch die Wellfederscheibe 16, wird aber drehgekoppelt und ist drehfest mit dem Innenteil 1 verbunden.
Auf diese Weise reibt die umlaufende Dichtungsbuchse 27 an der feststehenden Dichtungsbuchse 17, wobei die Dichtfläche die Berührungsfläche 22 ist.
Die Wellfederscheiben 15, 16 liegen im Bereich der Anlageflächen 30 am Flansch 26 an.
Die jeweiligen Stirnseiten der Hülsenansätze 29 bilden Druckflächen 31. Hier wirkt nämlich das jeweilige Hochdruckmedium entweder in Pfeilrichtung 37 oder 38, so dass das Hochdruckmedium - obwohl es in Pfeilrichtung 3 fliesst - die beiden Dichtungsbuchsen 17, 27 noch zusätzlich gegeneinander presst und damit den Dichtungssitz im Bereich der Berührungsfläche 22 noch verbessert.
Es wird also die Federwirkung der Wellfederscheiben 15, 16 noch durch Anordnung der beiden Druckflächen 31 verbessert, die im Strömungsbereich des Hochdruckmediums liegen.
Die beiden Dichtungsbuchsen 17, 27 sind also schwimmend in einer zentralen Aufnahmebohrung zwischen der feststehenden Verschluss-Schraube 18 und dem umlaufenden Innenteil 1 gelagert. Es handelt sich also um eine axiale Verschiebbarkeit, und die beiden Dichtungsbuchsen können sich auch in gewisser Weise radial ausdehnen, weil sie auch radiales Spiel im Bereich der Innenbohrung aufweisen.
Flüssigkeitsleitend mit der Berührungsfläche 22 verbunden und in die gemeinsame Ausnehmung hinein ragend ist eine Entlastungsbohrung 34 in der feststehenden Hülse 12 angeordnet. Kommt es nach einer längeren Laufzeit zu einem Verschleiss im Bereich der Berührungsfläche 22, dann tropft Hochdruckmedium aus der Entlastungsbohrung 34 heraus. Dies ist ein Zeichen, die beiden Dichtungsbuchsen 17, 27 auszutauschen.
In Fig. 4 ist als weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, dass die Entlastungsbohrung 34 auch in einen axialen Entlastungskanal 35 führen kann.
Ebenso ist dargestellt, dass statt der axialen Aufnahmebohrung 19 eine im Winkel von 90° hierzu angesetzte Aufnahmebohrung 19' vorgesehen werden kann. Es kommt also nicht darauf an, dass die Führung des HD-Mediums geradlinig verläuft, sondern lediglich auf den Durchfluß, also auf den Druckunterschied gegenüber dem Außen vorherrschenden Normaldruck.
Ebenso kann die Hülse 12 eine stirnseitige Gewindeaufnahme zeigen, mit der die Hülse an einem feststehenden Teil angeschraubt werden kann.
Das Drehgelenk nach Fig. 4 ist für Flächenreiniger geeignet, nachdem das Hochdruckmedium im Winkel in das Drehgelenk einströmt, während das Drehgelenk nach Fig. 1 für beliebige Durchführungsaufgaben dient, bei denen es gilt, ein Hochdruckmedium in eine Drehverbindung einzuführen.
Im übrigen kann es auch noch vorgesehen sein, dass statt der Anschraubverbindung bei der Hülse 12 in Fig. 4 die Hülse mit einem entsprechenden Aussengewinde versehen ist, mit dem diese unter Zuhilfenahme entsprechender Muttern an eine Gehäusefläche angeschraubt werden kann.
Zusammenfassend wird nochmals dargelegt, dass die vorliegende Erfindung ein Drehgelenk für Hochdruckvorrichtungen beschreibt, für die Verbindung eines nicht drehenden mit einem drehenden Teil. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem drehenden Innenteil 1 und der feststehenden Hülse 12 des Drehgelenks zwei abdichtend, gegeneinanderwirkende Dichtungsbuchsen 17, 27 angeordnet sind. Die beiden Dichtungsbuchsen 17, 27 bilden zwischen sich eine Berührungsfläche 22 aus, die die Dichtfunktion des Drehgelenkes im Übergang zwischen nicht drehendem und drehendem Teil des Gelenkes realisiert.
Das Drehgelenk ist so ausgebildet, dass die Dichtungsbuchsen 17, 27 axial gegeneinander mit Druck beaufschlagt werden. Der Druck wird entweder von einem Federring oder einem entsprechenden anderen Mittel ausgeübt. Zusätzlich kann vom Hochdruckmedium aus Druck beaufschlagt werden.
Die beiden Dichtungsbuchsen 17, 27 sind gegenüber den Teilen des Drehgelenks denen Sie jeweils zugeordnet sind mittels O-Ringen 14 nach Außen hin abgedichtet. Das Drehgelenk weist eine Entlastungsbohrung 34 auf, die bei auftretenden Undichtigkeit des Drehgelenks Hochdruckmedium nach Außen abfließen läßt.
Das drehbare Innenteil 1 des Drehgelenks ist gegenüber der nicht drehbaren Hülse 12 mittels Lager 6, 9 radial und axial gelagert, und mittels entsprechenden Dichteinheiten vor Eindringen von Feuchtigkeit geschützt.
Es weist sowohl auf der Zuflußseite, der Hülse (12), als auch auf der Abflußseite, dem Innenteil 1, entsprechende Vorrichtungen zum Verbinden mit der Hochdruckversorgung und der zu betreibenden Drehvorrichtung auf.
Das Drehgelenk zeichnet sich im Weiteren dadurch aus, dass die Dichtungsbuchsen 17, 27 aus Keramik ausgebildet sind. Dies gewährleistet die hohe Belastbarkeit sowohl hinsichtlich mechanischer als auch hinsichtlich thermischer und chemischer Einwirkungen. Zeichnungslegende 1 Innenteil (drehend)
2 Gewinde
3 Pfeilrichtung
4 Zentralbohrung
5 Lippendichtung
6 Rillenkugellager
7 Axialrillenscheibe
8 Axialkugellager
9 Rillenkugellager
10 Distanzscheibe
11 Distanzbuchse
12 Hülse
13 O-Ring
14 O-Ring
15 Wellfederscheibe
16 Wellfederscheibe
17 Dichtungsbuchse
18 Verschluss-Schraube
19 Aufnahmebohrung 19'
20 Gewinde
21 Klebeverbindung
22 Berührungsfläche
23 Innenbohrung
24 Druckentlastungsfläche
25 -
26 Flansch
27 Dichtungsbuchse
28 Ansatz
29 Hülsenansatz
30 Anlagefläche
31 Druckfläche
32 Mitnehmer
33 Dichtfläche
34 Entlastungsbohrung
35 Entlastungskanal
36 Pfeilrichtung
37 Pfeilrichtung
38 Pfeilrichtung

