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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zwei-Wege-Drehdurchführung für die getrennte
Zuführung
mindestens zweier verschiedener Medien von einem stehenden Maschinenteil
in eine rotierende Welle, welche einen zentralen, axial verlaufenden Zufuhrkanal
aufweist, der durch ein erstes, axiales Gleitdichtungspaar abgedichtet
ist, und einen zweiten, achsparallelen Zufuhrkanal, der exzentrisch
in der Welle verläuft
und mit einer radialen Zufuhröffnung
des stehenden Maschinenteils verbunden ist, wobei der Übergang
von dem stehenden Maschinenteil zu der Welle im Bereich des zweiten,
dezentralen Zufuhrkanals durch ein zweites Gleitdichtungspaar abgedichtet
ist und zwischen der radialen Zufuhröffnung und dem ersten Gleitdichtungspaar
für den
axialen Zufuhrkanal ein zusätzliches
drittes Gleitdichtungspaar vorgesehen ist, derart, daß der Übergang von
der radialen Zufuhröffnung
zu dem dezentralen Kanal der Welle axial auf beiden Seiten unabhängig von
dem ersten Gleitdichtungspaar für
den zentralen Zufuhrkanal abgedichtet ist.
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Entsprechende
Drehdurchführungen
sind im Stand der Technik bekannt. Dabei ist eine axiale Gleitdichtscheibe
im allgemeinen an einem freien Ende einer Welle fixiert und umgibt
einen zentralen Zufuhrkanal bzw. eine zentrale Bohrung der Welle. Die
Welle weist außerdem
einen oder mehrere dezentrale, aber achsparallele Zufuhrkanäle auf,
der oder die über
einen Ringraum mit einer radialen Zufuhröffnung im stationären Maschinenteil
verbunden ist bzw. sind. Diese radiale Zufuhröffnung liegt zwischen dem ersten
und dem zweiten Paar von Gleitdichtscheiben.
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Zum
stromabwärtigen
Ende der radialen Zufuhröffnung
ist also der dezentrale Kanal durch das zweite Gleitdichtungspaar
abgedichtet, d. h. eine mit der Welle rotierende, ringförmige Gleitdichtscheibe ruht
z. B. auf einer stufenförmigen
Erweiterung der Welle, von der auch der dezentrale Kanal ausgeht, wobei
der Innendurchmesser der Gleitdichtung den dezentralen Zufuhrkanal
umfaßt.
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Das
stehende Maschinenteil weist im Abstand voneinander zwei federnd
gelagerte Gleitdichtscheiben auf, von denen eine mit einem kleineren Durchmesser
der mitdrehenden Gleitdichtscheibe am freien Ende der Welle gegenüberliegt,
welche den zentralen Zufuhrkanal umfaßt, und die andere der den
dezentralen Kanal umfassenden, mit der Welle drehenden Gleitdichtscheibe
gegenüberliegt. Beide
Gleitdichtscheiben des stehenden Maschinenteils werden gleichzeitig
mit den Gleitdichtscheiben des drehenden Maschinenteils, d. h. der
Welle, in Eingriff gebracht, wobei die federnde Lagerung mindestens
einer oder beider Gleitdichtscheiben am stehenden Maschinenteil
etwaige Toleranzen in den Abständen
der Gleitflächen
an der Welle einerseits bzw. am stehenden Maschinenteil andererseits
ausgleicht. Die radiale Zufuhröffnung
des stehenden Maschinenteils ist dabei gegenüber der Welle axial auf einer
Seite der radialen Zufuhröffnung
(i. a. stromabwärts)
durch das zweite Gleitdichtscheibenpaar abgedichtet und auf der
anderen Seite (stromaufwärts) durch
das erste Gleitdichtscheibenpaar, welches gleichzeitig auch den
inneren zentralen Zufuhrkanal abdichtet.
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Die
Begriffe „stromaufwärts” und stromabwärts” werden
hier in dem Sinne verwendet, daß eine Strömung von
dem stehenden in das rotierende Maschinenteil unterstellt wird,
woraus sich die Strömungsrichtung
in den Zufuhrkanälen
eindeutig ergibt (in 1 von rechts nach links).
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In
der Regel arbeiten Gleitdichtungen nach dem Prinzip der Leckschmierung.
