DE102015013693B3 - Drehdurchführung mit schwimmenden, selbsanlegenden O-Ringen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine nachrüstbare, ringförmige Drehdurchführung, bestehend aus einem Innenring (2) und einem Außenring (3) insbesondere für Traktoren mit einer Reifendruckverstellanlage. Die Drehdurchführung kann außerhalb des Achskörpers auf der Innenseite der Traktorräder angebracht werden und erübrigt somit eine Leitungsführung über die Kotflügel. Ein erstes wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Drehdurchführung sind die schwimmenden, sich stets selbstanlegenden Dichtungsringe (21) und (22), die mehrachsige Positionsverlagerungen zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) vom mindestens +/–0,5 mm ohne Funktionseinschränkung tolerieren und eine präzise Führung zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (3) überflüssig machen. Ein zweites wesentliches Merkmal sind die geringen Herstellkosten, die einerseits durch sehr einfach aufgebaute Gleichteile aus Kunststoff und Stahlblech und andererseits durch die Lagerung mit einfachen, auf einem Umfang verteilten Laufrollen (4) ermöglicht. Ein drittes wesentliches Merkmal ist die Anordnung der luftführenden Ringkanäle (8) und (19) im Außenring (3) und im Innenring (2), die mit einem kleineren Überströmkanal (20) verbunden sind und eine Drehdurchführung mit einem sehr geringen Raumbedarf ermöglicht. Ein viertes wesentliches Merkmal sind je zwei integrierte elektrische Übertrager (14) und Schmutzdichtungen (12) auf der Basis von schwimmenden Ringen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine nachrüstbare, ringförmige Drehdurchführung mit einem geringen Reibmoment, insbesondere für Traktoren mit einer Reifendruckverstellanlage. Die Drehdurchführung kann außerhalb des Achskörpers und Achsantriebs auf der Innenseite der Traktorräder angebracht werden und erübrigt somit eine Leitungsführung über die Kotflügel.
• DER STAND DER TECHNIK
• Bei luftbereiften Radfahrzeugen mit einer Reifendruckverstellanlage und einer fahrzeugseitigen Druckluftversorgung ist an den betroffenen Rädern je eine Drehdurchführung erforderlich. Eine nachrüstbare Drehdurchführung kann sowohl außen am Rad als auch innen am Rad installiert werden. Ist die Drehdurchführung außen am Rad installiert, so ist eine Leitungsführung über dem Kotflügel erforderlich. Wird die Drehdurchführung auf der Innenseite des Rades installiert, so kann die Drehdurchführung in den Achskörper integriert werden oder die Drehdurchführung wird ringförmig, außerhalb des Achskörpers installiert. Eine Drehdurchführung innerhalb des Achskörpers ist mit vertretbarem Aufwand nicht nachrüstbar. Für eine Nachrüstung der Traktorräder mit einer Drehdurchführung auf der Innenseite der Räder wird die Drehdurchführung vorteilhaft ringförmig ausgeführt, damit die Drehdurchführung außerhalb des Achskörpers angebracht werden kann. Ringförmige Drehdurchführungen sind bisher nicht üblich, da es trotz immenser, möglicher Vorteile, noch keine, in allen Belangen geeignete, Konstruktion gibt. Hier sind zwei Entwicklungen, die DE 10 2011 014 025 A1 und die DE 10 2012 006 901 B3 zu nennen, die sich durch sehr geringe Reibmomente auszeichnen, jedoch einen erheblichen Fertigungsaufwand bedingen.
• Übliche, ringförmige Drehdurchführungen besitzen prinzipiell zwei konzentrisch zueinander drehbar gelagerte Ringe, die einerseits den Innenring und andererseits den Außenring bilden. Der Innenring ist drehfest mit dem Fahrzeugkörper verbunden und der Außenring dreht sich gemeinsam mit dem Rad. Zwischen dem Innenring und dem Außenring befindet sich mindestens ein, mit Dichtungen begrenzter, Ringkanal, wobei der Außenring eine Leitungsverbindung zwischen dem Ringkanal und dem Reifen aufweist und der Innenring eine Leitungsverbindung zwischen dem Ringkanal und der fahrzeugseitige Luftversorgung aufweist. Neben den Einleiteranlagen mit nur einem Ringkanal je Drehdurchführung werden auch Zweileiteranlagen verwendet, die zwei Ringkanäle je Drehdurchführung besitzen. Bei den Zweileiteranlagen dient eine erste Leitung als Versorgungsleitung und eine zweite Leitung als Steuerleitung, die einem geringeren Querschnitt aufweisen kann. Die pneumatische Steuerleitung kann durch einen elektrischen Übertrager ersetzt werden, der die Ansteuerung eines elektrischen Ventiles realisiert. Zur Erhöhung der Lebensdauer und der Betriebssicherheit der Drehdurchführungen werden in zunehmendem Maße Zweileiteranlagen verwendet, welche die Dichtungen der Drehdurchführungen nur beim Verstellvorgang mit Druckluft belasten. Trotzdem ist die Lebensdauer der Drehdurchführungen mit größeren Durchmessern und konventionellen Dichtungen zunächst sehr kritisch zu beurteilen, da mit größer werdenden Durchmessern neben den Gleitgeschwindigkeiten die Reibkräfte und besonders die Reibmomente stark ansteigen.
