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Vorrichtung zum Einführen von Druckflüssigkeiten in -das freie Ende
einer umlaufenden Welle von einem feststehenden Lagerdeckel aus Bei zahlreichen
Maschinen, insbesondere hydraulisch gesteuerten Getrieben, müssen Druckflüssigkeiten
von einem feststehenden Lagerdeckel aus in das freie Ende einer umlaufenden Welle
eingeführt werden. Diese Druckflüssigkeiten dienen teils zur Schmierung, teils zur
Betätigung von druckmittelgesteuerten Lamellenkupplungen, Bremsen und sonstigen
umlaufenden Steuereinrichtungen.
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Es war bisher üblich, die Abdichtung des Druckflüssigkeitsanschlusses
gegen die umlaufende Welle entweder mittels elastisch verformbarer Dichtringe oder
berührungsfrei durch sogenannte Spaltdichtungen vorzunehmen. Bei der Verwendung
von elastisch verformbaren Dichtringen ergibt sich der Nachteil unerwünschter Wärmeentwicklung
und Verschleiß von Dichtungsmaterial. Der mechanische Wirkungsgrad ist verhältnismäßig
schlecht, und die zulässige Höchstdrehzahl muß hierbei auf einen für viele Zwecke
unzureichenden Wert begrenzt werden. Außerdem können mit solchen elastisch verformbaren
Dichtringen nur verhältnismäßig geringe Flüssigkeitsdrücke bewältigt werden.
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Die berührungsfreien Spaltdichtungen erfordern eine sehr genaue Ausrichtung
und Lagerung der Welle, insbesondere dann, wenn die Druckflüssigkeit unter sehr
hohem Druck steht. Dies macht außerordentlich hohe Fertigungsgenauigkeiten erforderlich,
wodurch solche mit berührungsfreien Spaltdichtungen arbeitende Druckflüssigkeitseinführungen
sehr kostspielig werden. Hinzu kommt noch, daß sich die Welle unter der Wirkung
von auf sie wirkenden Radialkräften durchbiegt, so daß die genaue Ausrichtung nicht
aufrechterhalten werden kann und die Gefahr des Fressens bzw. des Leckwerdens besteht.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die geschilderten
Nachteile der bekannten Druckflüssigkeitszuführungen zu vermeiden und eine Vorrichtung
zum Einführen von Druckflüssigkeiten in das freie Ende einer umlaufenden Welle von
einem feststehenden Lagerdeckel aus anzugeben, die es bei geringstem Fertigungsaufwand
erlaubt, Flüssigkeiten mit sehr hohem Druck in sehr rasch umlaufende Wellen einzuführen.
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Ausgehend von einer Vorrichtung, bei der ein mit wenigstens einer
axialen Zuführungsbohrung versehener Dichtkörper undrehbar und koaxial zur Wellenachse
angeordnet ist und mit einer mit der Welle umlaufenden Zylinderfläche eine berührungsfreie
Spaltdichtung bildet, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen
den feststehenden Lagerdeckel und die umlaufende Welle wenigstens ein weiteres,
dem Dichtkörper zugeordnetes Dichtglied eingeschaltet ist, das mittels wenigstens
eines elastisch verformbaren Dichtringes in einem relativ zu ihm ruhenden Körper
pendelnd gelagert ist.
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Durch dieses zwischen den Lagerdeckel und die Welle zusätzlich eingeschaltete
Dichtglied lassen sich etwaige Taumel- oder Exzenterbewegungen der umlaufenden Welle
von der berührungsfreien Spaltdichtung fernhalten.
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Die Anordnung des Dichtkörpers und des Dichtgliedes zueinander kann
in der Weise getroffen sein, daß das als zylindrische Hülse ausgebildete Dichtglied
im Wellenende undrehbar und axial unverschiebbar, aber relativ zur Wellenachse pendelnd
gelagert ist und daß eine seiner Zylinderflächen mit einer Zylinderfläche des im
Lagerdeckel festgelegten Dichtkörpers die berührungsfreie Spaltdichtung bildet.
