DE19630929A1 - Freibewegliche Dichtungsanordnung für einen lagerfreien Kühlmittelverbinder mit Trockenlauffähigkeit - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Flüssigkeits-Verbindungseinrichtungen wie Kühlmittelverbin­ der, und insbesondere eine verbesserte Dichtungsanordnung für Kühlmittelverbinder, die Dichtungsgruppen aufweisen, die entweder mit einer Flüssigkeits-Kühlmittel­ quelle oder mit einer Luft-Kühlmittelquelle betreibbar sind.

Flüssigkeits-Verbindungseinrichtungen wie zum Beispiel Drehverbinder werden sehr häufig bei Hochgeschwindigkeits-Bohr- und Drehmaschinen, bei Maschinen- Werkzeugspindeln für hohe Geschwindigkeiten, bei Kupplungs- und Bremsvorgän­ gen und anderen Anwendungen benötigt, bei denen es erforderlich ist, den Auslaß einer Flüssigkeitsquelle mit den sich drehenden Vorrichtungen zu verbinden. Zur Optimierung der Betriebszustände von Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschinen sind Drehverbinder erforderlich, um entweder eine Flüssigkeit, wie zum Beispiel ein auf Wasser basierendes Kühlmittel, oder ein Luft-Kühlmittel von einer Quelle des betreffenden Kühlmittels zu der rotierenden Werkzeugmaschine zu führen. Alle die­ se Arten von sich drehenden Kühlmittelverbindern weisen eine Dichtungsgruppe auf, die eine Schnittstelle zwischen dem Auslaß der Flüssigkeits- oder Luft-Kühl­ mittelquelle, die stationär ist, und der rotierenden Vorrichtung, der das Kühlmittel zuzuführen ist, darstellt. Bei jeder Art von Verbindungseinrichtung umfaßt die Dich­ tungsgruppe ein sich drehendes Dichtungselement, das an dem Rotor des sich dre­ henden Verbinders befestigt ist, sowie ein nicht rotierendes Dichtungselement, das innerhalb des Gehäuses des Kühlmittelverbinders befestigt ist. Bei einer Verbin­ dungseinrichtung für ein Luft-Kühlmittel ist die Dichtungsfläche des nicht rotieren­ den Dichtungselementes in der Weise im allgemeinen mit einer Balganordnung vorgespannt, daß es luftdicht mit der Dichtungsfläche der rotierenden Dichtung ein­ greift. Das durch den Kühlmittelverbinder hindurchtretende Luft-Kühlmittel "schmiert" das Dichtungselement, um den Abrieb zu minimieren. Bei einer Verbin­ dungseinrichtung für flüssige Kühlmittel wird die Dichtungsfläche des nicht rotie­ renden Dichtungselementes im allgemeinen mit einer Federanordnung so vorge­ spannt, daß ein flüssigkeitsdichter Eingriff mit der Dichtungsfläche der rotierenden Dichtung geschaffen wird. Zur Minimierung des Abriebs schmiert das flüssige Kühl­ mittel die Dichtungselemente. Wenn jedoch entweder das Flüssigkeits- oder das Luft-Kühlmittel nicht zugeführt wird, tritt ein Zustand auf, der im allgemeinen als "Trockenlauf" bezeichnet wird, da die Zwischenflächen der Dichtungselemente kei­ ne Schmierung erhalten. Ein Trockenlauf führt zu einem erhöhten Abrieb der Dich­ tungsflächen der Dichtungselemente, insbesondere bei einem Hochgeschwindig­ keitsbetrieb, wobei ein ausgedehnter Trockenlauf zu einem Abreißen der Dichtungs­ flächen führen kann, und zwar insbesondere der Dichtungsflächen des rotierenden Dichtungselementes, was zu einem Leck an den Dichtungsflächen führt und somit einen Austausch einer oder beider Dichtungselemente erforderlich macht. Da das ro­ tierende Dichtungselement entweder permanent an dem Rotor befestigt oder integral mit diesem ausgebildet ist, erfordert ein Austausch eines beschädigten oder abgeris­ senen Rotations-Dichtungselementes einen Ersatz der gesamten Rotoranordnung.