• Die hohen Reibmomente gilt es zu reduzieren, dies auch bei toleranzbedingten axialen und radialen Verschiebungen zwischen dem Außenring und dem Innenring der Drehdurchführung.
• In DE 10 2006 047 840 A1 soll das Reibmoment durch den Venturi-Effekt reduziert werden, der den Druck reduzieren soll, der die Dichtungen beaufschlagt. Eine Zwischenkammer, die über ein Labyrinth mit der Dichtung verbunden ist, ist als Venturidüse ausgebildet. Die Venturidüse bietet für die vorliegende Aufgabenstellung keinen Lösungsbeitrag.
• In WO 2014/022 265 A1 ist eine weitgehende axiale und radiale Verschiebung des Innenrings und des Außenrings möglich, ohne die Dichtigkeit der Dichtungen zu gefährden. Realisiert wird dies mit konventionell befestigten Lippendichtungen. Die hohen Reibmomente der Lippendichtung sollen hier mit gleitfähigen Kunststoffmaterialien unterdrückt werden. Die vorgeschlagene Lippendichtung bietet für die vorliegende Aufgabenstellung keinen Lösungsbeitrag.
• In US 4 925 219 A werden die Reibmomente je Dichtung reduziert. Insbesondere bei sehr hohen Drücken (größer 100 bar) sollen hier zwei Dichtungen jeweils in Reihe geschaltet eine Dichtung ersetzen. Der Druck soll an jeder einzelnen Dichtung so jeweils halbiert werden. Es werden jeweils konventionelle Lippendichtungen vorgeschlagen. Die vorgeschlagene Anordnung der Lippendichtungen bietet für die vorliegende Aufgabenstellung keinen Lösungsbeitrag.
• DIE AUFGABENSTELLUNG
• Eine ringförmige Drehdurchführung mit einem Innendurchmesser von bis zu ca. 500 mm und einer internen Lagerung des Innenrings gegenüber dem Außenring, lässt sich als selbsttragende Drehdurchführung auf der Innenseite des Rades außerhalb des Achsgehäuses verbauen und auch nachrüsten. Gleichzeitig sollte dabei jedoch die axiale Breite der Drehdurchführung nicht größer sein als ca. 50 mm, um nicht mit Fahrwerksteilen zu kollidieren. Die Differenz zwischen dem äußeren und dem inneren Radius sollte nicht mehr als ca. 65 mm betragen, da der Freiraum vom Innendurchmesser der Felge und vom Außendurchmesser des Radflansches und des Achskörpers begrenzt wird. Um insbesondere die Baubreite von max. 50 mm erreichen zu können, soll hier vorzugsweise eine 1-kanalige Luftdrehdurchführung mit einem elektrischen Drehübertrager kombiniert werden. Es gilt also eine ringförmige Drehdurchführung mit einer Querschnittfläche von max. 50 mm mal ca. 65 mm mit einer integrierten Wälzlagerung zwischen dem Außenring und dem Innenring für eine Zweileiter-Reifendruckverstellanlage mit einem Luftkanal und einem elektrischen Kanal zu realisieren. Diese Querschnittsfläche ergibt sich bei einem Schnitt entlang der Drehachse der Drehdurchführung. Dabei sollten die Dichtungen so gestaltet werden, dass sich trotz einer höheren Gleitgeschwindigkeit von bis zu 5 m/s auf Grund des größeren Durchmessers, sowohl unter Druck als auch im drucklosen Zustand, eine möglichst geringe Beanspruchung der Dichtungen und entsprechend geringe Reibmomente ergeben. Die Drehdurchführung sollte insbesondere bei den Reifendruckverstellanlagen eingesetzt werden, bei denen die Drehdurchführung nur während des Verstellvorgangs unter Druck steht und die Verstellung des Reifendruckes während der Fahrt erfolgt. Für die Beanspruchung der Dichtungen gibt es damit zwei wesentliche Betriebszustände, das fahrende Fahrzeug und das fahrende Fahrzeug während des Verstellvorgangs. Darüber hinaus sollen die Dichtungen und die Einzelteile des Gehäuses aus Kunststoff und Stahlblechen gefertigt werden können, um möglichst günstige Herstellkosten zu erreichen. Im Interesse einer geringen Lagerbelastung der Lagerung zwischen dem Innenring und dem Außenring, sollten der Innenring und der Außenring radial übereinander liegen (Rohr in Rohr) und nicht axial nebeneinander angeordnet (Scheibe an Scheibe) sein. Nur so kann die Lagerbelastung auf Grund des Innendruckes theoretisch zu Null reduziert werden, was eine vereinfachte, kostengünstige Lagerung möglich macht. Vorzugsweise der Außenring der Drehdurchführung wird am Rad befestigt und bietet die erforderlichen Anschlüsse zum Steuerventil am Rad. Vorzugsweise der Innenring der Drehdurchführung bietet die erforderlichen Leitungsverbindungen zum Fahrzeugkörper und ist drehfest mit dem Fahrzeugkörper verbunden. Die tangential, zylindrisch verlaufende Trennfuge zwischen dem Innenring und dem Außenring ermöglicht axial nebeneinander liegende Ringnuten und Dichtungen. Damit sich dies nicht negativ auf die Baubreite der gesamten Drehdurchführung