DE102011075964B4

DE102011075964B4 - Rotationswellenvorrichtung

Info

Publication number: DE102011075964B4
Application number: DE102011075964.6A
Authority: DE
Inventors: Takashi NORIHISA
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2031-05-18
Also published as: JP2011241880A; DE102011075964A1; US20110281658A1; US8419551B2; CN102248185A; JP5456573B2; CN102248185B; ITMI20110724A1

Abstract

Rotationswellenvorrichtung (1), die eine Rotationsverbindung (18) aufweist,die eine vordere Verbindungsscheibe (19), die in einer hinteren Endfläche einer Rotationswelle (3), die mit hin- und hergehenden Durchflusskanälen (5) versehen ist, angeordnet ist, und eine hintere Verbindungsscheibe (20) enthält, die angeordnet ist, um der vorderen Verbindungsscheibe (19) gegenüberzuliegen, und die in der Lage ist, durch ein Pressteil bei einem vorbestimmten Druck gegen die vordere Verbindungsscheibe (19) gepresst zu werden,und die vordere Verbindungsscheibe (19) und die hintere Verbindungsscheibe (20) jeweils mit Vorwärtsverbindungslöchern (23, 28), die mit einer Vorwärtskanal (6) -Seite der hin- und hergehenden Durchflusskanälen (5) verbunden sind, und Rückwärtsverbindungslöchern (25, 30), die mit einer Rückwärtskanal (7)-Seite der hin- und hergehenden Durchflusskanäle (5) verbunden sind, versehen sind, wobeieine ringförmige innere Dichtung (21A, 26A) in zumindest entweder einer Fläche der vorderen Verbindungsscheibe (19) oder einer Fläche der hinteren Verbindungsscheibe (20), die einander gegenüberliegen, vorstehend angeordnet ist, und in dem Presszustand durch das Pressteil an der gegenüberliegenden Fläche an der Achsseite der gegenüberliegenden Verbindungsscheibe nahe einer Achse der Rotationswelle (3) anstößt,eine ringförmige äußere Dichtung (21C, 26C) in zumindest einer der gegenüberliegenden Flächen vorstehend angeordnet ist, und in dem Presszustand an der gegenüberliegenden Fläche an der äußeren Umfangsseite der gegenüberliegenden Verbindungsscheibe anstößt, und konzentrisch zu der inneren Dichtung (21A, 26A) positioniert ist,ein ringförmiger innerer Raum (33) mit den Vorwärtsverbindungslöchern (23, 28) oder den Rückwärtsverbindungslöchern (25, 30) verbunden ist, und ein ringförmiger äußerer Raum (34) mit den Rückwärtsverbindungslöchern (23, 28) oder den Vorwärtsverbindungslöchern (25, 30) verbunden ist, wobeider ringförmige innere Raum (33) und der ringförmige äußere Raum (34) benachbart konzentrisch zueinander zwischen der inneren Dichtung (21A, 26A) und der äußeren Dichtung (21C, 26C) angeordnet sind, unddie Vorwärtsverbindungslöcher (23, 28) und die Rückwärtsverbindungslöcher (25, 30) zumindest in der vorderen Verbindungsscheibe (19) in der Umfangsrichtung der gegenüberliegenden Fläche in einem gleichen Abstand angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rotationswellenvorrichtung, die in einer Hauptspindel einer Werkzeugmaschine oder dergleichen angeordnet ist, und die eine Rotationswelle, die hin- und hergehende Durchflusskanäle für ein Fluid enthält, lagert.
In zum Beispiel einer Hauptspindel für eine Werkzeugmaschine sind zu Kühlzwecken hin- und hergehende Durchflusskanäle für ein Fluid innerhalb einer Rotationswelle angeordnet, und sie ist konfiguriert, die hin- und hergehenden Durchflusskanäle durch eine Rotationsverbindung mit einem Fluid zu versorgen. Im Hinblick auf die wie in JP S51-100323 A beschriebene Rotationsverbindung ist eine Struktur bekannt, in der mehrere ringförmige Öldurchgangsnuten konzentrisch zwischen Endflächen eines Paars von Scheiben, die einander zugewandt sind, gebildet sind. Weiterhin sind O-Ringe zwischen den benachbarten ringförmigen Öldurchgangsnuten vorgesehen, und Durchgangsöffnungen, die mit jeder ringförmigen Öldurchgangsnut verbunden sind, sind in der äußeren Endfläche von jeder Scheibe offen, um es zu erlauben, dass das Fluid zugeführt wird.
Jedoch ist die in JP S51-100323 A beschriebene Rotationsverbindung von einer Einbahnstruktur, in der das Fluid von einer Scheibe zu der anderen Scheibe passiert. Daher ist es schwierig, die bekannte Struktur auf eine Rotationswelle mit darin innenliegenden hin- und hergehenden Durchflusskanälen, wie z.B. einer Hauptspindel einer Werkzeugmaschine, anzuwenden. Insbesondere steigt, wenn die mit den hin- und hergehenden Durchflusskanälen versehene Rotationswelle mit einer hohen Geschwindigkeit rotiert, der Fluiddruck innerhalb der Verbindung auf der Ausstoßseite wegen des Drucks, der durch den Unterschied des Radius von eines Vorwärtskanal und eines Rückwärtskanals verursacht wird. Als ein Ergebnis steigt der innere Druck der Rotationsverbindung, was zu Fluidleckagen führen kann. Andererseits kann der drastische Abfall des Fluiddrucks innerhalb des Vorwärtskanals oder innerhalb der Verbindung ein Auftreten von Kavitation verursachen.
Die Druckschrift DE 199 16 106 A1 offenbart Maschinenelemente zum Durchführen von Medien über zwei sich relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen mit einer zwischen den Maschinenteilen liegenden Dichtung bestehend aus wenigstens zwei Dichtlippenpaaren, von denen mindestens ein Dichtlippenpaar dynamisch abdichtet. Die Maschinenteile weisen labyrinthartige Nuten oder Vertiefungen mit je einer Bohrung zum Durchführen des Mediums auf, wobei in den Nuten zwei Dichtlippen einer sich zwischen den beiden Maschinenteilen befindlichen Dichtung abdichtend hineinragt.