Das Dichtglied kann hierbei entweder an der Stirnseite der Welle oder im Inneren
einer Stirnbohrung des Wellenendes angeordnet sein. Im ersteren Falle übergreift
der Dichtkörper zur Bildung der berührungsfreien Spaltdichtung das Dichtglied, während
er im zweiten Falle in die zylindrische Bohrung des Dichtgliedes hineinragt. Das
Dichtglied sitzt hierbei mit Spiel auf der Welle bzw. in der Stirnbohrung der Welle,
so daß es gegenüber der Wellenachse pendeln
und damit etwaige Taumelbewegungen
und wegen der Elastizität der Dichtringe auch Exzenterbewegungen von der berührungsfreien
Spaltdichtung fernhalten kann.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
bei der der Dichtkörper mit einer Zylinderfläche der Welle die berührungsfreie Spaltdichtung
bildet, besteht darin. daß das Dichtglied sowohl im Lagerdeckel als auch im stirnseitigen
Ende des Dichtkörpers mittels je eines elastisch verformbaren Dichtringes pendelnd
angeordnet ist. In diesem Falle sind eine berührungsfreie Spaltdichtung zwischen
den relativ zueinander beweglichen Oberflächen und eine durch Verformung elastischer
Dichtringe wirkende Dichtung zwischen relativ zueinander feststehenden Oberflächen
hintereinandergeschaltet, wobei Dichtkörper und Dichtglied gelenkartig miteinander
verbunden sind, so daß ebenfalls wieder etwaige Taumel- und Exzenterbewegungen der
Welle von der berührungsfreien Spaltdichtung ferngehalten werden. Vorteilhafterweise
werden die dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzten Stirnflächen des Dichtkörpers und
der Dichtglieder so bemessen, daß auf den Dichtkörper eine Axialkraft in Richtung
des Lagerdeckels einwirkt. Der Dichtkörper, der die berührungsfreie Spaltdichtung
bildet, kann sowohl das Wellenende übergreifen als auch im Inneren einer Stirnbohrung
der Welle angeordnet sein.
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Im allgemeinen ist die Anordnung des Dichtkörpers und gegebenenfalls
des Dichtgliedes im Inneren einer Stirnbohrung der Welle zweckmäßiger, weil hierbei
kürzere Baulängen möglich sind.
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Sollen in die umlaufende Welle mehrere Druckflüssigkeiten unabhängig
voneinander eingeführt werden, dann erhält der Dichtkörper in bekannter Weise mehrere
Zuführungsbohrungen für die verschiedenen Druckflüssigkeiten, die durch eine entsprechende
Anzahl von im Lagerdeckel und im stirnseitigen Ende des Dichtkörpers pendelnd gelagerten
Dichtgliedern den Zuführungsbohrungen getrennt zugeleitet werden.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigen die Fig. 1 bis 5 jeweils im Längsschnitt durch das
Wellenende und den Lagerdeckel fünf verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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Bei der Darstellung nach Fig. 1 trägt die Welle 3 ein drehbar gelagertes
Getriebezahnrad 4 und eine zum Kuppeln des Zahnrades mit der Welle dienende, fest
mit der Welle verbundene Schaltkupplung 5 mit einem durch Druckflüssigkeit verschiebbaren
Arbeitskolben 6. Die ringförmige Arbeitskammer 7 der Schaltkupplung steht über Radialbohrungen
8 mit einer Längsbohrung 9 der drehbaren Welle 3 in Verbindung.
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In der gezeichneten Darstellung ist die Wellenbohrung 9 über die Schaltkupplung
5 hinaus verlängert, um anzudeuten, daß auf der Welle 3 auch noch andere durch Druckflüssigkeit
zu betätigende Einrichtungen angeordnet sein können. Die Welle 3 ist mittels eines
Wälzlagers 10 im Gehäuse 11 gelagert. Der Lagerdeckel 12 ist unter Einfügung eines
Dichtringes 13 mit dem Gehäuse verschraubt und mit einer mit der Wellenbohrung 9
fluchtenden Bohrung 14 versehen, in die das Anschlußstück 15 einer Druckflüssigkeitsleitung
eingesetzt ist.
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Die Wellenbohrung 9 weist zur Aufnahme eines Dichtkörpers 17 eine
Aufweitung auf. Der Dichtkörper 17 ist so in die aufgeweitete Bohrung
9 eingesetzt, daß der verbleibende Ringspalt zwischen seiner Außenfläche
und der Innenfläche der Bohrung eine berührungsfreie Spaltdichtung bildet.