auswirkt, werden vorzugsweise runde Dichtringe mit einem Durchmesser von ca. 3 mm eingesetzt. Ähnliche Lösungen mit runden Ringen sollen auch für die Funktionen, Schmutzdichtung und elektrische Übertrager verwendet werden. Die wesentliche Problematik ist beim fahrenden Traktor das Reibmoment der Drehdurchführung unter Druck. Das Reibmoment ergibt sich aus der Dichtungsvorspannung, dem Betriebsdruck, der Größe der mit Druck beaufschlagten projizierten Fläche der Dichtung, dem Reibbeiwert zwischen Dichtung und Gegenfläche und dem Radius der Drehdurchführung. Wenn man bedenkt, dass die mit Druck beanspruchte Dichtungsfläche linear mit dem Durchmesser der Drehdurchführung steigt und der Hebelarm der Reibkräfte ebenso linear mit Durchmesser der Drehdurchführung steigt, so erkennt man eine quadratische Abhängigkeit des Reibmomentes vom Durchmesser der Drehdurchführung. Ebenso steigt die Gleitgeschwindigkeit mit dem Durchmesser der Drehdurchführung. Es gilt, trotz der hier vorliegenden, quadratischen Abhängigkeit des Reibmomentes vom Durchmesser der Drehdurchführung ein vertretbar geringes Reibmoment zu erreichen. Dies soll erreicht werden durch einen geringen Reibwert und insbesondere eine kleine, druckbeaufschlagte, projizierte Fläche der Dichtungen. Dabei kann hier vor dem Hintergrund der Anwendung bei Traktoren von einem Innendurchmesser von max. 500 mm, von einem geringen Maximaldruck von ca. 4 bar und von einer maximalen Gleitgeschwindigkeit von ca. 5 m/s ausgegangen werden. Ebenso soll die Lösung auf die weniger belastungsintensiven 2-Kanal-Reifenregelanlagen beschränkt werden. Mit der vorliegenden Ausführung mit einem Luftkanal und zwei elektrischen Übertragern sollen mit dem erfindungsgemäßen Dichtungskonzept insbesondere die Ziele, eine maximale Baubreite von 50 mm, insbesondere geringe Herstellkosten und ein geringes Reibmoment erreicht werden.
• DIE LÖSUNG
• Die Aufgabe soll erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, indem eine O-Ringdichtung vorteilhaft, der jeweiligen Aufgabe entsprechend, gestaltet wird. Die verschiedenen Aufgaben sind: Dichten gegen Druckluft, Erzeugung von zwei elektrischen Übertragern und die Realisierung von zwei Schmutzdichtungen.
• Vor dem Hintergrund, dass die Drehdurchführung nur etwa 10% der Betriebszeit, jeweils nur für wenige Minuten unter Druck steht und 90% der Betriebszeit drucklos ist, ist eine Dichtung zu gestalten, die insbesondere drucklos möglichst ohne Reibung arbeitet und unter Druck ein möglichst geringes Reibmoment erzeugt. Da die Drehdurchführung wartungsfrei arbeiten soll, ist auf eine Schmierung zu verzichten.
• Damit die Dichtung gegen Druckluft im drucklosen Zustand fast reibungsfrei ist, wird der O-Ring als schwimmender O-Ring gestaltet. Um geringe Reibwerte unter Druck zu erreichen wird der O-Ring nicht aus Gummi, sondern aus einem gleitfähigen, steifen Kunststoff gefertigt. Im Gegensatz zu den schwimmenden O-Ringen, wie sie bei linear bewegten Pneumatikzylindern bekannt sind (siehe O-Ring Handbuch, Fa. PARKER Prädifa von 2014, Seite 14 und 15), wird hier erfindungsgemäß nicht der Außendurchmesser des O-Rings in dichtenden Wandkontakt gebracht, sondern der Innendurchmesser des O-Rings. Mit einer geringen Vorspannung (unter 0,5% Dehnung) wird der O-Ring an seinem Innendurchmesser mit einer kegeligen Fläche, die vorzugsweise ein Bestandteil des Innenrings ist, in Wandkontakt gebracht. Die O-Ringnut ist sowohl in der Breite als auch in der Höhe deutlich größer als die Dicke des O-Rings. Der O-Ring hat vorzugsweise einen Durchmesser von ca. 3 mm. Der O-Ring kann sich sowohl axial als auch radial gegenüber der O-Ringnut schwimmend bewegen und wird bei Druckbeaufschlagung der Dichtung an die dem Druck abgewandte Seitenwand der O-Ringnut angelegt, die vorzugsweise ein Bestandteil des Außenrings ist. Der Vorgang ist kurzzeitig nicht leckagefrei, was die Funktion der Drehdurchführung nicht beeinträchtigt. Hier soll die kegelige Fläche den Anlagevorgang unterstützen und die kurzzeitige Leckage reduzieren. Vorzugsweise der Innenring besitzt die kegelige Fläche, die zur der Seitenwand der O-Ringnut hin sich verjüngt, die vorzugsweise zum Außenring gehört und in Druckrichtung hinter dem O-Ring liegt und einen Gefällewinkel gegenüber der Drehachse der Drehdurchführung von mindestens 10° aufweist. Der O-Ring soll erfindungsgemäß bedingt durch die Ringvorspannung, durch das Gefälle und zusätzlich durch die Druckbeaufschlagung in die dichtende Position rutschen. Es ist ein drucklos sich selbst anlegender Dichtring.
