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Die
Erfindung betrifft eine Drehdurchführung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Drehdurchführungen
werden verwendet, um Fluidleitungen, d.h. in der Regel pneumatische
oder hydraulische Leitungen zwischen zwei zueinander verdrehbaren
Bauelementen durchzuführen.
In der Regel wird hierbei eine Welle als Rotor in ein Gehäuse als
Stator eingelegt, wobei in den Stator Nuten eingedreht werden, in
welche Dichtungen eingelegt sind. Die Fluidleitungen werden über zunächst axiale Leitungen
im Rotor geführt,
die an geeigneter Stelle umfangseitig ausmünden. Im Mündungsbereich der Fluidleitung
wird entweder im Rotor oder im Stator ein Ringkanal, d.h. eine Ringnut
vorgesehen, die mit einer radial nach außen führenden Leitung des Stators
verbunden ist.
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Insbesondere
für Drehdurchführungen
von Fluiden, die unter hohem Druck stehen sind Ausführungen
bekannt geworden, (vgl.
DE
196 210 20 C2 ) bei denen eine Buchse in ein Gehäuse eingelegt wird.
Diese Buchse, die Fluidleitungen des Stators bzw. Gehäuses in
Richtung zur Welle bzw. zum Rotor fortsetzt dient als sogenanntes
Gleitdichtelement. Die Schnittstelle zwischen Rotor und Buchse ist
hierbei ohne weitere Dichtelemente vorgesehen. Die Dichtigkeit bzw.
Leckrate wird allein über
die Breite des Spaltes bestimmt, der sich zwischen dem Innendurchmesser
der Buchse und dem Außendurchmesser
des Rotors ergibt.
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Bei
allen bekannten Drehdurchführungen müssen demnach
der Stator gegebenenfalls mit Gleitdichtbuchse und der Rotor bei
der Fertigung aufeinander abgestimmt sein. Eine anschließende Anpassung
auf unterschiedliche Betriebsbedingungen, beispielsweise im Hinblick
auf Druck- oder Volumenstrom oder aber auch im Hinblick auf die
Art bzw. stoffliche Zusammensetzung des durchzuführenden Fluids, auf eine zulässige Leckrate
oder dergleichen ist bei herkömmlichen
Drehdurchführungen
nicht möglich.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Drehdurchführung
vorzuschlagen, die in ihrem Aufbau leicht an unterschiedliche Betriebsbedingungen
anpassbar ist.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einer Drehdurchführung der einleitend genannten
Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch
die in den Unteransprüchen
genannten Maßnahmen
sind vorteilhafte Ausführungen
und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend
zeichnet sich eine erfindungsgemäße Drehdurchführung dadurch
aus, dass in eine oder mehrere in das Gehäuse eingelegte Buchsen innenseitig
Gleitdichtelemente zur Abdichtung der Welle bzw. des Rotors gegenüber der
oder den Buchsen eingelegt sind.
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Durch
die Verwendung von Buchsen in einem Gehäuse ist es möglich, die
erfindungsgemäße Drehdurchführung an
unterschiedliche Anforderungen schnell anzupassen. So kann beispielsweise durch
Verwendung unterschiedlicher Buchsen eine Anpassung an unterschiedliche
Durchmesser der Welle bzw. des Rotors vorgenommen werden. Je nach
Anwendungsfall sind unterschiedliche Rotordurchmesser sinnvoll.
So wird beispielsweise über den
Rotordurchmesser die Grösse
der Reibungsfläche
festgelegt, die für
einen entsprechenden Reibungswiderstand zwischen Rotor und Stator
sorgt.
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Somit
kann beispielsweise bei Verwendung einer Dichtung mit hohem Reibwert,
die beispielsweise aufgrund der stofflichen Beschaffenheit des durchzuführenden
Fluids erforderlich ist, die insgesamt entstehende Reibung wieder
dadurch abgesenkt werden, dass der Durchmesser und somit die aktive Reibfläche reduziert
wird. Diese Durchmesserreduktion ist bei einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung statorseitig
durch einfachen Austausch der Buchse möglich.
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Durch
die Verwendung von in die Buchse bzw. die Buchsen eingelegte Dichtelemente
ergibt sich eine sehr hohe Flexibilität im Hinblick auf den Einsatz
unterschiedlicher Fluide, an die die Art der Dichtungselemente angepasst
werden kann.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird wenigstens ein Dichtelement in eine stirnseitige
Ringschulter einer erfindungsgemäßen Buchse
eingelegt. Das Einlegen des Dichtelementes in die Buchse ist somit
ohne Verformung des üblicherweise
in Form eines Dichtrings vorliegenden Dichtelementes möglich. Hierdurch
ist der Einsatz von Dichtungsmaterialien möglich, die keine oder nur eine
geringe Verformbarkeit aufweisen und die bislang in bestehende Ausführungen
von Drehdurchführungen
aufgrund dieser fehlenden Verformbarkeit nicht einsetzbar waren.