In JP 2001-328 048 A ist eine Drehdurchführung mit einer Drehwelle für ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine offenbart, die eine Kühlmittelöffnung im Zentrum, eine zentrale Welle mit Nuten in ihrer Außenfläche, eine Zwischenwelle, deren Innendurchmesser an die zentrale Welle angepasst ist und die mit einer Mehrzahl von Nuten in der äußeren Fläche versehen ist, und eine äußere Welle, deren Innendurchmesser an die Zwischenwelle angepasst ist, aufweist.
JP 2006-043817 A zeigt einen Kühlaufbau für eine Hauptspindel mit einer Strömungspassage, die mit einer Ansaugöffnung und einer Ausstoßöffnung versehen ist, in der Hauptspindel.
Die DE 10 2006 048 885 A1 offenbart eine Drehdurchführung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, wobei die Drehdurchführung einen Rotor und einen Stator aufweist und radial zwischen dem Rotor und dem Stator mehrere Dichtungen vorgesehen sind, um Raumbereiche zwischen dem Rotor und dem Stator abzudichten.
Unter solchen Umständen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotationswellenvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, ein Auftreten einer Leckage zu hemmen, und es zu erlauben, ein Fluid beständig zuzuführen, selbst wenn eine Rotationswelle mit hin- und hergehenden Durchflusskanälen für ein Fluid bei einer hohen Geschwindigkeit rotiert.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Um die Aufgabe zu lösen, ist ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Rotationswellenvorrichtung, die eine Rotationsverbindung enthält, die eine vordere Verbindungsscheibe und eine hintere Verbindungsscheibe aufweist. Die vordere Verbindungsscheibe ist in einer hinteren Endfläche einer Rotationswelle, die mit hin- und hergehenden Durchflusskanälen versehen ist, angeordnet. Die hintere Verbindungsscheibe ist so angeordnet, dass sie der vorderen Verbindungsscheibe gegenüberliegt und in der Lage ist, durch ein Pressteil bei einem vorbestimmten Druck gegen die vordere Verbindungsscheibe gepresst zu werden. Die vordere Verbindungsscheibe und die hintere Verbindungsscheibe sind jeweils mit Vorwärtsverbindungslöchern, die mit einer Vorwärtskanalseite der hin- und hergehenden Durchflusskanäle verbunden sind, und Rückwärtsverbindungslöchern, die mit der Rückwärtskanalseite der hin- und hergehenden Durchflusskanäle verbunden sind, versehen.
Weiterhin haben entweder die vordere Verbindungsscheibe oder die hintere Verbindungsscheibe, die einander gegenüberliegen, eine ringförmige innere Dichtung, die vorsteht und in dem Presszustand durch das Pressteil an der entgegengesetzten Fläche auf der Achsenseite der Verbindungsscheibe anstößt. Entweder die vordere Verbindungsscheibe oder die hintere Verbindungsscheibe, die einander gegenüberliegen, haben auch eine ringförmige äußere Dichtung, die konzentrisch zu der inneren Dichtung positioniert vorsteht und in dem Presszustand an der gegenüberliegenden Fläche am der äußeren Umfangsseite der Verbindungsscheibe anstößt.
Ein ringförmiger innerer Raum und ein ringförmiger äußerer Raum sind benachbart konzentrisch zueinander zwischen der inneren Dichtung und der äußeren Dichtung angeordnet. Der ringförmige innere Raum ist mit den Vorwärtsverbindungslöchern oder den Rückwärtsverbindungslöchern verbunden. Der ringförmige äußere Raum ist ebenfalls mit den Vorwärtsverbindungslöchern oder den Rückwärtsverbindungslöchern verbunden. Die Vorwärtsverbindungslöchern und Rückwärtsverbindungslöchern sind zumindest in der vorderen Verbindungsscheibe in der Umfangsrichtung der gegenüberliegenden Fläche in einem gleichen Abstand angeordnet.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Rotationswellenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt, in der eine ringförmige mittlere Dichtung den inneren Raum und den äußeren Raum trennt, und konzentrisch mit der inneren Dichtung und der äußeren Dichtung zumindest in einer der zueinander gegenüberliegenden Flächen vorstehend angeordnet ist.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Rotationswellenvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt, in der die mittlere Dichtung angeordnet ist, weniger als die innere Dichtung und die äußere Dichtung vorzustehen, um so einen Spalt zu bilden, durch den der innere Raum und der äußere Raum miteinander in dem Presszustand verbunden sind.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Rotationswellenvorrichtung gemäß dem dritten Aspekt, in der der Spalt gemäß der Anzahl von Umdrehungen der Rotationswelle variabel ist.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Rotationswellenvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Aspekte, in der die vordere Verbindungsscheibe mit einem Drosselmechanismus versehen ist, der eine Durchflusskanalquerschnittsfläche des Rückwärtsverbindungslöchern auf der entfernten Seite des Rotationszentrums der Rotationswelle vermindert, wenn die Anzahl der Umdrehungen der Rotationswelle ansteigt.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Rotationswellenvorrichtung gemäß dem fünften Aspekt, in der der Drosselmechanismus von einem Gleitkörper und einem antreibenden Teil gebildet wird. Der Gleitkörper kreuzt das Rückwärtsverbindungsloch und ist in der radialen Richtung der vorderen Verbindungsscheibe verschiebbar. Das antreibende Teil treibt den Gleitkörper in der Gleitrichtung an, die die Durchflusskanalquerschnittsfläche erhöht.
Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Rotationswellenvorrichtung gemäß dem fünften Aspekt, in der der innere Raum und der äußere Raum vereint gebildet sind.
