DE102009057158B4 - Drehdurchführung - Google Patents

Abstract

Drehdurchführung, zur Durchfuhr von Druckluft zwischen zwei relativ zueinander um eine vorgegebene Drehachse drehbeweglichen Teilen (1; 2, 9), mit einer von Flächen beider Teile begrenzten Durchgangskammer (14, 14'), die über Mündungen an den Flächen mit Druckluftwegen (7, 7', 8, 8') in beiden Teilen kommuniziert und über zwischen den Flächen angeordnete Dichtungen (16) begrenzt ist, wobei jede Durchgangskammer (14, 14') dichtungsseitig neben einer Hydraulikkammer (15, 15') angeordnet und gegenüber dem Hydraulikmedium mittels einer Dichtung (16) abgesperrt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikkammer (15, 15') mit einer Hydraulikquelle kommuniziert, wobei durch Steuerung des Hydraulikdruckes in der Hydraulikkammer (15, 15') die Dichtwirkung der Dichtung (16) veränderbar ist.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehdurchführung, zur Durchfuhr von Druckluft zwischen zwei relativ zueinander um eine vorgegebene Drehachse drehbeweglichen Teilen, mit einer von Flächen beider Teile begrenzten Durchgangskammer, die über Mündungen an den Flächen mit Druckluftwegen in beiden Teilen kommuniziert und über zwischen den Flächen angeordnete Dichtungen begrenzt ist.
• Eine derartige Drehdurchführung ist aus der EP 1 095 799 A1 bekannt. Dabei ist zwischen einer radseitigen radialen Ringfläche und einer achskörperseitigen radialen Ringfläche ein ringförmiger Radialspalt vorgesehen, der mit achs- bzw. radseitigen Druckluftkanälen kommuniziert, deren Mündungen an den radialen Ringflächen angeordnet sind. In der achskörperseitigen radialen Ringfläche sind radial außerhalb und radial innerhalb der Mündungen der Luftkanäle zum radialen Ringspalt hin offene ringförmige Axialnuten ausgebildet, in denen nach Art von Ringkolben ausgebildete Dichtringe axial verschiebbar geführt sind. Die Ringnuten sind auf der vom radialen Ringspalt abgewandten Stirnseite der Dichtringe mit Fluidleitungen verbunden, über die Druckfluid in die Ringnuten eingeleitet werden kann, derart, dass die ringkolbenartigen Dichtringe dichtend gegen die radseitige radiale Ringfläche angedrückt werden können. Immer wenn dem Reifen Druckluft zugeführt werden soll, werden die Dichtringe durch Druckbeaufschlagung gegen die radseitige radiale Ringfläche angedrückt, so dass der radiale Ringspalt zwischen Achskörper und Rad bzw. Radnabe an seinem radial inneren Rand sowie an seinem radial äußeren Rand unter Bildung eines ringscheibenförmigen Durchgangsraums gegenüber der Atmosphäre abgesperrt wird. Solange über den Durchgangsraum keinerlei Druckluft übertragen wird, werden die ringkolbenartigen Dichtringe vom Fluiddruck entlastet, so dass sie von den radseitigen radialen Ringflächen abheben können und Verschleiß weitestgehend vermieden wird.
• Bei einer aus der DE 10 2004 021 161 B4 bekannten Drehdurchführung zwischen einem Radnabenteil und einem Achskörper ist ein als axialer Ringspalt ausgebildeter Durchgangsraum vorgesehen, der an seinen axialen Enden in Radialspalte übergeht, die durch ringkolbenartige Dichtringe absperrbar sind. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass die Drehdurchführung mit vergleichsweise geringer radialer Höhe ausgebildet werden kann.
• Durch die vorangehend dargestellten ”schaltbaren” Dichtungen, die nur bei Bedarf mit erhöhtem Druck beaufschlagt werden, um eine gute Abdichtung des Durchgangsraumes gegenüber der Atmosphäre zu gewährleisten, soll möglicher Verschleiß an den Dichtungen gering gehalten werden.
• Gleichwohl bleiben neue Konstruktionen mit langer Lebensdauer und geringem Wartungsbedarf erwünscht.
• Aus der DE 2854772 A1 ist eine Drehdurchführung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt.