Zur Lösung des mit einem Trockenlauf verbundenen Problems der Dichtungsabnut­ zung sind rotierende Kühlmittelverbinder entwickelt worden, bei denen das rotieren­ de Dichtungselement automatisch von dem nicht rotierenden Dichtungselement ge­ trennt wird, wenn kein Flüssigkeits- oder Luft-Kühlmittel vorhanden ist. Solche Kühlmittelverbinder werden im allgemeinen als "Pop off"-Verbindungen bezeichnet, da das feste Dichtungselement axial relativ zu dem Gehäuse des Kühlmittelverbin­ ders aus einem Eingriff mit dem rotierenden Dichtungselement herausbewegt wird, wenn der Druck der Kühlmittelströmung unter einen ausgewählten oder vorbestimm­ ten Wert sinkt. Das nicht rotierende Dichtungselement ist an einem Träger befestigt, der so ausgelegt ist, daß er das Dichtungselement in einen Eingriff mit dem rotierenden Dichtungselement bewegen kann, wenn der Druck der Kühlmittelströ­ mung auf den ausgewählten Wert ansteigt.

Da die "Pop-off"-Verbindungen eine axiale Bewegung eines Dichtungselementes entlang einer inneren Fläche des Gehäuses des Verbinders erfordern, muß eine Ab­ dichtung vorgesehen sein, um ein Lecken nach vorne, vorbei an dem axial bewegli­ chen Dichtungselement, durch den Spalt zwischen dem Dichtungselemententräger und der inneren Fläche des Gehäuses, an der dieser entlanggleitet, zu verhindern. Im allgemeinen wird bei solchen Flüssigkeits- oder Luft-Kühlmittelverbindern eine sol­ che Abdichtung mit einer O-Ring-Dichtung geschaffen, die in einer ringförmigen Nut in der inneren Fläche des Gehäuses liegt und die mit der äußeren Fläche des Trä­ gers für das nicht rotierende Dichtungselement entlang seines Umfangs eingreift. Da jedoch die O-Ring-Dichtung in einer ringförmigen Nut in dem Gehäuse befestigt ist, wird die Dichtung entlang der äußeren Fläche des Träger gezogen, wenn der Träger das nicht rotierende Dichtungselement bewegt. Der dadurch verursachte Abrieb der O-Ring-Dichtung kann dazu führen, daß diese ausfällt, so daß das flüssige Kühlmit­ tel von dem Einlaß des Verbinders nach vorne in das Innere des Gehäuses eintreten kann.

Ein weiteres Beispiel für einen "Pop-off"-Kühlmittelverbinder mit einer durch eine Flüssigkeit oder durch Luft betätigten Dichtungsgruppe wird in der US-PS 4.976.282 von Zbigniew Kubala, übertragen auf die Firma Deublin Company of Northbrook, Illinois, beschrieben. Diese Art von Kühlmittelverbindern weist eine Membran in dem Strömungsweg auf, um das nicht rotierende Dichtungselement in einen Eingriff mit dem rotierenden Dichtungselement zu drücken, wenn dem Kühlmittelverbinder flüssiges Kühlmittel zugeführt wird. Eine Vorspanneinrichtung drückt die Dich­ tungselemente auseinander, wenn kein flüssiges Kühlmittel vorhanden ist. Diese Art von Rotationsverbinder kann auch mit einem Luft-Kühlmittel betrieben werden. Wenn der Flüssigkeits- oder Luft-Kühlmitteldruck ausreichend hoch ist, bewirkt der Druck auf die Membran, daß diese den Dichtungselemententräger axial bewegt, um das nicht rotierende Dichtungselement in Eingriff mit dem rotierenden Dichtungsele­ ment zu bringen. Bei diesen Arten von Kühlmittelverbindern wird durch die Mem­ bran eine Abdichtung geschaffen, die ein Lecken des Kühlmittels nach vorne aus dem Gehäuse vermeidet. Die Verwendung einer solchen Membran zur Betätigung der Dichtungsgruppe erhöht jedoch die Kosten und den Aufwand für diese Art von Kühlmittelverbindern.

Darüber hinaus sind solche "Pop-off"-Kühlmittelverbinder nicht für einen selektiven Betrieb entweder mit einer Flüssigkeits-Kühlmittelquelle oder einer Luft-Kühlmittel­ quelle entwickelt worden. Demzufolge muß in Abhängigkeit von der Geschwindig­ keit der angetriebenen Werkzeugmaschinenspindeln der Benutzer einer solchen Ma­ schine zwei verschiedene und getrennte Kühlmittelverbinder verwenden, von denen einer an eine Flüssigkeits-Kühlmittelquelle und der andere an eine Luft-Kühlmittel­ quelle angeschlossen ist, was eine erhebliche Verteuerung und zusätzlichen Zeitauf­ wand bedeutet.