Ein achter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Rotationswellenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt, in der das hintere Ende von zumindest entweder dem Vorwärtsverbindungsloch oder dem Rückwärtsverbindungsloch, die in der vorderen Verbindungsscheibe angeordnet sind, tiefer als eine radiale Position der hin- und hergehenden Durchflusskanäle, die in der radialen Richtung der Rotationswelle verbunden sind, angeordnet ist.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Rotationsgleichgewicht verbessert. Daher tritt wegen einem Nebeneinanderanordnen eine Leckage schwer auf, selbst wenn die mit den hin- und hergehenden Kanälen versehene Rotationswelle mit einer hohen Geschwindigkeit rotiert.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zu dem Effekt des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung eine Fluidleckage effektiver verhindert werden.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Dichtungswiderstand verringert werden, selbst wenn die mittlere Dichtung vorgesehen ist. Weiterhin kann ein durch die Zentrifugalkraft verursachter Druckanstieg des äußeren Raums zusätzlich zu dem Effekt des zweiten Aspekts unterdrückt werden.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung können der Druckabfall des inneren Raums und der Druckanstieg des äußeren Raums, die durch die Zentrifugalkraft mit einem Anstieg der Anzahl der Umdrehungen verursacht werden, zusätzlich zu dem Effekt des dritten Aspekts allmählich verbessert werden.
Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung können zusätzlich zu dem Effekt von einem des ersten bis vierten Aspekts der Fluiddruckabfall und Veränderungen der Durchflussrate innerhalb der Rotationswelle durch Anwenden des Drosselmechanismus unterdrückt werden.
Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es nutzbar, den Drosselmechanismus einfach und vernünftigerweise durch die Zentrifugalkraft, die durch die Rotation der der Rotationswelle erzeugt wird, zu betreiben.
Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Durchflussrate des Fluids zu den hin- und hergehenden Durchflusskanälen der Rotationswelle erhöht. Wenn das Fluid die Kühlflüssigkeit ist, ist der Wärmeübertragungskoeffizient erhöht. Daher kann zusätzlich zu dem Effekt des ersten Aspekts die Kühleffizienz verbessert werden.
Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Fluid beständig zu den hin- und hergehenden Kanälen ohne eine Störung des Einfließens durch Kavitation zugeführt werden, und eine Leckage der äußeren Dichtung aufgrund eines Druckanstiegs an einem Auslass kann zusätzlich zu dem Effekt des ersten Aspekts verhindert werden.

1 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Rotationswellenvorrichtung;
2A ist eine beschreibende Zeichnung, die die Endfläche einer vorderen Verbindungsscheibe zeigt, und 2B ist eine beschreibende Zeichnung, die die Endfläche einer hinteren Verbindungsscheibe zeigt;
3 ist eine beschreibende Zeichnung einer Variante einer Rotationsverbindung;
4 ist eine beschreibende Zeichnung einer Variante der Rotationsverbindung;
5 ist eine beschreibende Zeichnung einer Variante der Rotationsverbindung;
6A ist eine beschreibende Zeichnung einer Variante der Rotationsverbindung;
6B ist eine beschreibende Zeichnung eines Drosselmechanismus;
7 ist eine beschreibende Zeichnung einer Variante der Rotationsverbindung;
8 ist eine beschreibende Zeichnung einer Variante der Rotationsverbindung;
9 ist eine beschreibende Zeichnung einer Variante eines Verbindungsteils von Verbindungslöchern und hin- und hergehenden Kanälen einer Rotationsverbindung; und
10 ist eine beschreibende Zeichnung einer Variante der hin- und hergehenden Kanäle.

Ausführungsformen in Bezug auf die vorliegende Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Rotationswellenvorrichtung, die für eine Hauptspindel einer Werkzeugmaschine verwendet wird, zeigt. Die Rotationswellenvorrichtung 1 enthält eine Rotationswelle 3, die durch ein Gehäuse 2 durch vordere und hintere Kugellager 4, 4 drehbar gelagert ist, und durch einen nicht gezeigten Motor rotatorisch angetrieben wird. In der Achse der Rotationswelle 3 und am Ende der Rotationswelle 3 angeordnet ist ein Aufnahmeloch 3a für eine Zugstange, die eine Spannvorrichtung betreibt, gebildet.
Weiterhin sind innerhalb der Rotationswelle 3 hin- und hergehende Durchflusskanäle 5 für eine Kühlflüssigkeit gebildet. Der hin- und hergehende Durchflusskanal 5 ist in einer horizontalen U-Form aus einem Vorwärtskanal 6, einem Rückwärtskanal 7 und einem Verbindungskanal 8 zusammengesetzt. Der Vorwärtskanal 6 ist parallel zu der Achse der Rotationswelle 3, und ist nahe zu der Achse positioniert. Der Rückwärtskanal 7 ist ebenso parallel zu der Achse und ist auf der entfernten Seite zu der Achse positioniert. Der Verbindungskanal 8 erstreckt sich in der radialen
Richtung und verbindet die vorderen Enden (in 1 wird sich auf die linke Seite als die Vorderseite bezogen) des Vorwärtskanals 6 und des Rückwärtskanals 7, und ist in der Umfangsrichtung in einer Vielzahl in gleichen Abständen angeordnet.
Weiterhin ist ein Zylinder 9 mit dem hinteren Teil des Gehäuses 2 verbunden, und ein Kolben 10 ist in dem Zentrum des Zylinders 9 gehalten. Innerhalb des Kolbens 10 ist eine Mehrzahl von L-förmigen inneren Durchflusskanälen 11 auf dem konzentrischen Kreis mit den Vorwärtskanälen 6 der Rotationswelle 3 parallel zu der Achse gebildet. Die hinteren Enden der inneren Durchflusskanäle 11 sind in die radiale Richtung gebogen. Eine Mehrzahl von L-förmigen äußeren Durchflusskanälen 12 ist auf dem konzentrischen Kreis mit den Rückwärtskanälen 7 der Rotationswelle 3 parallel zu der Achse gebildet. Die hinteren Enden der äußeren Durchflusskanäle 12 sind in die radiale Richtung gebogen. Die hinteren Enden der inneren Durchflusskanäle 11 sind mit einer hinteren ringförmigen Nut 13, die umlaufend in dem äußeren Umfang des Kolbens 10 angeordnet ist, verbunden, und die hinteren Enden der äußeren Durchflusskanäle 12 sind mit jeweils einer vorderen ringförmigen Nut 14, die umlaufend in dem äußeren Umfang des Kolbens 10 angeordnet ist, verbunden.