Das durch einen Zufuhrkanal unter Druck zugeführte Fluid dringt in den Dichtungsspalt
ein, der zwischen den einander gegenüberliegenden und aufeinander
gleitenden Dichtflächen
gebildet wird und bildet je nach Art des Fluids im Idealfall einen
Schmierfilm. Selbst wenn das in den Dichtungsspalt eintretende und
hindurchtretende Fluid keine oder kaum schmierende und reibungsmindernde
Eigenschaften hat, so sorgt es zumindest für eine gewisse Kühlung der
Gleitdichtflächen
und für
den Abtransport der entstehenden Reibungswärme. Bei der oben beschriebenen,
bekannten Drehdurchführung,
welche gleichzeitig eine zentrale und eine dezentrale Zufuhr getrennter
Fluide erlaubt, führt
diese Eigenschaft von Gleitdichtungen dazu, daß durch den Dichtungsspalt
der ersten Gleitdichtung hindurch tretendes Fluid des zentralen Kanals
in den Bereich der Zufuhröffnung
für den
dezentralen Kanal übertritt
oder aber, falls der Druck in dem dezentralen Kanal höher sein
sollte als in dem zentralen Kanal, umgekehrt Fluid, welches dezentral
zugeführt
wird, durch den Dichtungsspalt der Gleitdichtung für den zentralen
Kanal in diesen zentralen Kanal eintritt.
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Dies
kann je nach dem speziellen Anwendungszweck nachteilig und daher
unerwünscht
sein, zumal sich die Größe des Lecks
derartiger Gleitdichtungen nur sehr schwer exakt festlegen und bestimmen
läßt, sondern
im Verlauf des Gebrauchs und auch abhängig von äußeren Parametern wie Temperatur,
Druck, Drehzahl und der Art der verwendeten Fluide abhängt. Ferner
ist bei den bekannten Zwei-Wege-Drehdurchführungen die Kanalzuordnung
der verschiedenen Fluide in der Weise festgelegt, daßzentral
immer das Fluid mit dem höheren Druck
zugeführt
werden soll. Dies führt
aber zwangsweise dazu, daß durch
die Gleitringdichtung des zentralen Kanals Fluid in den dezentralen
Kanal übertritt, und
schränkt
außerdem
die Wahlfreiheit in der Zufuhr von Fluiden durch den zentralen und
den dezentralen Kanal, sowie der gewünschten Drücke ein.
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Um
den Nachteil, dass die beiden Kanäle bzw. die darin transportierten
Fluide sich über
das unvermeidliche Dichtungsleck wechselseitig beeinflussen können, zu
vermeiden, wurde eine aus der
US 6,412,822 B1 bekannte andere Drehdurchführung konstruiert,
welche dem Durchlauf von Aufschlemmungen dient, z. B. einer Polierlösung, durch
einen stationären
Kanal und danach einen zentralen Kanal ohne Leckage. Durch geeignete
Dichtungen werden die Verunreinigungen eines Fluids durch ein daneben strömendes Fluid
sowie Vermischungen unterschiedlicher Fluide weitgehend vermieden.
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Aufstromig
sorgt ein erstes Gleitdichtungspaar für ein Abdichten des in einem
hohlwellenförmigen
Körper
axial verlaufenden Zufuhrkanals gegen z. B. einen Kühlwasserkreislauf.
Der Hohlwellenkörper ist
an seiner Auslassseite durch ein Kugellager drehbar in einem stationären Teil
gelagert und ragt frei bis in das erste Gleitdichtungspaar. In einem
radial verdickten Abschnitt des stationären Teils ist etwa mittig eine
radiale Zufuhröffnung
zwischen radial beidseitig dieser Öffnung angebrachten zweiten
und dritten Gleitdichtungspaaren vorgesehen.
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Durch
den voluminösen
Aufbau der Drehdurchführung
und die nur einseitige Lagerung des Hohlwellenkörpers ist die Drehzahl nach
oben beschränkt.
Schon bei den möglichen
hohen Drehzahlen der bekannten Drehdurchführung macht sich ein erheblich
unruhiger Lauf bemerkbar mit der Folge einer Überlastung und damit Beeinträchtigung
der Dichtungen und ihrer Wirkungen.