Die Dichtwirkung kann durch eine oder mehrere in die Mantelfläche des Dichtkörpers
cingedrchte Ringnuten 18
unterstützt werden, die auch eine Ablagerung von
Schmutzteilchen ermöglichen. Der Dichtkörper 17 ist durch einen Stift 19, der in
eine Ausnehmung des Lagerdeckels 12 eingreift. gegen Drehung relativ zum Gehäuse
festgelegt und weist eine mit der Wellenbohrung 9 fluchtende Zuführungsbohrung auf.
Dem Dichtkörper 17 wird die Druckflüssigkeit vom Lagerdeckel 12 her durch ein mit
einer Zuführungsbohrung versehenes Dichtglied 16 zugeleitet. Dieses Dichtglied 16
ist mit relativ großem Spiel in die Bohrung 14 des Lagerdeckels 12 einerseits
und in eine Bohrung am stirnseitiger. Ende des Dichtkörpers 17 andererseits unter
Verwendung elastischer Dichtringe 20 eingepaßt und kann dadurch Parallelversetzungen
oder Winkelverschiebungen und auch Längsverschiebungen der Welle 3 gegenüber dem
Lagerdeckel 12 nach Art eines Gelenkstücks ausgleichen. Die berührungsfreie Spaltdichtung
zwischen dem Dichtkörper 17 und der Wellenbohrung 9 ermöglicht hohe Drehzahlen für
die Welle. Außerdem kann die Spaltdichtung zur Überbrückung hoher Drücke sehr eng
eingepaßt sein, weil etwaige Wellenverlagerungen durch das pendelnd im Lagerdeckel
und im stirnseitigen Ende des Dichtkörpers angeordnete Dichtglied 16
von der
Spaltdichtung ferngehalten werden. Wegen der Anordnung des pendelnd gelagerten Dichtgliedes
16 entfällt die Notwendigkeit einer genauen Ausrichtung der Welle 3, so daß auch
auf eine besondere Zentrierung des Lagerdeckels 12 verzichtet werden kann.
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Um Drosselverluste zu vermeiden, wird der Querschnitt der Innenbohrungen
des Dichtgliedes 16 und des Dichtkörpers 17 gleich dem Querschnitt der Wellenbohrung
9 gewählt. Der Durchmesser des mit Ringnuten 18 versehenen Teiles des Dichtkörpers
ist zweckmäßigerweise etwas größer als der Durchmesser der Lagerdeckelbohrung 14.
Durch die Wirkung der Druckflüssigkeit auf die Stirnflächen des Dichtkörpers
17 und des Dichtgliedes 16 entsteht in diesem Falle eine Axialkraft,
die den Dichtkörper 17 aus der Wellenbohrung herauszudrücken sucht, wodurch das
Auftreten bohrender Reibung zwischen der ringförmigen Stirnfläche des Dichtkörpers
17 und der Welle verhindert ist. In einer Kammer 22 im Lagerdeckel 12 sammelt sich
die Leckflüssigkeit und kann bei 21 abgeleitet werden.
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Fig.2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Dichtkörper
17a die Welle übergreift. Im übrigen sind der Aufbau und die Wirkungsweise
die gleichen wie bei Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt eine der Fig. 1 entsprechende Ausführungsvariante, bei
der zwei oder mehrere Flüssigkeiten voneinander unabhängig in die Welle eingeführt
werden. Der Dichtkörper 17 b weist in diesem Falle zwei Zuführungsbohrungen
auf, von denen die eine mit einer mittigen Längsbohrung 9a der Welle und die andere
mit einer außermittigen Wellenbohrung 9b in Verbindung steht. Die zweite Zuführungsbohrung
im Dichtkörper 17h mündet in eine Ringnut 27 des Dichtkörpers, von wo aus die Flüssigkeit
über eine zunächst radial verlaufende Bohrung in die Wellenbohrung 9 b eintritt.