Weiterhin sind in dem Zylinder 9 ein nach innen gerichteter Durchflusskanal 15 und ein nach außen gerichteter Durchflusskanal 16 so gebildet, dass der nach innen gerichtete Durchflusskanal 15 mit der hinteren ringförmigen Nut 13 verbunden ist, und der nach außen gerichtete Durchflusskanal 16 mit der vorderen ringförmigen Nut 14 verbunden ist. Der nach innen gerichtete Kanal 15 und der nach außen gerichtete Kanal 16 sind jeweils mit einer nicht gezeigten Kühlflüssigkeitsversorgungsvorrichtung verbunden. 17, 17, ... sind O-Ringe, die vor und hinter jeweiligen ringförmigen Nuten 13, 14 angeordnet sind, und den Spalt zwischen dem Zylinder 9 und dem Kolben 10 abdichten.
Weiterhin ist eine Rotationsverbindung 18 zwischen der Rotationswelle 3 und dem Kolben 10 angeordnet. Die Rotationsverbindung 18 ist aus einer vorderen Verbindungsscheibe 19 und einer hinteren Verbindungsscheibe 20 gebildet. Die vordere Verbindungsscheibe 19 ist an der hinteren Endfläche der Rotationswelle 3 befestigt, und die hintere Verbindungsscheibe 20 ist an der vorderen Endfläche des Kolbens 10 befestigt. In der vorderen Verbindungsscheibe 19 sind eine innere Dichtung 21A, eine mittlere Dichtung 21B und eine äußere Dichtung 21C als ringförmige Vorsprünge gebildet. Die innere Dichtung 21A, die in der radialen Richtung am innersten positioniert ist, und die äußere Dichtung 21C, die am äußersten positioniert ist, sind, wie in 2A gezeigt, jeweils konzentrisch vorstehend angeordnet. Weiterhin ist die mittlere Dichtung 21B, die zwischen der inneren Dichtung 21A und der äußeren Dichtung 21C positioniert ist, ebenfalls konzentrisch vorspringend angeordnet.
Weiterhin sind Vorwärtsverbindungslöcher 23, 23, ..., die konzentrisch mit den Vorwärtskanälen 6 der hin- und hergehenden Durchflusskanäle 5 verbunden sind, in einer Nut 22 gebildet, die zwischen der inneren Dichtung 21A und der mittleren Dichtung 21B vorgesehen ist. Wohingegen Rückwärtsverbindungslöcher 25, 25, ..., die konzentrisch mit den Rückwärtskanälen 7 der hin- und hergehenden Durchflusskanäle 5 verbunden sind, in einer Nut 24 gebildet sind, die zwischen der mittleren Dichtung 21B und der äußeren Dichtung 21C vorgesehen ist.
Hier sind hinsichtlich der hin- und hergehenden Kanäle 5 der Vorwärtskanal 6 und der Rückwärtskanal 7 in der Umfangsrichtung in einem gleichen Abstand angeordnet, und in der radialen Richtung der Rotationswelle 3 auf geraden Linien positioniert. Daher sind die Vorwärtsverbindungslöcher 23 und die Rückwärtsverbindungslöcher 25, wie in 2A gezeigt, in der Umfangsrichtung in einem gleichen Abstand angeordnet.
Andererseits sind in der hinteren Verbindungsscheibe 20 eine innere Dichtung 26A, eine mittlere Dichtung 26B und eine äußere Dichtung 26C als ringförmige Vorsprünge gebildet. Die innere Dichtung 26A, die in der radialen Richtung am innersten positioniert ist, und eine äußere Dichtung 26C, die am äußersten positioniert ist, sind, wie in 2B gezeigt, jeweils konzentrisch vorstehend angeordnet. Die mittlere Dichtung 26B, die zwischen der inneren Dichtung 26A und der äußeren Dichtung 26C positioniert ist, ist ebenfalls konzentrisch vorstehend angeordnet. Weiterhin sind Vorwärtsverbindungslöcher 28, 28, ..., die konzentrisch mit den inneren Durchflusskanälen 11 verbunden sind, in einer Nut 27 gebildet, die zwischen der inneren Dichtung 26A und der mittleren Dichtung 26B vorgesehen ist. Wohingegen Rückwärtsverbindungslöcher 30, 30, ..., die konzentrisch mit den äußeren Durchflusskanälen 12 verbunden sind, in einer Nut 29 gebildet sind, die zwischen der mittleren Dichtung 26B und der äußeren Dichtung 26C vorgesehen ist.
Hier ist die Anzahl der Vorwärtsverbindungslöcher 28 (der inneren Durchflusskanäle 11) größer als die der Rückwärtsverbindungslöcher 30 (der äußeren Durchflusskanäle 12). Zusätzlich sind jedes Vorwärtsverbindungsloch 28 und das Rückwärtsverbindungsloch 30 in der Umfangsrichtung innerhalb der jeweiligen Nuten 27, 29 in einem gleichen Abstand angeordnet.