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Aus
der
GB-PS 903 037 ist
weiterhin eine Drehdurchführung
bekannt, bei welcher eine rotierende Hohlwelle an ihrem stufenförmig erweiterten Abschnitt
durch ein Antifriktionslager drehbar gelagert ist, während diesem
ersten Abschnitt mit größerem Durchmesser
gegenüber
verjüngte
Abschnitte lagermäßig frei
in den Innenraum eines außen
etwa zylinderförmigen
Gehäuses
ragen, ohne dass sie dort nochmals von einem Lager abgestützt werden. Trotz
einer ähnlichen
Anordnung von Gleitdichtungspaaren, wie eingangs erläutert, könnte diese
bekannte Drehdurchführung
nicht bei hohen Drehzahlen für die
Hohlwelle eingesetzt werden. Deren lagermäßig freies Ende würde so stark
vibrieren, dass die Gleitdichtungspaare nicht in gewünschter
Weise abdichten würden.
Damit würden
sich mit Nachteil die beiden durch die verschiedenen Kanäle zugeführten Fluide
wechselseitig beeinflussen und man könnte die Zufuhr der Fluide
durch die zentralen bzw. dezentralen Kanäle nicht ohne weiteres austauschen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zwei-Wege-Drehdurchführung zu schaffen,
bei welcher die Dichtungseigenschaften der Gleitdichtungspaare im
Betrieb verbessert werden und höhere
Drücke
sowie insbesondere höhere maximale
Drehzahlen erlaubt sind; und das vorzugsweise bei geringeren Leckraten,
verbunden mit einem ruhigeren Lauf der rotierenden Welle.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung
dadurch, dass axial auf beiden Seiten der radialen Zufuhröffnung und
axial außerhalb
der Gleitdichtungspaare der dezentralen Zufuhr mindestens je ein
Kugellager angeordnet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist zwischen dem dritten Gleitdichtungspaar und dem ersten Gleitdichtungspaar
(für den
zentralen Kanal) ein den äußersten
Endabschnitt der Welle umgebendes Kugellager angeordnet, was bei
den bekannten Drehdurchführungen nach
dem Stand der Technik einerseits aus Platzgründen und andererseits deswegen
nicht möglich ist,
weil sich das Kugellager innerhalb eines abgedichteten Bereiches
befinden würde.
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Dieses
zusätzliche
Kugellager sorgt für
einen besonders ruhigen Lauf auch des verjüngten Endabschnittes der Welle,
insbesondere bei hohen Drehzahlen, bei denen leicht Vibrationen
auftreten können,
zumal dieser Endabschnitt der Welle gegenüber dem stromabwärtigen Teil
verjüngt
ist und gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform zusätzlich eine
Einschnürung
vor der stufenförmigen Erweiterung
der Welle aufweist, welche den dezentralen Kanal aufnimmt. Ein weiteres
Kugellager kann an dem erweiterten Abschnitt der Welle und in der Nähe des zweiten
Gleitdichtungspaares auf der stromabwärtigen Seite desselben angeordnet
sein.
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Durch
die Anordnung der drei Gleitdichtungspaare hat man nach wie vor
den Vorteil, dass sich die beiden durch die verschiedenen Kanäle zugeführten Fluide
wechselseitig nicht beeinflussen können, die Zufuhr durch die
zentralen bzw. dezentralen Kanäle
beliebig ausgetauscht werden kann und auch keine Einschränkungen
hinsichtlich der Wahl der Kanäle
für die
Zufuhr der Fluide aufgrund der relativen Zufuhrdrücke bestehen.
Die erfindungsgemäße Anordnung
der Lager bedeutet vor allem, dass mit Vorteil sowohl die möglichen
Druckbereiche als auch die maximalen Drehzahlen entspre chender Drehdurchführungen
gegenüber
dem Stand der Technik erheblich gesteigert werden können.
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Durch
die erfindungsgemäß gewählte Anordnung
der drei Gleitdichtungspaare und des oder der Kugellager für die Abstützung der
drehenden Welle ergibt sich nicht zuletzt in Folge des ruhigeren
Laufes der rotierenden Welle eine noch verbesserte Dichtungswirkung.
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Der
zweite, dezentrale Kanal besteht bei einer bevorzugten Ausführungsform
aus mehreren achsparallelen Bohrungen, die unter gleichen Winkelabständen und
unter gleichen Radien um den zentralen Zufuhrkanal herum angeordnet
sind. So kann z. B. bevorzugt der dezentrale Kanal aus insgesamt 6
parallelen und unter Winkelabständen
von jeweils 60° um
den zentralen Zufuhrkanal herum angeordneten Bohrungen bestehen.