• Idealerweise rotiert der Ring unter Druckbeanspruchung mit etwa der halben Drehzahl, was die sehr hohen Gleitgeschwindigkeiten von 5 m/s etwa halbieren wird. Da ein O-Ring aus Gummi zu hohe Reibkräfte verursachen und infolge von Stick-Slip-Effekten zu Dehnschwingungen neigen würde, wird hier ein O-Ring aus einem gleitfähigen und steifen Kunststoff verwendet (z. B modifiziertes PTFE), der nur geringe Stick-Slip-Effekte zeigt. Bei derartigen O-Ringen, mit einem Durchmesser von ca. 3 mm, kann der Dichtspalt, der vom O-Ring abzudichten ist, durchaus etwa 1 mm betragen, ohne dass die Gefahr einer Beschädigung des O-Ringes durch Extrusion besteht. Somit kann sich der Innenring gegenüber dem Außenring sowohl axial als auch insbesondere radial um mindestens je +/–0,5 mm bewegen, ohne die Dichtfunktion dabei zu gefährden.
• Diese erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine entsprechende Gesamtkonstruktion, die grobe Toleranzen ermöglicht und diese ohne Funktionseinschränkung erduldet. Diese Möglichkeit auf enge Toleranzen verzichten zu können, ermöglicht eine sehr kostengünstige Lagerung von Innenring und Außenring mit einfachen, am Umfang angeordneten Laufrollen mit einem entsprechenden Laufspiel.
• Die möglichen, groben Toleranzen sind die wohl wichtigste Voraussetzung für die geforderten geringen Fertigungskosten und für die Verwendung von Gehäuseteilen aus Kunststoff. Die gesamte Drehdurchführung ist im Interesse geringer Herstellkosten aus möglichst vielen Gleichteilen konsequent spiegelbildlich aufgebaut. Das z. B. spritzgegossene Kunststoffgehäuse stellt die Gleitflächen des O-Rings zur Verfügung, so die vorzugsweise zum Außenring zugehörige, plane Seitenfläche der O-Ringnut und auch die um mindestens 10° zur Drehachse der Drehdurchführung geneigte kegelige, konzentrische Gleitfläche vorzugsweise des Innenrings. Die kegelige Gleitfläche begünstigt die Spritzgießfertigung mit einer hohen Oberflächengüte ohne Entformungsriefen. Mit der Wahl des Kunststoffs lassen sich die Gleit- und Verschleißeigenschaften gegenüber dem O-Ring nochmals sehr positiv beeinflussen, was eine wichtige Voraussetzung zur Erreichung eines geringen Reibmomentes ist.
• Das Kunststoffgehäuse aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff ermöglicht eine einfache Integration eines elektrischen Übertragers. Zur Stabilisierung des Gesamtverbundes werden beidseitige Blechscheiben vorgeschlagen, um Verzüge und Wärmedehnungen zu kompensieren und um elektrisch leitfähige Komponenten für den elektrischen Übertrager zu erhalten. Für einen elektrischen Kanal sind zwei Übertrager erforderlich, um insbesondere die Lagerungen des Fahrzeugs vor Stromdurchgang zu schützen. Die elektrischen Übertrager werden in den seitlichen Abschlussplatten aus Blech integriert. Auch hier wird das Prinzip des schwimmenden Ringes angewendet. Erfindungsgemäß wird ein Ring aus einem gleitfähigen, elektrisch leitfähigen Material verwendet, der in radialer Richtung so onduliert ist, dass der Ring wechselweise gleichzeitig den Innenring und den Außenring mit einer geringen Vorspannung berührt und somit den elektrischen Strom vom Außenring zum Innenring übertragen kann und umgekehrt. Die Stromübertragung erfolgt zwischen der Ringnut und der Lauffläche mittelbar durch den ondulierten Ring. Idealerweise rotiert der ondulierte Ring mit etwa der halben Drehzahl.
• Die Schmutzabdichtung ist ebenso in den seitlichen Abdeckplatten aus Blech integriert. Auch hier wird das Prinzip des schwimmenden Ringes vorzugsweise aus Kunststoff angewendet. Hier soll der schwimmende Ring erfindungsgemäß als Labyrinthdichtung fungieren. Eine berührende Dichtfunktion übernimmt der Ring nur gelegentlich etwa bei einer Wäsche des Fahrzeugs mit einem Hochdruckreiniger, um ein Eindringen des Wasserstrahls zu verhindern.
• EIN AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
• Die zuvor beschriebene, erfindungsgemäße Lösung soll an einem Beispiel ausführlich erläutert werden. Die verschiedenen Figuren zeigen verschiedene Schnitte einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung, die entlang der Drehachse geschnitten ist. Dabei ist jeweils nur der Schnitt oberhalb der Drehachse dargestellt.
• In 1 ist ein erster Schnitt durch eine erfindungsgemäße 2-kanalige Drehdurchführung (ein Luftkanal und ein elektrischer Kanal) entlang der Drehachse 1 dargestellt. Die Drehdurchführung besteht aus zwei wesentlichen Komponenten, dem Innenring 2 und dem Außenring 3. Wahlweise kann sowohl der Innenring als auch der Außenring als entweder als Stator oder als Rotor benutzt werden. Der Außenring 3 ist gegenüber dem Innenring 2 mit mehreren Laufrollen 4 drehbar gelagert. Mindestens drei Laufrollenachsen 5 sind auf einem Umfang der Drehdurchführung verteilt.