Weiterhin ist hinter dem Kolben 10 eine Zylinderkammer 31 vorgesehen und bildet ein Pressteil, um den Kolben 10 mittels Zuführen des Fluids bei einem vorbestimmten Druck P von der Außenseite durch einen Versorgungskanal 32, der in dem Zylinder 9 gebildet ist, vorwärts zu pressen. Als ein Ergebnis presst die hintere Verbindungsscheibe 20 gegen die vordere Verbindungsscheibe 19. In dem Presszustand werden die inneren Dichtungen 21A, 26A, die mittleren Dichtungen 21B, 26B und die äußeren Dichtungen 21C, 26C veranlasst, aneinander anzustoßen, um die inneren und äußeren Umfänge und die Mitte von beiden Verbindungsscheiben 19, 20, abzudichten. Als ein Ergebnis kann jeweils ein ringförmiger innerer Raum 33 durch die gegenüberliegenden Nuten 22, 27 gebildet werden, und ein ringförmiger äußerer Raum 34 kann durch die gegenüberliegenden Nuten 24, 29 gebildet werden. Bezugszeichen 35 ist ein Rotationsverhinderungsstift, dessen Enden in den Kolben 10 und den Zylinder 9 mit Spiel eingebracht sind.
In der wie oben beschrieben gebildeten Rotationswellenvorrichtung 1 presst die hintere Verbindungsscheibe 20 gegen die vordere Verbindungsscheibe 19 mittels Zuführen des Fluids zu der Zylinderkammer 31 in einem Zustand der Rotation der Rotationswelle 3, wobei die Kühlflüssigkeit von den jeweiligen inneren Durchflusskanälen 11 durch die jeweiligen Verbindungslöcher 28 der hinteren Verbindungsscheibe 20 in den inneren Raum 33 eintritt, wenn die Kühlflüssigkeit von der Versorgungsvorrichtung zu dem nach innen gerichteten Durchflusskanal 15 zugeführt wird. Weiterhin tritt die Kühlflüssigkeit von den jeweiligen Vorwärtsverbindungslöchern 23, 23 der vorderen Verbindungsscheibe 19 in die jeweiligen hin- und hergehenden Durchflusskanäle 5 ein, durchfließt die Vorwärtskanäle 6, die Verbindungskanäle 8 und die Rückwärtskanäle 7 in der Reihenfolge und kühlt dabei die Rotationswelle 3.
Danach tritt die Kühlflüssigkeit durch die jeweiligen Rückwärtsverbindungslöcher 25 der vorderen Verbindungsscheibe 19 in den äußeren Raum 34 ein, durchströmt die jeweiligen äußeren Durchflusskanäle 12 durch die jeweiligen Rückwärtsverbindungslöcher 30 der hinteren Verbindungsscheibe 20 und kehrt von dem nach außen gerichteten Durchflusskanal 16 zu der Versorgungsvorrichtung zurück.
Zu diesem Zeitpunkt kann die Kühlflüssigkeit beständig von der hinteren Verbindungsscheibe 20 zu der vorderen Verbindungsscheibe 19 geliefert werden, selbst wenn die vordere Verbindungsscheibe 19 gemeinsam mit der Rotationswelle 3 mit einer hohen Geschwindigkeit rotiert. Dies kommt daher, da sowohl die hin- und hergehenden Durchflusskanäle 5 in der Rotationswelle 3 als auch die Vorwärtsverbindungslöcher 23 und die Rückwärtsverbindungslöcher 25 der vorderen Verbindungsscheibe 19 in der Rotationsverbindung 18 in der Umfangsrichtung in einem gleichen Abstand angeordnet sind. Hier ist insbesondere das Rotationsgleichgewicht weiter verbessert, da die Vorwärtsverbindungslöcher 28 und die Rückwärtsverbindungslöcher 30 in der Umfangsrichtung in den Nuten 27 und 29 jeweils in der hinteren Verbindungsscheibe 20 gut ausgeglichen angeordnet sind.
Somit sind gemäß der Rotationswellenvorrichtung 1 der oben beschriebenen Konfiguration, die ringförmigen inneren Dichtungen 21A, 26A und die ringförmigen äußeren Dichtungen 21C, 26C vorstehend angeordnet, und sind jeweils konzentrisch zu den Flächen der vorderen Verbindungsscheibe 19 und der hinteren Verbindungsscheibe 20. Die ringförmigen inneren Dichtungen 21A, 26A stoßen auf der Achsenseite der gegenüberliegenden Flächen aneinander an, und die ringförmigen äußeren Dichtungen 21C, 26C stoßen an der äußeren Umfangsseite der gegenüberliegenden Flächen in dem durch den Pressteil verursachten Presszustand aneinander an. Der ringförmige innere Raum 33 steht mit den Vorwärtsverbindungslöchern 23, 28 in Verbindung und der ringförmige äußere Raum 34 steht mit den Rückwärtsverbindungslöchern 25, 30 in Verbindung. Weiterhin sind der ringförmige innere Raum 33 und der ringförmige äußere Raum 34 benachbart konzentrisch zwischen den inneren Dichtungen 21A, 26A und den äußeren Dichtungen 21C, 26C, angeordnet. Die Vorwärtsverbindungslöcher 23 und die Rückwärtsverbindungslöcher 25 in den hin- und hergehenden Durchflusskanälen 5 und die vordere Verbindungsscheibe 19 sind in der Umfangsrichtung der gegenüberliegenden Flächen in einem gleichen Abstand angeordnet. Daher ist das Rotationsgleichgewicht verbessert, und eine Leckage tritt wegen der Anordnung der Vorwärtsverbindungslöcher 23 und der Rückwärtsverbindungslöcher 22 schwer auf, selbst wenn die Rotationswelle 3, die mit den hin- und hergehenden Kanälen 5 versehen ist, mit einer hohen Geschwindigkeit rotiert.
Insbesondere sind hier die ringförmigen mittleren Dichtungen 21B, 26B, die den inneren Raum 33 und den äußeren Raum 34 trennen, konzentrisch benachbart zu den inneren Dichtungen 21A, 26A und den äußeren Dichtungen 21C, 26C auf den Flächen der vorderen Verbindungsscheibe 19 und der hinteren Verbindungsscheibe 20, die einander gegenüberliegen, angeordnet. Daher kann eine Leckage der Kühlflüssigkeit effektiver verhindert werden.