Zusammenfassung der Erfindung

Mit der Erfindung wird eine neue Dichtungsanordnung für eine Verbindungseinrich­ tung geschaffen, die selektiv entweder mit einem Flüssigkeits-Kühlmittel oder einem Luft-Kühlmittel verwendet werden kann, und bei der eine Leckage nach vorne zwi­ schen einem Teil der Dichtungsstruktur der Verbindungseinrichtung, der zur axial gleitenden Bewegung innerhalb eines Durchgangs des Gehäuses der Verbindungs­ einrichtung vorgesehen ist, und der inneren Wand des Gehäuses, entlang der der Teil der Dichtungsanordnung gleitet, verhindert wird. Die erfindungsgemäße Dichtungs­ anordnung oder -struktur umfaßt eine erste Dichtungsgruppe, die ein erstes ringför­ miges Dichtungselement und einen Sicherungsring aufweist, der in einer ersten ring­ förmigen Nut angeordnet ist, die vor der Flüssigkeits-Einlaßöffnung angeordnet und in der inneren Wand des Gehäuses abgegrenzt ist. Das erste ringförmige Dichtungse­ lement greift mit einer äußeren Fläche des beweglichen Teils der Dichtungsstruktur ein. Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung oder -struktur umfaßt ferner eine zweite Dichtungsgruppe, die ein zweites ringförmiges Dichtungselement und einen Sicherungsring aufweist, der in einer zweiten ringförmigen Nut angeordnet ist, die vor der Luft-Einlaßöffnung liegt und in der inneren Wand des Gehäuses abgegrenzt ist. Das zweite ringförmige Dichtungselement greift mit einer äußeren Fläche des be­ weglichen Teils der Dichtungsstruktur ein. Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die ersten und zweiten ringförmigen Dichtungselemente jeweils so bemessen sind, daß sie kleiner als die erste bzw. zweite ringförmige Nut sind, so daß eine be­ grenzte Bewegung der Dichtungselemente innerhalb der Nuten möglich ist. Die Si­ cherungsringe umranden jeweils die sich bewegende Dichtungsgruppe und sind in­ nerhalb der entsprechenden ringförmigen Nuten in der inneren Wand des Gehäuses positioniert. Die Sicherungsringe sind innerhalb jeder Nut so ausgerichtet, daß sie ei­ ne schräge Fläche für eine Ecke der dem ringförmigen Dichtungselement zugewand­ ten Nut schaffen. Die schräge Fläche des Sicherungsrings greift entweder mit den er­ sten oder zweiten ringförmigen Dichtungselementen ein, und zwar aufgrund der axialen Bewegung des beweglichen Teils der Dichtungsgruppe, wodurch die Bewe­ gung des ringförmigen Dichtungselementes innerhalb der Nut begrenzt wird. Dies wird im Folgenden noch beschrieben werden. Folglich wird das ringförmige Dich­ tungselement in jeder Nut nicht entlang der Fläche der sich bewegenden Dichtungs­ gruppe oder dem gleitenden Trägerelement in den Spalt zwischen der inneren Wand des Gehäuses und der äußeren Fläche der sich bewegenden Dichtungsgruppe gezo­ gen. Dadurch wird die Abnutzung des ringförmigen Dichtungselementes minimiert und somit seine Lebensdauer erhöht.

Die neue, gemäß der Erfindung geschaffene Dichtungsanordnung oder -struktur ist insbesondere zur Anwendung bei Rotationsverbindern geeignet, die sowohl eine er­ ste, flüssigkeitsbetätigte Dichtungsgruppe, als auch eine zweite, durch Luft betätigte Dichtungsgruppe aufweisen, in der die freibewegliche Dichtungsgruppe, die inner­ halb des Gehäuses des Verbinders angeordnet ist, eine Rotationsdichtung zwischen entweder dem Flüssigkeitseinlaß oder dem Lufteinlaß des Verbinders und einem Auslaß-Durchgang des Rotors schafft. Die freibewegliche Dichtungsstruktur ist so ausgelegt, daß sie selektiv entweder durch ein Flüssigkeits- oder ein Luft-Kühlmittel betätigt wird, das in die Einlaßkammer eingeleitet wird, um bei Nichtvorhandensein eines gewählten Flüssigkeits- oder Luft-Strömungsdruckes in der Einlaßkammer auf das nicht rotierende Dichtungselement so einzuwirken, daß es in seiner ersten Posi­ tion gehalten wird, und das nicht rotierende Dichtungselement in eine zweite Posi­ tion zu bewegen und in dieser Position zu halten, so lange wie der Flüssigkeits- oder Luft-Strömungsdruck in der Einlaßkammer vorhanden ist. Bei einer solchen Anwen­ dung verhindert die Dichtungsanordnung im wesentlichen eine Leckage zwischen der eingreifenden Fläche des Gehäuses und dem axial beweglichen Träger, der das nicht rotierende Dichtungselement in einen Eingriff mit dem rotierenden Dich­ tungselement sowie umgekehrt bewegt.