Diese sind vorzugsweise über
einen gemeinsamen, den zentralen Teil der Welle umgebenden Ringraum,
den man auch als Zufuhrraum bezeichnen kann, miteinander und über diesen auch
mit der radialen Zufuhröffnung
des bestehenden Maschinenteils verbunden.
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Bei
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist jedes der
drei Gleitdichtungspaare von einem Leckraum umgeben, wobei vorzugsweise
der jeweilige Leckraum gegenüber
etwaigen benachbarten Kugellagern abgedichtet ist. So steht z. B.
bevorzugt der Leckraum des ersten Gleitdichtungspaares nicht mehr
mit dem Zuführungsbereich
des dezentralen Kanals in Verbindung, und auch umgekehrt stehen
die Leckräume,
welche die zweiten und dritten Gleitdichtungspaare umgeben, nicht
mehr mit dem zentralen Kanal in Verbindung. Diese Leckräume können außerdem noch
durch zusätzliche
Dichtungen gegenüber
der Umgebung abgedichtet werden.
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Günstig ist
es ferner, wenn die zweiten und dritten Gleitdichtungen um einen
verjüngten
Endabschnitt der Welle herum angeordnet sind. Weiterhin kann mit
Vorteil die ringförmige
Zufuhrkammer zumindest teilweise durch einen Einschnürungsabschnitt
der Welle gebildet werden.
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Weiterhin
kann die Drehdurchführung zweckmäßigerweise
so aufgebaut sein, dass der jeweilige Leckraum um die Gleitdichtungspaare
insbesondere gegenüber
dem oder den Kugellagern abgedichtet ist. Es gibt aber auch andere
konstruktive Maßnahmen,
die z. B. durch die Wirkungen der Zentrifugalkraft der rotierenden
Welle verhindern, dass durch den Dichtspalt von Gleitscheiben hindurchtretendes
Leck-Fluid in den Bereich benachbarter Kugellager gelangt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitdichtungspaare
jeweils Gleitdichtringe aufweisen und die der radialen Zufuhröffnung nächstliegenden
Gleitdichtringe der beiden Gleitdichtungspaare jeweils dem stehenden
Maschinenteil zugeord net sind, während
die der Zufuhröffnung
ferngelegenen Gleitdichtringe dieser beiden Paare von Gleitdichtringen
mit dem der drehenden Welle verbunden sind.
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Dabei
sind die dem stehenden Maschinenteil zugeordneten Gleitdichtscheiben
zweckmäßigerweise
auf axial beweglichen, aber gegenüber dem stehenden Maschinenteil
nicht drehenden Gleitkolben angeordnet, wobei die Gleitkolben ihrerseits
in der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung durch elastische Dichtungen gegenüber der radialen Zufuhröffnung abgedichtet
sind und gleichzeitig eine gewisse federnde Vorspannung in Richtung
der mit der Welle verbundenen Gleitdichtringen erfahren. Die beiden
Gleitdichtkolben sind ringförmig
ausgebildet und umfassen die rotierende Welle im Abstand zueinander,
so daß dazwischen
ein radialer Spalt gebildet wird, der mit der radialen Zufuhröffnung des
stehenden Maschinenteils in Verbindung steht. Die Innenfläche eines
der Gleitkolben bildet dabei zusammen mit der Außenwand der Welle in diesem
Bereich, vorzugsweise in dem eingeschnürten Bereich der Welle, einen
Teil des Ringraumes, der mit dem dezentralen, achsparallelen Kanal
bzw. der ringförmigen
Zufuhrkammer in Verbindung steht.
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Am
freien Ende der Welle ist vorzugsweise eine Schraubhülse vorgesehen,
welche einerseits als Halterung für eine mitrotierende Gleitdichtscheibe der
dritten Gleitdichtung dient und gleichzeitig auch die mitrotierende
Gleitdichtscheibe der ersten Gleitdichtung auf der Stirnseite des
Wellenendes festhält. Einzelheiten
der Klemmung einer solchen Gleitdichtscheibe sind in der gleichzeitig
anhängigen
deutschen Patentanmeldung Nr.
10 2004 003 459 dargelegt, wobei deren Merkmale auch im
Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung verwirklicht werden können.