Im Lagerdeckel sind zwei
Bohrungen 14 vorgesehen und ebenso in der
Stirnseite des Dichtkörpers 17b. In diese Bohrungen sind in der gleichen Weise wie
bei Fig. 1 und 2 je ein Dichtglied 16b eingepaßt und mit Hilfe von elastisch
verformbaren Dichtringen 20 pendelnd gelagert. Den beiden Lagerdeckelbohrungen 14
werden die Flüssigkeiten über die Anschlußstücke 15a, 15b zweier getrennter
Druckflüssigkeitsleitungen zugeführt. Bei dieser Ausführungsform ist auf einen am
Gehäuse zentrierten Lagerdeckel verzichtet worden, weil durch die erfindungsgemäße
Hintereinanderschaltung von Dichtgliedern 16b und Dichtkörpern 176 eine vollkardanische
Aufhängung des Dichtkörpers 17b gewährleistet ist und es deswegen auf die genaue
Ausrichtung nicht ankommt. Der Dichtkörper 17b ist bei diesem Ausführungsbeispiel
gegen Drehung und axiale Verschiebung durch eine radial gerichtete Schraube 28 gesichert.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei weitere Ausführungsformen, bei denen
die Anordnung des Dichtkörpers und des Dichtgliedes zueinander von der an Hand der
Fig. 1 bis 3 beschriebenen Anordnung abweicht. Nach Fig. 4 ist das Dichtglied 16
c innerhalb der aufgeweiteten Wellenbohrung 9 c mit Hilfe eines Dichtringes
20 pendelnd gelagert und mittels eines Stiftes 24, der in eine Ausnehmung
am Grund der aufgeweiteten Wellenbohrung eingreift, gegen Drehung gesichert. Seine
axiale Verschiebung wird durch einen Sprengring 23 verhindert. Damit sich das Dichtglied
16c innerhalb der Wellenbohrung bewegen kann, ist diese bei 27 aufgeweitet.
In das Dichtglied 16c ist der mit Ringnuten 18 versehene Dichtkörper
17 c so eingepaßt, daß er mit dem Dichtglied eine berührungsfreie Spaltdichtung
bildet. Der Dichtkörper ist im Lagerdeckel 12 durch einen Stift 19 gegen Drehung
gesichert festgelegt und tritt mit seinem äußeren Ende durch eine Trennwand zwischen
der Leckflüssigkeitskammer 22 und einer Kammer 25 hindurch, in die mittels eines
Anschlußstückes 15 die Druckflüssigkeit eingeleitet wird. Der Dichtkörper
17 c kann in die Trennwand des Lagerdeckels flüssigkeitsdicht eingepreßt
oder, wie in Fig.4 dargestellt, in ihr mit Hilfe eines elastisch verformbaren Dichtringes
26 festgelegt sein. Selbst wenn der Dichtkörper 17 c starr mit dem Lagerdeckel 12
verbunden ist, werden Verlagerungen der Wellenachse nicht auf die berührungsfreie
Spaltdichtung übertragen, weil das Dichtglied 16 c in der Wellenbohrung pendelnd
gelagert ist. Die aus der Kammer 25 durch den hohlgebohrten Dichtkörper 17c der
Wellenbohrung 9 c zugeführte Druckflüssigkeit wird einerseits durch die zwischen
den relativ zueinander beweglichen Oberflächen des Dichtkörpers 17c und des Dichtgliedes
16c gebildete berührungsfreie Spaltdichtung und andererseits durch den elastisch
verformbaren Dichtring 20, der zwischen der aufgeweiteten Wellenbohrung
9 c und dem relativ zur Welle ruhenden Dichtglied 16c angeordnet ist, am
Austreten in die Leckflüssigkeitskammer 22 gehindert.
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Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der im Gegensatz zu
Fig.4 das Dichtglied und der Dichtkörper nicht in einer Wellenbohrung, sondern auf
der Welle angeordnet sind. Das Dichtglied 16d ist mittels eines elastisch verformbaren
Dichtringes 20 auf der Welle 3 pendelnd gelagert und stützt sich gegen
den Wellenbund über einen elastischen Ring 20a ab. Der Dichtkörper 17d, der das
Dichtglied 16d übergreift und mit diesem die berührungsfreie Spaltdichtung
bildet, ist hier zugleich als Lagerdeckel ausgebildet. Die Druckflüssigkeit wird
über ein Anschlußstück 15 zugeführt.