Andere Ausführungsformen werden nachstehend beschrieben. Weil der Aufbau von Anderem als der Rotationsverbindung gleich mit dem ist, der in 1 gezeigten ist, wird hauptsächlich die Rotationsverbindung beschrieben. Weiterhin zeigen die Zeichnungen, die in jeweiligen Varianten gezeigt sind, die obere Seite der Rotationsverbindung.
In einer in 3 gezeigten Rotationsverbindung 18a sind die mittleren Dichtungen 21B, 26B angeordnet, um geringfügig weniger vorzustehen als andere Dichtungen, um so einen gewissen Spalt zwischen den vorderen und hinteren mittleren Dichtungen 21B, 26B in einem Presszustand der hinteren Verbindungsscheibe 20 vorbehalten.
Wie oben erwähnt kann ein Dichtungswiderstand reduziert werden, selbst wenn die mittleren Dichtungen 21B, 26B vorgesehen sind, wenn die mittlere Dichtungen 21B, 26B angeordnet sind, weniger als die inneren Dichtungen 21A, 26A und die äußeren Dichtungen 21C, 26C vorzustehen, um so den Spalt zu bilden, durch den der innere Raum 33 und der äußere Raum 34 miteinander in dem Presszustand verbunden sind. Weiterhin kann der durch die Zentrifugalkraft verursachte Druck des äußeren Raums 34, allmählich erhöht werden.
In einer in 4 gezeigten Rotationsverbindung 18b ist die mittlere Dichtung 26B auf der Seite der hinteren Verbindungsscheibe 20 als ein separater Körper hergestellt und angeordnet, um sich bezüglich zu der hinteren Verbindungsscheibe 20 vorwärts und rückwärts zu bewegen. Ein Aktuator, wie ein Hydraulikzylinder 37 oder dergleichen, ist mit einer Zylinderkammer 26 verbunden, die hinter der mittleren Dichtung 26B angeordnet ist, um so die vorstehende Position entsprechend der Anzahl von Umdrehungen der Rotationswelle 3 zu ändern.
Wenn der durch die mittleren Dichtungen 21B, 26B gebildete Spalt entsprechend der Anzahl von Umdrehungen der Rotationswelle 3 variabel gemacht wurde, kann der Dichtungswiderstand reduziert werden. Darüber hinaus können der Druckabfall des inneren Raums 33 und ein durch die Zentrifugalkraft verursacht Druckanstieg in dem äußeren Raums 34 unterdrückt werden, wenn die Anzahl der Umdrehungen ansteigt. Weiterhin kann die zu bewegende mittlere Dichtung in der vorderen Verbindungsscheibe vorgesehen sein.
In einer in 5 gezeigten Rotationsverbindung 18c ist ein ringförmiger vereinigter Raum 38 gebildet und durch Weglassen der mittleren Dichtung der innere Raum und der äußere Raum vereint. Weiterhin können in diesem Fall die Vorwärtsdurchflussseite und die Rückwärtsdurchflussseite des Fluids bezüglich der Vorwärtsverbindungslöcher 28 und der Rückwärtsverbindungslöcher 30 der hinteren Verbindungsscheibe 20 umgekehrt werden.
Mit dieser Konfiguration kann die Durchflussrate der Kühlflüssigkeit zu den hin- und hergehenden Durchflusskanälen der Rotationswelle 3 erhöht werden. Daher kann aufgrund eines Anstiegs des Wärmeübertragungskoeffizienten auf die Kühlflüssigkeit, die Kühleffektivität verbessert werden.
In einer in 6A und 6B gezeigten Rotationsverbindung 18d ist ein Aufnahmeteil 40 auf der Seite des Rotationszentrums in den Rückwärtsverbindungslöchern 25 auf der entfernten Seite von dem Rotationszentrum der vorderen Verbindungsscheibe 19 fortgesetzt angeordnet. Das Aufnahmeteil 40 nimmt einen Gleitkörper 39, der in der radialen Richtung verschiebbar ist, auf. Eine Spiralfeder 41 ist als ein antreibendes Teil angeordnet, das den Gleitkörper 39 in der radialen Richtung von der Außenseite zu der Seite des Aufnahmeteils 40 hin antreibt, um so einen Drosselmechanismus zu bilden.
Mit diesem Drosselmechanismus bewegt sich der Gleitkörper 39 in die Richtung, die von dem Aufnahmeteil 40 wegsteht, und arbeitet gegen die Antriebskraft der Spiralfeder 41, die durch die Zentrifugalkraft erzeugt wird, wenn die Anzahl der Umdrehungen der Rotationswelle 3 ansteigt. Als ein Ergebnis ist die Querschnittsfläche S des Durchflusskanals des Rückwärtsverbindungslochs 25 reduziert.
Durch Vorsehen des oben erwähnten Drosselmechanismus, der die Durchflusskanalquerschnittsfläche S des Rückwärtsverbindungslochs 25 auf der fernen Seite des Rotationszentrums der rotierenden Welle 3 entsprechend einem Anstieg der Anzahl von Umdrehungen der rotierenden Welle 3 reduziert, in der vorderen Verbindungsscheibe 19 können der Fluiddruckabfall und die Veränderungen in der Durchflussrate innerhalb der rotierenden Welle 3 unterdrückt werden. Insbesondere ist hier der Drosselmechanismus durch den Gleitkörper 39 und die Spiralfeder 41 gebildet, der durch die durch Rotation der rotierenden Welle 3 erzeugte Zentrifugalkraft betrieben wird. Daher kann der Drosselmechanismus einfach und in einer vernünftigen Weise erhalten werden.
Weiterhin können bezüglich des Antriebsteils andere Strukturen, so wie eine Spannfeder und dergleichen angewendet werden, um den Gleitkörper anzuziehen und ihn zu der Seite des Rotationszentrums hin anzutreiben.