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Die
entsprechende Hülse,
die den Endabschnitt der Welle umfaßt, ist gegenüber der
Welle vorzugsweise durch eine O-Ring-Dichtung abgedichtet, wobei
diese O-Ring-Dichtung dementsprechend zwischen dem ersten und dem
dritten Gleitscheibenpaar angeordnet ist und mit der Welle und der
Hülse sowie
den durch diese gehaltenen Gleitscheiben rotiert.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
und der dazugehörigen Figuren.
Es zeigen:
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1 einen
axialen Schnitt durch eine komplette Drehdurchführung,
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2 eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte
Drehdurchführung
von links,
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3 eine
Ausschnittvergrößerung des
mit III bezeichneten, eingekreisten Bereiches in 1 und
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4 eine
Ausschnittvergrößerung des
in 1 mit IV bezeichneten, einkreisten Bereiches.
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Man
erkennt in 1 eine Drehdurchführung, die
insgesamt mit 100 bezeichnet ist und die im wesentlichen
aus einer rotierenden Welle 2 und einem stehenden Maschinenteil 1 besteht,
wobei das stehende Maschinenteil 1 seinerseits aus mehreren, im
allgemeinen ringförmigen
Elementen zusammengesetzt ist, bestehend aus einem Hauptabschnitt 20, einem
Endabschnitt 21 und mehreren Kleinteilen, wie z. B. Kugellageraußenringe,
Dichtungen 12, 44, 25, 39, Gleitkolben 13, 13', 37,
Sicherungsringen s, O-Ring-Dichtungen d und Befestigungselementen, wie
z. B. Schrauben. Mit Ausnahme einiger Befestigungselemente (wie
z. B. der Schrauben 32, 34 und des Gewindes 36)
oder Federn sind alle vorgenannten Elemente bezüglich der zentralen Achse 30 weitgehend
symmetrisch ausgebildet. Mit der Welle 2 rotierende Bauteile
sind vor allem die die Gleitdichtungspaare bildenden Gleitdichtscheiben
oder Gleitdichtringe 6a, 7a, 5a, die
Klemmhülse 16,
Dichtungen auf der Welle 2 sowie die Innenringe der Kugellager 18, 19.
Auch der Innenring 31 für
die Dichtung 24 und die den Innenring auf der Welle abdichtenden
O-Ringe rotieren gemeinsam mit der Welle, während alle übrigen Teile der Drehdurchführung dem
stehenden Maschinenteil zugeordnet sind. Für die Benutzung der Drehdurchführung wird
einfach deren Flansch 33 mit dem entsprechend passend ausgebildeten
Endflansch eines rotierenden Maschinenteils verbunden, in welches
die Zuführung
verschiedener Fluide erfolgen soll. Der Endflansch 33 ist
in der Draufsicht in 2 zu erkennen.
Die in 1 auf dem Endflansch zu erkennenden O-Ring-Dichtungen
d sorgen für eine
dichte Verbindung zwischen dem rotierenden Maschinenteil und der
Welle 2 der Drehdurchführung,
die im Gebrauch gemeinsam miteinander rotieren.
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Die
Welle 2 weist einen zentralen Zufuhrkanal 3 für ein erstes
Fluid und einen dezentralen Zufuhrkanal 4 für ein zweites
Fluid auf, wobei, wie aus 2 ersichtlich
ist, der dezentrale Zufuhrkanal 4 tatsächlich aus insgesamt sechs
achsparallelen und unter gleichmäßigen Winkelabständen angeordneten Bohrungen
besteht.
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Ausgehend
von dem Flansch 33 ist die Welle 2 stufenförmig verjüngt und
weist einen ersten Abschnitt 2a mit größerem Durchmesser auf, in welchem
neben dem zentralen Zufuhrkanal 3 auch der dezentrale Zufuhrkanal 4 (bestehend
aus insgesamt sechs Bohrungen) angeordnet ist, und einem verjüngten Abschnitt 2b,
der nur den zentralen Kanal 3 aufweist.
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Am Übergang
von dem Abschnitt 2a zu dem verjüngten Abschnitt 2b ist
außerdem
noch eine zusätzliche
Einschnürung 2c vorgesehen,
innerhalb welcher die Welle gegenüber ihrem (in 1 rechten)
Endabschnitt noch zusätzlich
verjüngt
ausgebildet ist. Weitere Profilierungen der Welle, wie z. B. die Abstufung
zur Aufnahme des Kugellagers 18, ein Gewinde 36,
auf welches die Klemmhülse 16 aufgeschraubt
werden kann etc., brauchen hier nicht weiter erläutert zu werden.