• Der Außenring 3 besteht aus zwei baugleichen, inneren Außenring-Gehäuseringen aus Kunststoff, einem ersten Außenring-Gehäusering 6 und einem zweiten Außenring-Gehäusering 7, die gemeinsam einen Außenringkanal 8 bilden. Am Außenring-Gehäusering 6 ist eine erste äußere, kreisringförmige Außenring-Deckscheibe 9 aus Stahlblech angeordnet. Am Außenring-Gehäusering 7 ist eine zweite äußere, kreisringförmige Außenring-Deckscheibe 10 aus Stahlblech angeordnet. Die Außenring-Deckscheiben 9 und 10 besitzen je eine erste und eine zweite O-Ringnut. Die erste O-Ringnut 11 liegt außen und dient zur Aufnahme einer Schmutzdichtung 12. Die Schmutzdichtung 12 besteht vorzugsweise aus einem gleitfähigen Kunststoff und fungiert als schwimmender Dichtring, der an seinem Innendurchmesser ständig in Dichtkontakt steht. Sowohl die Breite als auch die Tiefe der ersten O-Ringnut 11 sind größer als der Durchmesser der Schmutzdichtung 12. Die Breite der ersten O-Ringnut 11 ist mindestens 10% größer als der Durchmesser der Schmutzdichtung 12. Die Tiefe der O-Ringnut ist mindestens 30% größer als der Durchmesser des O-Ringprofils der Schmutzdichtung 12. Die Schmutzdichtung 12 fungiert als Labyrinthdichtung und als gleitende Dichtung bei äußeren Impulskräften durch einen Hochdruckreiniger. Die zweiten O-Ringnuten 13 in den Außenring-Deckscheiben 9 und 10 aus Stahlblech dienen zur Aufnahme jeweils eines Übertragerdrahtes 14. Der Übertragerdraht 14 besteht aus einem gleitfähigen, ondulierten Metalldraht, vorzugsweise aus Bronze, der durch seine, zumindest in radialer Richtung gewellte Form stets mit der jeweils zweiten O-Ringnut 13 und jeweils einer der beiden Deckscheiben 15 und 16 des Innenrings 2 in einem elektrisch leitenden Kontakt steht. Die zweiten O-Ringnuten 13 sind mindestens 10% breiter als der Drahtdurchmesser des Übertragerdrahtes 14. Die zweiten O-Ringnuten sind mindesten 50% tiefer als der Drahtdurchmesser des Übertragerdrahtes 14. Der Innenring 2 besteht aus zwei baugleichen inneren Innenring-Gehäuseringen aus Kunststoff, einem ersten Innengehäusering 17 und einem zweiten Innenring-Gehäusering 18, die gemeinsam einen Innenringkanal 19 bilden. An dem Innenring-Gehäusering 17 ist die äußere, kreisringförmige Innenring-Deckscheibe 15 aus Stahlblech montiert. An dem Innenring-Gehäusering 18 ist die äußere, kreisringförmige Innenring-Deckscheibe 16 aus Stahlblech montiert.
• Der Außenringkanal 8 und der Innenringkanal 19 sind über den Überströmkanal 20 miteinander verbunden. In Richtung der Drehachse 1 versetzt sind neben dem Überströmkanal 20 zu beiden Seiten des Überströmkanals 20 spiegelbildlich die beiden Dichtungen 21 und 22 angeordnet, welche die Druckdichtigkeit zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 gewährleisten. Die beiden Dichtungen 21 und 22 bestehen aus einem gleitfähigen Kunststoff. Die erste Dichtung 21 steht an ihrem Innendurchmesser mit der Kegelfläche 23 des ersten Innenring-Gehäuserings 17 unter leichter Vorspannung in dichtendem Kontakt. Die Kegelfläche 23 ist die Oberfläche eines zur Drehachse 1 konzentrischen Kegelstumpfes, der sich vom Überströmkanal 20 weggerichtet verjüngt. Die Verjüngung des Kegelstumpfes ergibt einen Neigungswinkel zwischen der Kegelfläche 23 und der Drehachse 1 von mindestens 10°. Die zweite Dichtung 22 steht mit der Kegelfläche 24 des zweiten Innenring-Gehäuserings 18 unter leichter Vorspannung in dichtendem Kontakt. Die Kegelfläche 24 ist die Oberfläche eines zur Drehachse 1 konzentrischen Kegelstumpfes, der sich vom Überströmkanal 20 weggerichtet verjüngt. Die Verjüngung des Kegelstumpfes ergibt einen Neigungswinkel zwischen der Kegelfläche 24 und der Drehachse 1 von mindestens 10°. Ist die Drehdurchführung drucklos, so wird nur eine Gleitbewegung der Dichtungen 21 und 22 ohne Kraftwirkung erzeugt. Die Dichtungen 21 und 22 rutschen stets selbsttätig in Richtung der jeweiligen Kegelspitze, da der Neigungswinkel von 10° größer ist als der Selbsthemmungswinkel. Steht der Überströmkanal 20 unter Druck, so wird die erste Dichtung 21 gegen die Planfläche 25 des ersten Außenring-Gehäuserings 6 in dichtenden Kontakt gedrückt und die zweite Dichtung 22 wird gegen die Planfläche 26 des zweiten Außenring-Gehäuserings 7 in dichtenden Kontakt gedrückt. Die Neigung der Kegelflächen (23) und (24) soll diesen Vorgang erfindungsgemäß unterstützen und bewirken, dass die Dichtungen 21 und 22 sich auch im drucklosen Zustand selbsttätig an die jeweils zugehörigen Planflächen 25 und 26 anlegen.