• Die DE 8705739 U1 , DE 827605 B und WO 00/42337 A1 offenbaren ebenfalls Drehdurchführungen für Reifendruckregelvorrichtungen mit einer Druckluft-Durchgangskammer und einer daneben angeordneten Hydraulikkammer.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Drehdurchführung zu schaffen, deren Dichtungen unter allen Betriebsumständen, insbesondere auch bei einem erhöhten Luftdruck in der Durchgangskammer, eine optimale Abdichtung der Durchgangskammer ermöglichen und zugleich eine lange Lebensdauer erreichen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Drehdurchführung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, innerhalb eines Ringspaltes, der zwischen zwei relativ zueinander drehbeweglichen Teilen konzentrisch zur Drehachse ausgebildet ist, einen Luftraum benachbart zu bzw. zwischen Hydraulikräumen anzuordnen und die Luft- bzw. Hydraulikräume voneinander durch herkömmliche Wellendichtungen zu trennen. So lange der Luft- und der Hydraulikdruck vergleichbare Größenordnungen haben, wirkt das Hydraulikmedium für die Luft im Luftraum als Sperrmedium, wobei die beiden Medien durch die Wellendichtung sicher voneinander getrennt werden.
• Bei den Wellendichtungen handelt es sich um übliche, auch als „Simmerringe” bezeichnete Maschinenbauelemente zur Abdichtung rotierender Wellen an von den Wellen durchsetzten Öffnungen von Maschinengehäusen, wobei ein Öl- oder Schmiermittelbereich gegenüber der Atmosphäre abgedichtet werden muss. Bei der Erfindung wird also der Luftdurchgangsraum zwischen den relativ zueinander rotierenden Flächen durch benachbarte Hydraulikräume, insbesondere Schmiermittelräume, abgeschlossen, wobei die Maßnahmen zur Abdichtung der Hydraulikräume gegenüber dem Luftraum auch dessen Abdichtung bewirken. Da das Hydraulikmedium zu „nassen” Dichtungen führt, wird „trockene” Reibung an den Dichtungen und damit verbundener starker Verschleiß vermieden.
• Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann der Hydraulikdruck an den jeweils gewünschten Luftdruck angepasst werden, um die Abdichtung des Luftraumes zu optimieren.
• Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben wird.
• Schutz wird nicht nur für angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen sondern auch für prinzipiell beliebige Kombinationen der angegebenen oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.
• In der Zeichnung zeigt,
• 1 einen Axialschnitt einer auf einem Achskörper drehgelagerten Radnabe, wobei zwischen Achskörper und Radnabe eine erfindungsgemäße Drehdurchführung für Druckluft angeordnet ist,
• 2 einen Axialschnitt einer Radialwellendichtung.
• Gemäß 1 ist auf einer rohrförmigen Achse 1 eine Radnabe 2 drehgelagert. Der Antrieb der Radnabe 2 erfolgt über eine in der Achse 1 angeordneten Welle 3 sowie ein in der Radnabe 2 untergebrachtes (nicht dargestelltes) Radnabengetriebe.
• Zur Drehlagerung der Radnabe 2 sind im dargestellten Beispiel zwei Kegelrollenlager 4 und 5 vorgesehen, die voneinander axial beabstandet sind, um eine breite Lagerbasis zu bilden. Grundsätzlich können auch andere Lager, insbesondere Wälzlager, vorgesehen sein. Axial zwischen den Kegelrollenlagern 4 und 5 ist eine Drehdurchführung 6 für Druckluft vorgesehen, über die bspw. der Luftreifen eines an der Radnabe 2 angeordneten Rades mit Druckluft beaufschlagt werden kann. Grundsätzlich kann die Druckluft aber für beliebige Zwecke vorgesehen sein, z. B. zur Betätigung von Steuerorganen von Getrieben oder dergleichen.
• Die Drehdurchführung 6 dient zur Verbindung von achsseitigen Druckluftleitungen 7, 7' mit radnabenseitigen Druckluftleitungen 8, 8'.