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Im
folgenden wird, neben 1, auch auf die vergrößerten Ausschnitte
gemäß den 3 und 4 Bezug
genommen.
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Der
zentrale Kanal 3 ist mit einer radialen Anschlußöffnung 35 für ein erstes
unter einem Druck P2 stehendes Fluid verbunden, wobei wegen der
zentralen Anordnung des Kanals 3 diese Zufuhröffnung ebensogut
auch zentral an dem Endabschnitt 21 des stehenden Maschinenteils 1 angeordnet
sein könnte. Etwaige
Ventile, die in dem Endabschnitt 21, davor, oder auch innerhalb
des Kanals 3 angeordnet werden könnten, sind hier nicht dargestellt.
An dem stirnseitigen Ende der Welle 2 und dem Endabschnitt 21 des
stehenden Maschinenteils 1 befindet sich ein erstes Gleitdichtungspaar 5,
das aus zwei Gleitscheiben bzw. Gleitdichtringen 5a, 5b besteht.
Der mit der Welle mitrotierende Gleitdichtring 5a wird
durch eine Klemmhülse 16,
welche auf ein Außengewinde 36 der
Welle aufgeschraubt ist, auf der Stirnfläche der Welle festgeklemmt
und ist dort über
einen O-Ring d (1) abgedichtet. Ein gegenüberliegender
Gleitdichtring 5b ist mit auf einem axial bewegbaren, hohlen
Gleitkolben 37 mit einer weiteren Klemmhülse 38 befestigt
und ebenfalls durch einen weiteren O-Ring gegenüber dem Gleitkolben 37 abgedichtet.
Eine federnd elastische Dichtung 39 liegt an der Außenseite des
Gleitkolbens 37 an und dichtet diesen innerhalb des stehenden
Maschinenteils 21 ab. Eine nicht dargestellte Feder drückt den
Gleitkolben 37 in Richtung des Wellenendes, so daß nach der
Montage der Welle 2 in dem stehenden Maschinenteil 1 die
beiden Gleitdichtringe 5a, 5b mit einem leichten
und durch die Wahl der elastischen Dichtung 39 vorgebbaren Druck
aneinander anliegen. Das erste Gleitdichtungspaar 5 bzw.
deren Klemmhülsen 16, 38 sind
von einem Leckraum 40 umgeben, in welchen das durch den
Dichtspalt zwischen den Gleitdichtringen 5a, 5b hindurchtretende
Fluid austreten kann, welches dann über den Leckanschluß 11 abgeführt wird.
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Wie
man sieht, erhält
man somit einen abgedichteten Übergang
von der radialen Anschlußöffnung 35 des
Endabschnitts 21 des stehenden Maschinenteils 1 in
den zentralen Kanal 3 der rotierenden Welle 2.
Alle prinzipiell getrennten, aber miteinander verbundenen Teile
dieses Übergangs
sind gegeneinander abgedichtet, wobei eine wesentliche Relativbewegung
nur zwischen den beiden Gleitdichtringen 5a, 5b stattfindet,
die den eigentlichen Übergang
vom stehenden in das drehende Maschinenteil definieren.
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Die
Zuführung
von Fluid in den dezentralen Kanal erfolgt über eine weitere radiale Zufuhröffnung 15 des
Hauptabschnitts 20 des stehenden Maschinenteils 1.
Dieser Hauptabschnitt 20 umgreift sowohl den stufenförmig erweiterten
Abschnitt 2a als auch die verjüngten und eingeschnürten Abschnitte 2b und 2c der
Welle, wobei die radiale Zufuhröffnung 15 durch
zwei Gleitdichtungspaare 6 bzw. 7 zu beiden axialen
Seiten hin abgedichtet ist. Dabei ist ein Gleitdichtring 6a mit
der Stirnseite der stufenförmigen
Erweiterung der Welle fest verbunden und rotiert demzufolge mit
der Welle, während
ein weiterer Gleitdichtring 6b dieses zweiten Gleitdichtungspaares
(6) an einem Gleitkolben 13 befestigt ist, der
in dem stehenden Maschinenteil axial beweglich geführt ist,
jedoch nicht mit der Welle rotiert. Die zylindrischen Innenflächen der
Gleitdichtringe 6b sowie die ebenfalls im wesentlichen
zylindrische Innenfläche
des Gleitkolbens 13 definieren zusammen mit der Außenwand der
Welle in diesem Bereich einen Abschnitt der Zufuhrkammer 10,
die mit der radialen Zufuhröffnung 15 in
Verbindung steht. Im Bereich der Zufuhrkammer 10 weist
die Welle eine Einschnürung 2c auf,
die effektiv eine radiale Erweiterung der Zufuhrkammer 10 nach
innen bewirkt. Der in dem stehenden Maschinenteil 1 bzw.