Weiterhin können nicht nur durch Anwenden eines solchen Drosselmechanismus, sondern auch durch Einstellen des insgesamten Durchflusswiderstands der Rückwärtskanäle auf der fernen Seite von dem Rotationszentrum in den hin- und hergehenden Durchflusskanälen und den Rückwärtsverbindungslöchern, die mit den Rückwärtskanälen verbunden sind, höher als des insgesamten Durchflusswiderstands der Vorwärtskanäle auf der nahen Seite des Rotationszentrums und der Vorwärtsverbindungslöcher, die mit den Vorwärtskanälen verbunden sind, der Fluiddruckabfall und Veränderungen der Durchflussrate innerhalb der Rotationswelle 3 unterdrückt werden. Spezieller können sie durch Verkleinern des Lochdurchmessers der Durchflusskanäle und deren Verbindungslöcher, verglichen mit dem Lochdurchmesser der Durchflusskanäle und deren Verbindungslöcher, durch Verringern der Anzahl der Durchflusskanäle und der Kommunikationslöcher, oder durch Verlängern der Durchflusskanäle und der Kommunikationslöcher erreicht werden.
Weiterhin ist es nicht erforderlich, die äußere Dichtung und die innere Dichtung sowohl in der vorderen Verbindungsscheibe als auch in der hinteren Verbindungsscheibe anzuordnen und sie können wie in einer in 7 gezeigten Rotationsverbindung 18e nur in einer davon angeordnet werden. Dasselbe gilt bezüglich der mittleren Dichtung, und es nicht notwendig, sie in beiden Vorsprüngen anzuordnen.
Andererseits ist in den in 8 bis 10 gezeigten Rotationswellenvorrichtungen das hintere Ende der Verbindungslöcher, die in der vorderen Verbindungsscheibe angeordnet sind, geringer, als die radiale Position der hin- und hergehenden Durchflusskanäle in der radialen Richtung der Rotationswelle angeordnet (die Position ist bei einem kleineren Radius als der Radius). Daher kann das Fluid zu den hin- und hergehenden Kanälen beständig, ohne ein Einfließen durch Kavitation zu stören, zugeführt werden, und eine durch ein Ansteigen des Drucks bei einem Auslass verursachte Leckage von der äußeren Dichtung kann verhindert werden.
Spezieller hat eine in 8 gezeigte Rotationsverbindung 18f den Aufbau, in dem die Verbindungslöcher 23, 25, die in der vorderen Verbindungsscheibe 19 gebildet sind, jeweils in der radialen Richtung der rotierenden Welle 3 einwärts geneigt sind, so dass die hinteren Enden auf der Seite des inneren Raums 33 und auf der Seite des äußeren Raums 34 bezüglich der vorderen Enden, die mit dem Vorwärtskanal 6 und dem Rückwärtskanal 7 verbunden sind, in den Positionen mit kleinerem Durchmesser als die radiale Position der Vorwärtskanäle 6 und der Rückwärtskanäle 7 sind. Eine in 9 gezeigte Rotationsverbindung 18g hat den Aufbau, in dem die Mittelpunkte der Verbindungslöcher 23, 25, die parallel zu der Achse der Rotationswelle 3 sind, angeordnet sind, um sich so in der radialen Richtung der Rotationswelle 3 bezüglich der Zentren der Vorwärtskanäle 6 und der Rückwärtskanäle 7 zu der Seite des kleineren Radius zu verschieben. Eine in 10 gezeigten Rotationsverbindung 18h hat den Aufbau, in dem die hinteren Enden der Vorwärtskanäle 6 und der Rückwärtskanäle 7 in der radialen Richtung der Rotationswelle 3 zu der Seite des kleineren Radius geneigt sind, und jeweils parallel zu der Achse der Rotationswelle 3 mit den Verbindungslöchern 23, 25 verbunden sind.
Weiter ist es bezüglich dieser Aufbauten nicht notwendig, den selben Aufbau sowohl auf die Vorwärtsverbindungslöcher als auch auf die Rückwärtsverbindungslöcher anzuwenden. Der Aufbau kann entweder in nur einen von den Vorwärtsverbindungslöchern und den Rückwärtsverbindungslöchern angeordnet sein, oder der angewendete Aufbau kann zwischen den Vorwärtsverbindungslöchern und den Rückwärtsverbindungslöchern unterschiedlich sein.
Weiterhin sind andere Strukturen der Rotationswellenvorrichtung nicht auf die oben beschriebenen Konfigurationen beschränkt. Zum Beispiel ist es auch möglich, die Vorwärtskanäle und die Rückwärtskanäle in den hin- und hergehenden Durchflusskanälen umzukehren, einen elastischen Körper, wie eine Schraubenfeder, eine Scheibenfeder oder dergleichen, zu verwenden, und den Druck des Fluids selbst, das durch die hin- und hergehenden Kanäle fließt, für das Pressteil für die hintere Verbindungsscheibe zu verwenden. Es ist selbstverständlich, dass es auch möglich ist, die Rotationsverbindung für eine Rotationswelle, die eine andere als die Hauptspindel ist, zu verwenden.
Weiterhin sind in den oben beschriebenen Konfigurationen die Vorwärtsverbindungslöcher und die Rückwärtsverbindungslöcher sowohl in der vorderen Verbindungsscheibe als auch der hinteren Verbindungsscheibe der Rotationsverbindung zusätzlich zu den hin- und hergehenden Durchflusskanälen der Rotationswelle in der Umfangsrichtung in einem gleichen Abstand angeordnet. Jedoch ist das Rotationsgleichgewicht verbessert, sofern die Durchflusskanäle und die Verbindungslöcher zumindest in den hin- und hergehenden Durchflusskanälen und der vorderen Verbindungsscheibe in einem gleichem Abstand angeordnet sind. Daher kann eine gleiche Anordnung für die hintere Verbindungsscheibe nicht angewendet werden.