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Vorzugsweise
wird auf beiden Seiten der Buchse jeweils wenigstens ein Dichtelement
in jeweils eine stirnseitige Ringschulter eingelegt, um die oben
angeführten
Vorteile bei der Abdichtung auf beiden Seiten der Buchse zu nutzen.
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Je
nach axialer Länge
dieser Ringschulter können
auch mehrere Dichtelemente hintereinander in eine entsprechende
Ringschulter der Buchse eingeführt
werden. Darüber
hinaus ist auch der Einsatz von Dichtungen unterschiedlichen Außendurchmessers
möglich,
in den eine entsprechende Abstufung in Form mehrerer aufeinanderfolgender
Ringschultern in der Buchse vorgesehen werden.
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Vorteilhafterweise
werden in einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung mehrere
Fluidleitungen vorgesehen, wobei für jede Fluidleitung eine Buchse
vorhanden ist. Auf diese Weise lässt
sich die Geometrie, d.h. der Durchmesser im Bereich der Fluidleitung
sowie die Form und Art der Dichtungen jeweils abhängend vom
Anwendungsfall, z.B. von der Art des Fluids, der Temperatur, des
Drucks, etc., durch Auswahl einer entsprechenden Buchse mit zugehörigen Dichtungselementen
speziell an die entsprechende Fluidleitung anpassen. Es ergibt sich
gewissermaßen
ein modularer Aufbau einer Drehdurchführung, bei der jede Fluidleitung
durch einen entsprechenden Buchseneinsatz an die gestellten Anforderungen
angepasst wird.
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Bei
Verwendung unterschiedlicher Rotordurchmesser wird die Reihenfolge
der entsprechenden Fluidleitungen bevorzugt so gewählt, dass
der Rotordurchmesser in einer Richtung stets entweder nur abnimmt
oder nur zunimmt, so dass der Rotor in axialer Richtung in einen
entsprechenden, aus mehreren passenden Buchsen in einem Gehäuse zusammengefügten Stator
eingefügt
werden kann.
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Die
Buchsen werden vorteilhafterweise mit wenigstens einem Endflansch
in dem Gehäuse
fixiert. Dieser Endflansch oder, im Falle einer beidseitigen Anordnung,
beide Endflansche können über eine
entsprechende Verbindung, z.B. eine Verschraubung lösbar mit
dem Gehäuse
verbunden werden. Die Baueinheit bestehend aus Buchsen, Flanschen
und Gehäuse
kann demnach je nach Bedürfnis
des entsprechenden Anwendungsfalls modulartig aufgebaut werden.
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Vorteilhafterweise
wird darüber
hinaus wenigstens eine Lagereinheit vorgesehen, die ein Gleit- und/oder
Wälzlager
für die
Lagerung der Welle im Stator umfasst. Eine solche Lagereinheit kann
beispielsweise als Lagerflansch ausgebildet werden und wiederum
lösbar
mit dem Gehäuse
verbunden sein. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform
kann ein Endflansch zugleich die Funktion eines Lagerflansches ausüben, in
dem der Lagersitz in einem solchen Endflansch angeordnet wird. Insbesondere bei
beidseitiger Anordnung von Endflanschen kann bei deren Ausgestaltung
als Lagerflansch mit dem Zusammenfügen des Stator zugleich die
Montage der Wellenlagerung vorgenommen werden.
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Die
Fluidführung
wird bei einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung ähnlich wie
bei bekannten Drehdurchführungen
so angeordnet, dass eine zunächst
in axialer Richtung durch die Welle bzw. den Rotor verlaufende Leitung
radial ausmündet,
wobei im Mündungsbereich
ein Ringkanal bzw. eine Ringnut entweder in der Welle oder in der
Buchse vorgesehen ist. Die Abdichtung dieses Ringkanals bzw. dieser
Ringnut findet hierbei durch die oben angeführten eingelegten Dichtelemente
statt. Die Fluidleitung setzt sich sodann in radialer Richtung beispielsweise
durch eine Bohrung zur Außenseite
des Gehäuses
hin fort. Der Übergang
zwischen Gehäuse und
Buchse wird im Bereich dieser Leitungsführung vorteilhafterweise ebenfalls
abgedichtet. Dies kann beispielsweise durch ein oder mehrere weitere
Dichtelemente vorgenommen werden, die an dieser Stelle einzusetzen
sind. Grundsätzlich
ist jedoch hier auch eine andere Art der Abdichtung, beispielsweise durch
Formschluss zwischen Buchse und Gehäuse möglich, da die Buchse drehfest
im Gehäuse
angeordnet werden kann. So kann die Buchse beispielsweise in dem
Gehäuse
verpresst, eingeschrumpft, eingeklebt, verlötet oder auf andere Weise dicht
angeordnet werden.