dem Hauptabschnitt 20 desselben axial beweglich gelagerte
Gleitkolben 13 ist durch eine elastische Dichtung 12 zum
einen gegenüber
dem Hauptabschnitt 20 des stehenden Maschinenteils 1 abgedichtet.
Eine axiale Vorspannung des Gleitkolbens 13 mit dem daran
befestigten Gleitdichtring 6b in Richtung des Gleitdichtringes 6a liefert
eine im Querschnitt in Form einer Punktreihe dargestellte Feder 26,
die gleichzeitig auch den entgegengesetzt ausgerichteten Gleitkolben 13' in Richtung
des Gleitdichtungspaares 7 vorspannt.
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Auf
der anderen axialen Seite der radialen Zuführöffnung 15 ist spiegelbildlich
ein mit dem erstgenannten Kolben 13 identischer Gleitkolben 13' vorgesehen,
welcher ebenfalls axial beweglich gelagert ist und einen Gleitdichtring 7b des
zusätzlichen
dritten Gleitdichtungspaares 7 trägt, der ebenfalls dem stehenden
Maschinenteil 1 zugeordnet ist und demzufolge nicht mit
der Welle rotiert. Dieser Gleitdichtring 7b liegt seinerseits
in gleitendem Kontakt an einem Gleitdichtring 7a an, welche
mit einer Erweiterung des in der 1 linken
Endes der Klemmhülse 16 abgedichtet
und fest verbunden ist, wobei diese Klemmhülse 16 über das
Gewinde 36 auf die Welle 2 aufgeschraubt ist und
mit dieser gemeinsam rotiert.
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Der
in der 1 nach rechts über
die radiale Zufuhröffnung 15 hinweg
auslaufende Ringraum bzw. die Zufuhrkammer 10 wird somit
auf dieser Seite zwischen dem stehenden und dem drehenden Maschinenteil
durch das dritte Gleitdichtungspaar 7a, 7b abgedichtet.
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Auch
hier wird der Gleitkolben 13' durch
eine elastische Dichtung 12 abgedichtet und durch die Feder 26 in
Richtung des Gleitrings 7a vorgespannt, so daß die Gleitdichtflächen der
Gleitdichtringe 7a, 7b mit leichtem Druck aneinander
anliegen. Beide Gleitdichtungspaare 6, 7 sind
wiederum von Leckräumen 41, 42 umgeben,
wobei der Leckraum 41 durch eine zusätzliche Gleitlippendichtung 24 gegenüber dem benachbarten
Kugellager 18 abgedichtet wird. Diese Leckdichtung 24 ist
im stehenden Maschinenteil angeordnet und berührt mit einer schmalen Dichtlippe einen
mit der Welle 2 rotierenden Laufring 31, welcher
gleichzeitig als Haltering für
den Innenring des Kugellagers 18 dient. Dieser Dichtring 31 ist
wiederum durch einen zusätzlichen
Sicherungsring s in axialer Richtung fixiert. Die Dichtung 24 braucht
den Innenring 31 nur leicht zu berühren, so daß in diesem Bereich nur wenig
Reibungswärme
entsteht, da durch diese Dichtung 24 lediglich ein Leckraum
abgedichtet wird, der nicht unter Druck steht, wobei allein das
Kugellager 18 vor dem als Leck durch das zweite Gleitdichtungspaar
die Dichtung 6 austretenden Fluid geschützt werden soll.
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Beide
Leckräume 41, 42 sind
mit einem gemeinsamen Leckanschluß 12 verbunden, durch
welchen das Leck-Fluid abfließen
bzw. abgesaugt werden kann.