• Zu diesem Zweck besitzt die Drehdurchführung 6 eine auf die Achse 1 aufgeschobene Hülse 9, auf deren Innenumfang breite Ringnuten 10 angeordnet sind, und zwar derart, dass die Innenräume dieser Ringnuten 10 mit Mündungen der achsseitigen Druckluftleitungen 7 und 7' kommunizieren. Außerdem sind auf dem Innenumfang der Hülse 9 schmale Ringnuten 11 vorgesehen, die mit Mündungen einer achsseitigen Öl- bzw. Schmiermittelleitung 12 kommunizieren. Innerhalb des Spalts zwischen dem Innenumfang der Hülse 9 und dem Außenumfang der Achse 1 sind die von den Ringnuten 10 und 11 gebildeten Luft- bzw. Schmiermittelräume durch Dichtringe 13 abgesperrt, die in entsprechenden Innenumfangsnuten der Hülse 9 angeordnet sind.
• Außenumfangsseitig sind an der Hülse 9 axial nebeneinander ringförmige Luft- sowie Öl- bzw. Schmiermittelkammern 14, 14' und 15, 15', 15'' angeordnet. Dabei sind die Luftkammern 14 und 14' über Radialbohrungen in der Hülse 9 mit den Ringnuten 10 und dementsprechend mit den achsseitigen Druckluftleitungen 7 bzw. 7' verbunden, während die Ölkammern 15 bis 15'' über Radialbohrungen in der Hülse 9 mit den ölführenden Ringnuten 11 und dementsprechend mit der Öl- bzw. Schmiermittelleitung 12 kommunizieren. Die Luftkammern 14, 14' und die Ölkammern 15 bis 15'' sind voneinander durch Radialwellendichtungen 16 (vgl. 2) abgetrennt, die zwischen der Außenumfangsfläche der Hülse 9 und einer dazu konzentrischen Innenumfangsfläche an der Radnabe 2 angeordnet sind. Die Axiallage der Radialwellendichtungen 16 wird durch eine an der Radnabe 2 angeformte Ringstufe 17 bzw. durch Ringteile 18, 18' sowie 19 vorgegeben, die an der Innenumfangsfläche der Radnabe 2 angeordnet sind. Dabei besitzen die Ringteile 18 und 18' auf ihrem Außenumfang eine mit Mündungen der radnabenseitigen Druckluftleitungen 8, 8' kommunizierende Außenumfangsnut, die über eine das jeweilige Ringteil 18 bzw. 18' radial durchsetzende Bohrung mit der Luftkammer 14 bzw. 14' kommuniziert. Damit sind die achsseitigen Druckluftleitungen 7 und 7' über die als Durchgangskammern dienenden Luftkammern 14 und 14' mit den radnabenseitigen Druckluftleitungen 8 und 8' verbunden.
• Um zu gewährleisten, dass die Luftkammern 14, 14' auch bei erhöhtem Luftdruck durch die Radial-Wellendichtungen 16 druckluftdicht abgesperrt werden, kann der Öldruck in den Ölkammern 15, 15' und 15'' auf erhöhten Öldruck umgeschaltet werden.
• Gemäß 2 handelt es sich bei den Radial-Wellendichtungen 16 um übliche Wellendichtringe, wie sie allgemein im Maschinenbau zur Abdichtung eines Maschinengehäuses an austretenden Wellen eingesetzt werden. Die Dichtringe 16 besitzen einen C-förmigen Querschnitt und sind mit zur Ölseite weisender Konkavseite angeordnet. Der Dichtring besteht im Wesentlichen aus einem Elastomer oder aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder dergleichen, wobei der eine C-Schenkel, der bei der zeichnerisch dargestellten Drehdurchführung an einem Innenumfangsbereich der Radnabe fest anliegt, durch einen Metallring mit Winkelprofil versteift werden kann. Der andere C-Schenkel ist als Dichtlippe ausgebildet, die durch eine Schlauchfeder gegen den Außenumfang der Hülse 9 gespannt wird. Da die Konkavseite der Dichtringe zur Hydraulikseite weist, kann der Anpressdruck der Dichtringe am Außenumfang der Hülse 9 sowie am Innenumfang der Nabe 2 durch Erhöhung des Hydraulikdruckes erhöht werden; die Dichtwirkung lässt sich also durch Steuerung des Hydraulikdruckes verändern.