Claims

1. Drehgelenk für Hochdruckvorrichtungen, für die Verbindung eines nicht drehenden Teiles mit einem drehenden Teil, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem drehenden Innenteil (1) und der feststehenden Hülse (12) des Drehgelenks zwei abdichtend, gegeneinanderwirkende Dichtungsbuchsen (17, 27) angeordnet sind.

2. Drehgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dichtungsbuchsen (17, 27) zwischen sich eine Berührungsfläche (22) ausbilden, die die Dichtfunktion des Drehgelenkes im Übergang zwischen nicht drehendem und drehendem Teil des Gelenkes realisiert.

3. Drehgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsbuchsen (17, 27) axial gegeneinander mit Druck beaufschlagt werden.

4. Drehgelenk nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsbuchsen (17, 27) axial gegeneinander mit Federdruck vorgespannt werden.

5. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsbuchsen (17, 27) axial gegeneinander mit Druck, ausgeübt vom Hochdruckmedium, beaufschlagt werden.

6. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dichtungsbuchsen (17, 27) gegenüber den Teilen des Drehgelenks denen Sie jeweils zugeordnet sind mittels O-Ringen (14) nach Außen hin abgedichtet sind.

7. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehgelenk eine Entlastungsbohrung (34) aufweist, die bei auftretenden Undichtigkeit des Drehgelenks Hochdruckmedium nach Außen abfließen läßt.

8. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Innenteil (1) gegenüber der nicht drehbaren Hülse (12) mittels Lager (6, 9) radial gelagert ist.

9. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Innenteil (1) gegenüber der nicht drehbaren Hülse (12) mittels Lager (8) axial gelagert ist.

10. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (6, 8, 9) gegen Eindringen von Feuchtigkeit mittels Dichtvorrichtungen (5, 13) geschützt sind.

11. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehgelenk sowohl auf der Zuflußseite der Hülse (12) als auch auf der Abflußseite des Innenteiles (1) entsprechende Vorrichtungen zum Verbinden mit der Hochdruckversorgung und der zu betreibenden Drehvorrichtung aufweist.

12. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsfläche (22) als plane Fläche ausgebildet ist.

13. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Dichtungsbuchse (17, 27) drehfest dem entsprechenden drehfesten oder drehenden Teil des Drehgelenks zugeordnet ist.

14. Drehgelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsbuchsen (17, 27) aus Keramik ausgebildet sind.