• Erfolgt unter Druck eine Drehbewegung des Außenrings 3, so erfolgt an den Dichtungen 21 und 22 eine Gleitbewegung, die idealerweise eine Drehzahl der Dichtungen 21 und 22 ergibt, die geringer ist als die Drehzahl des Außenrings 3. Die schwimmende Anordnung der Dichtungen 21 und 22 ermöglicht die Reduzierung der Gleitgeschwindigkeiten, erlaubt grobe Fertigungstoleranzen und ermöglicht deutliche Bewegungen von mindestens +/–0,5 mm zwischen Innenring 2 und Außenring 3 ohne Funktionseinschränkung der Dichtungen 21 und 22. Die erforderliche Nutgeometrie für die erfindungsgemäße, schwimmende Anordnung der Dichtungen 21 und 22 wird durch die Geometrie der Innenring-Gehäuseringe 17 und 18 und von den Außenring-Gehäuseringen 6 und 7 gebildet, wodurch eine einfache Montage der steifen Dichtungen 21 und 22 möglich ist. Die vorgeschlagene Nutgeometrie ist gekennzeichnet durch die Kegelflächen 23 und 24 und die Planflächen 25 und 26 und insbesondere dadurch, dass die sich ergebenden Nutbreiten und die Nuttiefen mindestens 30% größer sind als der Profildurchmesser der vorzugsweise runden Dichtungen 21 und 22.
• In 2 ist ein zweiter Schnitt durch eine erfindungsgemäße 2-kanalige Drehdurchführung entlang der Drehachse 1 dargestellt. Es ist nur die obere Hälfte des Schnittes dargestellt. Der gezeigte Schnitt ist ein Schnitt durch die Luftanschlüsse der Drehdurchführung. Der außenringseitige Luftanschluss 27 hat eine Verbindung zum Außenringkanal 8. Der innenringseitige Luftanschluss 28 hat eine Verbindung zum Innenring-Kanal 19. Der Überströmkanal 20 stellt die Verbindung zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 her. Der Überströmkanal 20 ist erfindungsgemäß für den Luftstrom eine Drosselstelle zwischen dem Außenring-Ringkanal 8 und dem Innenring-Ringkanal 19 und soll den Luftstrom vorteilhaft verteilen und optimieren und erfindungsgemäß eine vorteilhaft geringe Baubreite der Drehdurchführung ermöglichen.
• In 3 ist ein dritter Schnitt durch eine erfindungsgemäße 2-kanalige Drehdurchführung entlang der Drehachse 1 dargestellt. Es ist nur die obere Hälfte des Schnittes dargestellt. Der gezeigte Schnitt ist ein Schnitt durch die Verschraubungen zur Montage der Drehdurchführung und zeigt die Nutzung des Kunststoffs als elektrischer Nichtleiter, um zwei voneinander unabhängige elektrische Übertrager mit je zwei Anschlusskontakten zu erhalten. Der erste und der zweite Außenring-Gehäusering 6 und 7 und der erste und der zweite Innenring-Gehäusering 17 und 18 sind aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff hergestellt. Die Fertigung erfolgt vorzugsweise durch Spritzgießen. Die gezeigten Kunststoffteile haben keine Hinterschnitte und erlauben eine einfache Werkzeugtechnik.
• An den Außenring-Gehäuseringen 6 und 7 sind jeweils die äußeren, spiegelbildlich angeordneten, kreisringförmigen Außenring-Deckscheiben 9 und 10 aus Stahlblech mit mehreren Schrauben 27 befestigt. Da die beiden Außenring-Deckscheiben 9 und 10 nicht in einer elektrisch leitfähigen Verbindung stehen dürfen, werden mit den elektrisch leitfähigen Schrauben 27 nur die Außenring-Gehäuseringe 6 und 7 und nur jeweils eine der beiden Außenring-Deckscheiben 6 oder 7 miteinander verschraubt. Die Verschraubung erfolgt jeweils abwechselnd am Umfang verteilt.
• An den Innenring-Gehäuseringen 17 und 18 sind jeweils die äußeren, spiegelbildlich angeordneten, kreisringförmigen Außenring-Deckscheiben 15 und 16 aus Stahlblech mit mehreren Schrauben 28 befestigt. Da die beiden Außenring-Deckscheiben 15 und 16 nicht in einer elektrisch leitfähigen Verbindung stehen dürfen, werden mit den elektrisch leitfähigen Schrauben 28 nur die Innenring-Gehäuseringe 17 und 18 und nur jeweils eine der beiden Außenring-Deckscheiben 15 oder 16 miteinander verschraubt. Die Verschraubung erfolgt jeweils abwechselnd am Umfang verteilt.
• Zur Abdichtung der luftführenden Außenring-Gehäuseringe 6 und 7 ist ein erster Gummi-O-Ring 29 vorgesehen. Zur Abdichtung der luftführenden Innenring-Gehäuseringe 17 und 18 ist ein zweiter Gummi-O-Ring 30 vorgesehen.
• In 4 ist ein vierter Schnitt durch eine erfindungsgemäße 2-kanalige Drehdurchführung entlang der Drehachse 1 dargestellt. Es ist nur die obere Hälfte des Schnittes dargestellt. Der gezeigte Schnitt ist ein Schnitt durch die elektrischen Anschlüsse der Drehdurchführung. Für einen elektrischen Kanal werden zwei Strompfade mit zwei elektrischen Übertragern und vier Anschlüssen benötigt. Der erste Strompfad verläuft zwischen den Anschlüssen 31 und 32, über die Innenring-Deckscheibe 15, dem Übertragerdraht 14 und über die Außenring-Deckscheibe 9. Der zweite Strompfad verläuft zwischen den Anschlüssen 33 und 34, über die Innenring-Deckscheibe 16 analog und spiegelbildlich zum ersten Strompfad über die Außenring-Deckscheibe 10. Diese Geometrie ermöglicht eine vorteilhafte Anordnung der Eingänge und Ausgänge jeweils auf je einer Seite der Drehdurchführung.
• Bezugszeichenliste