Weiterhin ist der hin- und hergehende Durchflusskanal nicht auf die Struktur eines Angeordnetseins innerhalb der rotierenden Welle beschränkt. Zum Beispiel kann der Spalt zwischen der Zugstange und dem Aufnahmeloch für den Vorwärtskanal verwendet werden, oder eine Hülse kann in das Aufnahmeloch eingebracht werden, und der Spalt zwischen der inneren Oberfläche des Aufnahmelochs und der äußeren Oberfläche der Hülse kann zu dem Vorwärtskanal oder dem Rückwärtskanal gemacht werden. Weiterhin können mehrere hin- und hergehende Durchflusskanäle zu einem Satz gemacht werden, und mehrere Sätze können in einem gleichen Abstand angeordnet werden, oder Kombinationen davon sind ebenfalls anwendbar.
Zusätzlich ist die vordere Verbindungsscheibe oder die hintere Verbindungsscheibe nicht darauf beschränkt, ein Teil aus einem Körper gebildet zu sein. Zum Beispiel kann sie ein Teil sein, in dem die Seite des Vorwärtsverbindungslochs und die Seite des Rückwärtsverbindungslochs jeweils getrennt sind.

Claims

Rotationswellenvorrichtung (1), die eine Rotationsverbindung (18) aufweist, die eine vordere Verbindungsscheibe (19), die in einer hinteren Endfläche einer Rotationswelle (3), die mit hin- und hergehenden Durchflusskanälen (5) versehen ist, angeordnet ist, und eine hintere Verbindungsscheibe (20) enthält, die angeordnet ist, um der vorderen Verbindungsscheibe (19) gegenüberzuliegen, und die in der Lage ist, durch ein Pressteil bei einem vorbestimmten Druck gegen die vordere Verbindungsscheibe (19) gepresst zu werden, und die vordere Verbindungsscheibe (19) und die hintere Verbindungsscheibe (20) jeweils mit Vorwärtsverbindungslöchern (23, 28), die mit einer Vorwärtskanal (6) -Seite der hin- und hergehenden Durchflusskanälen (5) verbunden sind, und Rückwärtsverbindungslöchern (25, 30), die mit einer Rückwärtskanal (7)-Seite der hin- und hergehenden Durchflusskanäle (5) verbunden sind, versehen sind, wobei eine ringförmige innere Dichtung (21A, 26A) in zumindest entweder einer Fläche der vorderen Verbindungsscheibe (19) oder einer Fläche der hinteren Verbindungsscheibe (20), die einander gegenüberliegen, vorstehend angeordnet ist, und in dem Presszustand durch das Pressteil an der gegenüberliegenden Fläche an der Achsseite der gegenüberliegenden Verbindungsscheibe nahe einer Achse der Rotationswelle (3) anstößt, eine ringförmige äußere Dichtung (21C, 26C) in zumindest einer der gegenüberliegenden Flächen vorstehend angeordnet ist, und in dem Presszustand an der gegenüberliegenden Fläche an der äußeren Umfangsseite der gegenüberliegenden Verbindungsscheibe anstößt, und konzentrisch zu der inneren Dichtung (21A, 26A) positioniert ist, ein ringförmiger innerer Raum (33) mit den Vorwärtsverbindungslöchern (23, 28) oder den Rückwärtsverbindungslöchern (25, 30) verbunden ist, und ein ringförmiger äußerer Raum (34) mit den Rückwärtsverbindungslöchern (23, 28) oder den Vorwärtsverbindungslöchern (25, 30) verbunden ist, wobei der ringförmige innere Raum (33) und der ringförmige äußere Raum (34) benachbart konzentrisch zueinander zwischen der inneren Dichtung (21A, 26A) und der äußeren Dichtung (21C, 26C) angeordnet sind, und die Vorwärtsverbindungslöcher (23, 28) und die Rückwärtsverbindungslöcher (25, 30) zumindest in der vorderen Verbindungsscheibe (19) in der Umfangsrichtung der gegenüberliegenden Fläche in einem gleichen Abstand angeordnet sind.
Rotationswellenvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei eine ringförmige mittlere Dichtung (21B, 26B), die den inneren Raum (33) und den äußeren Raum (34) trennt, konzentrisch zu der inneren Dichtung (21A, 26A) und der äußeren Dichtung (21C, 26C) zumindest in einer der einander gegenüberliegenden Flächen vorstehend angeordnet ist.
Rotationswellenvorrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei die mittlere Dichtung (21B, 26B) so angeordnet ist, dass sie weniger als die innere Dichtung (21A, 26A) und die äußere Dichtung (21C, 26C) vorsteht, um so einen Spalt zu bilden, durch den in dem Presszustand der innere Raum (33) und der äußere Raum (34) miteinander verbunden sind.
Rotationswellenvorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, wobei der Spalt entsprechend der Anzahl der Umdrehungen der Rotationswelle (3) variabel ist.
Rotationswellenvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die vordere Verbindungsscheibe (19) mit einem Drosselmechanismus versehen ist, der eine Durchflusskanalquerschnittsfläche des Rückwärtsverbindungslochs (25, 30) auf der entfernten Seite von dem Rotationszentrum der Rotationswelle (3) reduziert, wenn die Anzahl der Umdrehungen der Rotationswelle (3) ansteigt.
Rotationswellenvorrichtung (1) gemäß Anspruch 5, wobei der Drosselmechanismus durch einen Gleitkörper (39), der das Rückwärtsverbindungsloch (25, 30) kreuzt und in der radialen Richtung der vorderen Verbindungsscheibe (19) verschiebbar ist, und ein antreibendes Teil, das den Gleitkörper (39) in der Gleitrichtung antreibt, wobei die Durchflusskanalquerschnittsfläche ansteigt, gebildet wird.
Rotationswellenvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei der innere Raum (33) und der äußere Raum (34) vereint gebildet sind.
Rotationswellenvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das hintere Ende von zumindest einem von den Vorwärtsverbindungslöchern (23, 28) und den Rückwärtsverbindungslöchern (25, 30), die in der vorderen Verbindungsscheibe (19) angeordnet sind, tiefer als eine radiale Position der hin- und hergehenden Durchflusskanäle (5), die in der radialen Richtung der Rotationswelle (3) verbunden sind, angeordnet ist.