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Die
Verwendung einer elastischen Dichtung ermöglicht dabei die einfache Entnahme
der Buchsen bei der Demontage der Drehdurchführung, beispielsweise zur Reparatur
und Wartung oder zur Anpassung an andere Anwendungen.
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Grundsätzlich lässt sich
eine erfindungsgemäße Drehdurchführung auch
mit einem mehrteiligen Gehäuse
aufbauen. Hierdurch wird die Anpassungsfähigkeit einer erfindungsgemäßen Drehdurchführung weiter
erhöht.
So kann durch Zusammensetzen des Gehäuses die Anzahl der in dem
Gehäuse unterzubringenden
Buchsen und somit die Anzahl der durchzuführenden Fluidleitungen vervielfacht werden.
Für unterschiedlichste
Arten von Drehdurchführungen
ist gewissermaßen
eine Art Baukastensystem denkbar, das sich durch verschiedene Gehäuseelemente,
Einlegebuchsen, Dichtelemente und Lagerflansch ergibt.
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Gegebenenfalls
kann darüber
hinaus auch der Rotor mehrteilig ausgebildet werden. Einzelne Segmente
werden hierbei über
geeignete Verbindungsmittel, beispielsweise eine Verschraubung, eine
Verzahnung, eine Nut- und Federverbindung oder einen Mitnahmestift
miteinander verbunden. Hierbei ist zu beachten, dass die Verbindung
solcher Rotorsegmente hauptsächlich
in Drehrichtung eine entsprechende Stabilität aufweisen muss. In axialer Richtung
kann ein derart zusammengesetzter Rotor durch entsprechende Anschlagelemente,
beispielsweise die Endflansche oder Lagerflansche fixiert werden.
Grundsätzlich
ist an dieser Stelle auch der Einsatz von Axiallagern denkbar.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der
Figuren nachfolgend näher
erläutert.
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Im
Einzelnen zeigen
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1 eine schematische Schnittdarstellung durch
eine erfindungsgemäße Drehdurchführung und
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2 eine Ausschnittvergrößerung aus 1.
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Die
Drehdurchführung 1 gemäß 1 umfasst einen Stator 2 und
einen Rotor 3. Der Stator 2 besteht aus einem
Gehäuse 4,
in das Buchsen 5 als Dichtungsträger eingelegt sind. Die Buchsen 5 tragen
dementsprechend Dichtringe 6. Der Rotor 3 ist endseitig über zwei
Kugellager 7, 8 drehbar in Lagerflanschen 9, 10 gelagert.
Die Lagerflansche 9, 10 sind ihrerseits über Verschraubungen
mit dem Gehäuse 4 fest
verbunden.
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Der
Rotor 3 weist mehrere Fluidleitungen 11 auf, von
denen in der Schnittdarstellung gemäß 1 nur eine sichtbar ist. Die Fluidleitungen 11 sind endseitig
in radialer Richtung bis zu einer umfangseitigen Mündung 12 geführt.
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Die
Buchsen 5 sind mit entsprechenden radialen Bohrungen 13 versehen,
die in einen zugehörigen
Verbindungskanal 14 des Gehäuses 4 münden.
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In
der Vergrößerung gemäß 2 ist erkennbar, dass die
Dichtringe 6 in eine Ringausnehmung 15 der zugehörigen Buchse 16 eingelegt
sind. Die Ringausnehmung 15 ist hierbei an der Stirnseite 17 angebracht,
so dass der Dichtring 6 ohne Verformung in die Buchse 16 einlegbar
ist.
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Bei
der dargestellten Buchse 16 sind beidseits zwei Dichtringe 6, 18 eingelegt,
wobei die anschließende
Buchse 19 wiederum mit einem Dichtring 20 versehen
ist. Diese Doppelanordnung von Dichtringen 18, 20 kann
je nach den Erfordernissen der entsprechenden Fluidleitung dadurch
vereinfacht werden, dass nur ein Dichtring vorgesehen ist. Dies ist
beispielsweise an der gegenüberliegenden
Seite der Buchse 16 dargestellt, an der sich die Buchse 21 anschließt. Diese
weist an der der Buchse 16 zugewandten Stirnseite keine
Ringausnehmung und keinen Dichtring auf. Die beiden Fluidkanäle 22, 23,
die für
getrennt durchzuführende
Fluide vorgesehen sind, werden demnach alleine durch den Dichtring 6 gegeneinander
abgedichtet.