1

Drehachse der Drehdurchführung

2

Innenring

3

Außenring

4

Laufrolle

5

Drehachse der Laufrollen

6

1. Außenring-Gehäusering rechts

7

2. Außenring-Gehäusering links

8

Außenring-Ringkanal

9

1. Außenring-Seitenscheibe rechts

10

2. Außenring-Seitenscheibe links

11

Schmutzdichtungsringnut

12

Schmutzdichtungsring

13

Übertragerdrahtnut

14

Übertragerdraht

15

1. Innenring-Seitenscheibe rechts

16

2. Innenring-Seitenscheibe links

17

1. Innenring-Gehäusering rechts

18

2. Innenring-Gehäusering links

19

Innenring-Kanal

20

Überströmkanal

21

1. Dichtung rechts

22

2. Dichtung links

23

1. kegelige Dichtfläche rechts

24

2. kegelige Dichtfläche links

25

1. plane Dichtfläche rechts

26

2. plane Dichtfläche links

27

Luftanschluss Außenring

28

Luftanschluss Innenring

29

Dichtung Außenringgehäuse

30

Dichtung Innenringgehäuse

31

Anschluss Eingang Strompfad 1

32

Anschluss Ausgang Strompfad 1

33

Anschluss Ausgang Strompfad 2

34

Anschluss Eingang Strompfad 2

Claims (5)