• Solange zwischen den achs- und radnabenseitigen Druckluftleitungen 7, 7' und 8, 8' keine Druckluft übertragen werden muss, das heißt solange die ringförmigen Luftkammern 14, 14' nur mit verschwindendem Luftdruck beaufschlagt sind, werden die ringförmigen Ölkammern 15 bis 15'' nur mit verschwindendem Öl- bzw. Schmiermitteldruck beaufschlagt. Durch die Radial-Wellendichtungen 16 werden in diesem Betriebszustand die Luftkammern 14, 14' von den Ölkammern 15 bis 15'' öldicht abgetrennt, wobei die auf dem Außenumfang der Hülse 9 aufliegenden Dichtlippen der Radial-Wellendichtungen 16 durch das Öl bzw. Schmiermittel geschmiert werden, so dass ein für die Radial-Wellendichtungen 16 weitestgehend verschleißfreier Betriebszustand gewährleistet wird. Sobald zwischen den achs- und radnabenseitigen Druckluftleitungen 7, 7' und 8, 8' eine druckluftdichte Verbindung notwendig ist, das heißt wenn die ringförmigen Luftkammern 14, 14' mit erhöhtem Luftdruck beaufschlagt werden müssen, kann der Öl- bzw. Schmiermitteldruck in den Ölkammern 15 bis 15'' entsprechend umgeschaltet werden, so dass die Radial-Wellendichtungen 16 die Luftkammern 14, 14' gegenüber den Ölkammern 15 bis 15'' optimal absperren. Hierbei bleibt vorteilhafterweise eine Schmierung der Dichtlippen der Radial-Wellendichtungen 16 am Außenumfang der Hülse 9 gewährleistet, so dass auch bei diesem Betriebszustand nur ein vergleichsweise geringer Verschleiß an den „nassen” Dichtungen auftreten kann.
• Die vorangehend dargestellte erfindungsgemäße Konstruktion bietet den Vorzug, dass keinerlei Spezialdichtungen benötigt werden. Durch Umschaltung des Öldrucks auf der Ölseite der Radial-Wellendichtungen kann jederzeit bei Bedarf eine optimale Abdichtung der ringförmigen Luftkammern 14, 14' erreicht werden. Unabhängig vom Betriebszustand ist für die Radial-Wellendichtungen 16 ein weitestgehend verschleißfreier Betrieb mit Ölschmierung gewährleistet.
• Abweichend von der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform, bei der die Luftkammern 14, 14' und die Ölkammer 15, 15' in einem Axialspalt zwischen Radnabe 2 und Achse 1 angeordnet sind, ist eine entsprechende Anordnung der Luftkammern 14, 14' zwischen den Ölkammern 15, 15' auch in einem Radialspalt zwischen einem Teil der Nabe 2 und einem Teil der Achse 1 möglich.

Claims (7)

1. Drehdurchführung, zur Durchfuhr von Druckluft zwischen zwei relativ zueinander um eine vorgegebene Drehachse drehbeweglichen Teilen (1; 2, 9), mit einer von Flächen beider Teile begrenzten Durchgangskammer (14, 14'), die über Mündungen an den Flächen mit Druckluftwegen (7, 7', 8, 8') in beiden Teilen kommuniziert und über zwischen den Flächen angeordnete Dichtungen (16) begrenzt ist, wobei jede Durchgangskammer (14, 14') dichtungsseitig neben einer Hydraulikkammer (15, 15') angeordnet und gegenüber dem Hydraulikmedium mittels einer Dichtung (16) abgesperrt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikkammer (15, 15') mit einer Hydraulikquelle kommuniziert, wobei durch Steuerung des Hydraulikdruckes in der Hydraulikkammer (15, 15') die Dichtwirkung der Dichtung (16) veränderbar ist.
2. Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen als zur Drehachse konzentrische Wellendichtringe (16) ausgebildet sind.
3. Drehdurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangskammer (14, 14') als axialer Ringspalt zwischen einer zur Drehachse konzentrischen Innenumfangsfläche des einen Teils (2) und einer dazu konzentrischen Außenumfangsfläche am anderen Teil (1, 9) ausgebildet ist.
4. Drehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikkammer (14, 14') ein Schmiermittel, insbesondere Öl, aufnimmt.
5. Drehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (16) bezüglich einer axialen Schnittebene einen C-förmigen Querschnitt aufweisen, dessen Konkavseite hydraulikseitig angeordnet ist.
6. Drehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Hydraulikmediums analog dem Druck in der Durchgangskammer (14, 14') steuerbar ist.
7. Drehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Hydraulikmediums an den Druck in der Durchgangskammer (14, 14') anpassbar ist.

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