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Der
Leckraum 42 könnte
ebenfalls durch eine der Dichtung 24 ähnliche Dichtung zwischen dem
Abschnitt 20 des stehenden Maschinenteils 1 und
der Außenfläche der
Hülse 16 abgedichtet
sein, wobei allerdings allein die geometrische Ausgestaltung der
Hülse 16 und
des angrenzenden Kugellagers 19 dafür sorgt, daß aufgrund der mit der Welle rotierenden
Hülse 16 etwaiges
Leck-Fluid, welches zwischen den Gleitdichtringen 7a, 7b austritt,
radial nach außen
weggeschleudert wird und somit kaum eine Gefahr besteht, daß dieses
Fluid durch den schmalen Spalt zwischen der Klemmhülse 16 und dem
die Klemmhülse 16 umgebenden
Dichtring 44 hindurchtritt.
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Ein
besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung mit einem zusätzlichen
dritten Gleitdichtungspaar 7; 7a, 7b liegt
darin, daß nunmehr
ein weiteres Kugellager 19, bestehend aus einem Innenring,
einem Außenring
und dazwischen angeordneten Kugeln, auf dem Endabschnitt der Welle
zwischen den Gleitdichtungen 5 und 7 angeordnet
werden kann. Dabei wird der Kugellagerinnenring durch die Klemmhülse 16 gehalten,
die somit eine dreifache Funktion ausfüllt, nämlich Haltern des Dichtringes 5a,
des Dichtringes 7a und des Kugellagers 19. Der
Innenring des Kugellagers 19 wird durch eine entsprechende
Sicherungsscheibe s in axialer Richtung auf der Hülse 16 fixiert,
deren linker Endabschnitt zur Aufnahme des Gleitdichtrings 7a stufenförmig erweitert
ist.
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Dieses
Kugellager 19 sorgt für
einen vibrationsärmeren
Lauf des Endabschnitts der Welle und damit für bessere Abdichtung im Bereich
der Dichtungen 5 und 7.
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Im
Vergleich zum Stand der Technik lassen sich mit der dargestellten
Drehdurchführung
Fluide bei deutlich höheren
Drücken
und deutlich höheren Drehzahlen übertragen.
Konkret lassen sich mit der dargestellten Konstruktion Drehdurchführungen
herstellen, welche mit Drücken
P1 und P2 von über
100 und bis zu 200 bar und Drehzahlen bis zu 10.000 pro Minute betrieben
werden können,
wobei es nicht drauf ankommt, ob der zentrale Kanal mit einem höheren Druck
beaufschlagt wird als der dezentrale Kanal.
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Gleichzeitig
ist die Drehdurchführung
relativ kompakt und kann daher problemlos an rotierende Wellen angeflanscht
werden, wobei das stehende Maschinenteil zweckmäßigerweise elastisch gelagert und
fixiert wird.
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Für Zwecke
der ursprünglichen
Offenbarung wird darauf hingewiesen, daß sämtliche Merkmale, wie sie sich
aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen
Fachmann erschließen,
auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren
Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen
Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder
Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen
wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen un möglich oder
sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher
denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und
der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet. Beispielsweise
müssen
nicht alle drei Kolben 13, 13' und 37 axial beweglich
sein. In der Praxis könnte
einer der Kolben starr bzw. mit dem zugeordneten stehenden Maschinenteil 20 bzw. 21 verbunden
sein. Demzufolge könnte
man auch auf eine der Dichtungen 12 bzw. 39 verzichten,
und anstelle der elastischen Dichtungen 12 und/oder 39 auch
einfache O-Ringe verwenden und gleichzeitig die entsprechenden Gleitkolben
durch Federn in axialer Richtung vorspannen. Ebenso wäre es möglich, die
Klemmhülse 16 mehrteilig
auszuführen,
wobei jedes der einzelnen Teile eine der Funktionen erfüllen würde, die
in der dargestellten Ausführungsform
von der Klemmhülse 16 gleichzeitig
erfüllt
werden. Die Gleitdichtringe 5a, 5b könnten auch
auf andere Weise als durch die dargestellte Klemmung befestigt werden,
z. B. in einen Falz eingeklebt werden, ähnlich den Gleitdichtringe 6a,
b und 7a, b. Die federnd elastische Dichtung 25 dichtet
den Leckraum 40 nach innen hin zum Kugellager 19 ab.