1. Drehdurchführung für Radfahrzeuge, insbesondere für einen Traktor, mit einer Reifendruckverstellanlage für mindestens ein Rad, welchem koaxial die Drehdurchführung zugeordnet ist, die Drehdurchführung einen Innenring (2) und einen Außenring (3) umfasst, der Innenring (2) und der Außenring (3) radial übereinander angeordnet und gegeneinander drehbar gelagert sind, nur der Innenring (2) oder nur der Außenring (3) relativ zum Fahrzeugkörper nicht drehbar angeordnet ist und nur der Außenring (3) oder der Innenring (2) mit dem der Drehdurchführung zugeordneten Rad des Fahrzeugs, verbunden ist, sowohl der Innenring (2) als auch der Außenring (3) je mindestens eine Anschlussleitung besitzen (27 und 28), gekennzeichnet dadurch, dass der Innenring (2) und der Außenring (3) jeweils einen, einseitig offenen Ringkanal (8) und (19) aufweist, dessen offenen Seiten einander radial zugewandt sind, einen gemeinsamen Raum (8), (20) und (19) bilden, an dessen beiden Seiten je mindestens ein schwimmender O-Ring (21) und (22), bestehend aus einem gleitfähigen Kunststoff, angeordnet ist, der erste O-Ring (21) einerseits an einer ersten, um mindestens 10° geneigten, kegeligen Fläche (23) eines, vom gemeinsamen Raum (8), (20) und (19) weggerichtet sich verjüngenden, Kegelstumpfes des Innenringes (3) in radialer Richtung ausschließlich mit dem Innendurchmesser des ersten O-Rings (21) in einem dichtenden Kontakt steht und andererseits in axialer Richtung ausschließlich mit einer ersten Planfläche (25) des Außenrings (3) in einem dichtenden Kontakt steht und der zweite O-Ring (22) einerseits an einer ersten, um mindestens 10° geneigten, kegeligen Fläche (24) eines, vom gemeinsamen Raum (8), (20) und (19) wegerichtet sich verjüngenden, Kegelstumpfes des Innenringes (3) in radialer Richtung ausschließlich mit dem Innendurchmesser des zweiten O-Rings (22) in einem dichtenden Kontakt steht und andererseits in axialer Richtung ausschließlich mit einer zweiten Planfläche (26) des Außenrings (3) in einem dichtenden Kontakt steht.
2. Drehdurchführung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Innenring (2) und der Außenring (3) jeweils einen, einseitig offenen Ringkanal (8) und (19) aufweist, dessen offenen Seiten sich radial zugewandt sind, zwischen dem Ringkanal (8) des Außenrings (3) und dem Ringkanal (19) des Innenrings (2) ein wesentlich sich radial erstreckender Überströmkanal (20) angeordnet ist und durch entlang der Drehachse (1) axial beabstandete Planflächen gebildet wird, wobei die axiale Beabstandung der Planflächen geringer ist als maximale, axiale Breite der Ringkanäle (8) und (19) und zu beiden Seiten des Überströmkanals (20) je mindestens ein O-Ring (21) und (22), bestehend aus einem gleitfähigen Kunststoff, angeordnet ist.
3. Drehdurchführung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Innenring (2) und der Außenring (3) jeweils aus zwei wesentlich gleichen Kunststoffteilen als außenringseitiges, luftführendes Gehäuse (6) und (7) beziehungsweise als innenringseitiges, luftführendes Gehäuse ( 17) und (18) und aus jeweils zwei wesentlich gleichen Stahlblechteilen als außenringseitige Seitenscheiben (9) und (10) beziehungsweise innenringseitigen Seitenscheiben (15) und (16) bestehen.
4. Drehdurchführung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass in den rechten und linken Seitenscheiben (9) und (15) beziehungsweise (10) und (16) der Drehdurchführung je ein elektrischer Übertrager integriert ist, der jeweils aus einem ondulierten, elektrisch leitfähigen Drahtabschnitt (14) besteht, welcher abwechselnd eine zylindrische Fläche der rechten Seitenscheibe (15) beziehungsweise der linken Seitenscheibe (16) des Innenrings (2) und die Nut (13) in der rechten Seitenscheibe (9) beziehungsweise der linken Seitenscheibe (10) des Außenrings (3) stets berührt.
5. Drehdurchführung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass in den rechten und linken Seitenscheiben (9) und (15) beziehungsweise (10) und (16) der Drehdurchführung je eine Schmutzdichtung integriert ist, die jeweils aus einem O-Ring (12) vorzugsweise aus einem gleitfähigen Kunststoff besteht, welcher stets jeweils eine zylindrische Fläche der rechten Seitenscheibe (15) beziehungsweise der linken Seitenscheibe (16) des Innenrings (2) mit dem Innendurchmesser dichtend berührt, die rechten Seitenscheibe (9) beziehungsweise der linken Seitenscheibe (10) des Außenrings (3) je eine Nut zur Aufnahme je eines O-Rings (12) besitzt, die eine Breite aufweist, die mindestens 10% größer ist als der Durchmesser des O-Ringprofils und eine Tiefe der Nut aufweist, die mindestens 30% größer ist als der Durchmesser des O-Ringprofils.

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