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Gegenüber dem
Gehäuse 4 kann
eine Abdichtung der Buchsen 5, 19, 21 durch
Formschluss oder durch eine nach der Montage anzubringende feste
Verbindung, z.B. durch Verlöten,
Verkleben oder dergleichen bewerkstelligt werden.
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Auf
der Rotorseite gehen die Fluidkanäle 22, 23 in
Ringnuten 25, 26 über, so dass die Verbindung zur
jeweiligen Fluidleitung 11 im Rotor 3 unabhängig von
der Winkelposition der Mündung 12 ist.
Anstelle der Ringnuten 25, 26 in den Buchsen 21, 19 kann auch
eine entsprechende Ringnut in dem Rotor 3 angebracht werden,
die den gleichen Effekt bewirken kann.
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Vorliegend
ist auch auf der Gehäuseseite
jeweils eine Ringnut 27, 28 angebracht. Diese
Ringnuten vereinfachen die Montage im Gehäuse 2, da in diesem
Fall die Winkelposition des Verbindungskanals 14 mit seinem
Anschlussgewinde 29 keine Rolle spielt. Über die
Ringnut 27 ist stets eine Verbindung mit dem entsprechenden
Fluidkanal 22 der Buchse gewährleistet.
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Im
Falle äußerer Ringnuten 27, 28 empfiehlt es
sich, etwaige Dichtelemente 24 ebenfalls in Form von Dichtringen
anzubringen. Anderenfalls könnten auch
andere Arten von Dichtelementen zur Verbindung der Fluidkanäle 22 mit
den entsprechenden Verbindungskanälen 14 vorgesehen
werden, wobei ohne Ringnuten die Fluidkanäle 22 mit den Verbindungkanälen 14 bei
der Montage zueinander auszurichten sind.
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Die
dargestellte Variante mit Ringnuten ermöglicht darüber hinaus das Anbringen einer
Bohrung von außen
am Gehäuse 4 in
jeder gewünschten Winkelposition,
so dass die Einsatzmöglichkeit
der Drehdurchführung
weiter vervielfältigt
wird.
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In 1 ist erkennbar, dass der
Rotor 3 in zwei Rotorabschnitte 30, 31 unterteilt
ist, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Dementsprechend
sind die Buchsen 5, 32 in den unterschiedlichen
Rotorabschnitten 30, 31 mit unterschiedlichem Innendurchmesser
ausgebildet.
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Anhand
der 1 und 2 ist erkennbar, dass eine
erfindungsgemäße Drehdurchführung 1 problemlos
modular zusammengesetzt werden kann. Die einzelnen Buchsen 5, 16, 19, 21, 32 können je nach
Art der Fluidleitung in ihrer Position und Dimensionierung am Rotor 3 ausgewählt und
durch entsprechende Montage am Gehäuse 4 am entsprechenden
Ort angeordnet werden.
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Unterschiedliche
Durchmesser wie beispielsweise in den Rotorabschnitten 30, 31 können durch
unterschiedliche Buchsen 5, 32 ausgeglichen werden.
Durch unterschiedliche Durchmesser wiederum kann die Drehdurchführung an
unterschiedliche Dichtringe 6 angepasst werden. So können beispielsweise
im Rotorbereich 31 Dichtungen mit höheren Reibwerten verwendet
werden, da aufgrund des geringeren Durchmessers bzw. Außenumfang
im Rotorabschnitt 31 die Reibkräfte wieder reduziert werden.
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Durch
die stirnseitige Anordnung der Dichtringe 6 in den Buchsen 5 ist
es möglich,
die Dichtringe 6 ohne Verformung zu montieren. Damit sind
auch Dichtringe montierbar, die nicht oder nicht ausreichend verformbar
sind, jedoch anderweitige günstige Eigenschaften,
beispielsweise günstige
Reibwerte aufweisen. Insbesondere sind beispielsweise Teflondichtungen,
die bei niedrigen Reibwerten sehr hohe Dichteigenschaften aufweisen,
verwendbar.
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- 1
- Drehdurchführung
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Gehäuse
- 5
- Buchse
- 6
- Dichtring
- 7
- Kugellager
- 8
- Kugellager
- 9
- Lagerflansch
- 10
- Lagerflansch
- 11
- Fluidleitung
- 12
- Mündung
- 13
- radiale
Bohrung
- 14
- Verbindungskanal
- 15
- Ringausnehmung
- 16
- Buchse
- 17
- Stirnseite
- 18
- Dichtring
- 19
- Buchse
- 20
- Dichtring
- 21
- Buchse
- 22
- Fluidkanal
- 23
- Fluidkanal
- 24
- Dichtelement
- 25
- Ringnut
- 26
- Ringnut
- 27
- Ringnut
- 28
- Ringnut
- 29
- Anschlussgewinde
- 30
- Rotorabschnitt
- 31
- Rotorabschnitt
- 32
- Buchse