Zusätzlich sind die ersten oder zweiten ringförmigen Dichtungselemente oder O-Ringe gemäß der Erfindung strukturell so angeordnet, daß sie abdichtend mit der äu­ ßeren ringförmigen Fläche des beweglichen Trägerteils der Dichtungsgruppe eingrei­ fen und innerhalb der in der inneren Wand des Gehäuses vorgesehenen ringförmigen Nuten frei (schwimmend) beweglich sind. Da eine thermische Expansion den vorein­ gestellten Öffnungsabstand zwischen den rotierenden und den nicht rotierenden Dichtungsflächen beeinflußt, rollt somit der O-Ring niemals an dem beweglichen Trägerteil der Dichtungsgruppe ab, sondern kann statt dessen entlang dieser innerhalb der entsprechenden ringförmigen Nut frei gleiten oder schwimmen, so daß eine auto­ matische Einstellung auf die Expansion der Spindel erfolgt, der voreingestellte Öff­ nungsabstand aufrecht erhalten wird und ein Kontakt während eines Trockenlaufes verhindert wird.

Die Erfindung beinhaltet weitere Einzelheiten und Vorteile, die im Folgenden an­ hand der Zeichnungen detailliert beschrieben werden sollen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß zahlreiche Änderungen der Details möglich sind, ohne von dem in den Ansprüchen abgegrenzten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Rotations-Kühlmittelverbinder, der entweder mit einer Flüssigkeits- oder mit einer Luft-Kühlmittelquelle betreibbar ist, und zwar teilweise in Explosionsdarstellung, mit der neuen erfindungsgemäßen Dichtungsanord­ nung, wobei der Kühlmittelverbinder extern in einer operativen Beziehung zu einer rotierenden Welle einer Vorrichtung zur Verbindung des Auslasses einer Kühlmittelquelle mit der rotierenden Welle gelagert ist,

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Rotations-Kühl­ mittelverbinder, der in seinem inoperativen, drucklosen Zustand gezeigt ist,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 2 mit einem Kreis umschlossenen Teils des Rotations-Kühlmittelverbinders, die die Beziehung zwischen den ersten und zweiten Dichtungsgruppen und den Sicherungsringen darstellt, wenn sich der Rotations-Kühlmittelverbinder in seinem inoperativen, druck­ losen Zustand befindet,

Fig. 4 eine Aufsicht auf den Sicherungsring des erfindungsgemäßen Rotations- Kühlmittelverbinders,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Sicherungsrings des erfindungsgemäßen Rotations- Kühlmittelverbinders,

Fig. 6 einen vertikalen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Rotations-Kühl­ mittelverbinder, in dem die Positionierung der ersten und zweiten Dich­ tungsgruppen dargestellt ist, wenn ein Luft-Kühlmittel in den Kühlmittelver­ binder eingeleitet wird und dieser sich in seinem Druck-Betriebszustand befindet,

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des Teils des Rotations-Kühlmittelverbinders, der in Fig. 6 eingekreist ist, wobei die Beziehung zwischen den ersten und zweiten Dichtungsgruppen und den Sicherungsringen dargestellt ist, wenn ein Luft-Kühlmittel in den Rotations-Kühlmittelverbinder eingeleitet wird und sich dieser in seinem Druck-Betriebszustand befindet,

Fig. 8 einen vertikalen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Rotations-Kühl­ mittelverbinder, in dem die Positionierung der ersten und zweiten Dich­ tungsgruppen dargestellt ist, wenn ein flüssiges Kühlmittel in den Kühlmit­ telverbinder eingeleitet wird und dieser sich in seinem Druck-Betriebszu­ stand befindet, und

Fig. 9 eine vergrößerte Darstellung des Teils des Rotations-Kühlmittelverbinders, der in Fig. 8 eingekreist ist, wobei die Positionierung der ersten und zwei­ ten Dichtungsgruppen gezeigt ist, wenn ein flüssiges Kühlmittel in den Kühlmittelverbinder eingeleitet wird und dieser sich in seinem Druck-Be­ triebszustand befindet.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In Fig. 1 ist ein Rotations-Kühlmittelverbinder 10 gezeigt, der die verbesserte, er­ findungsgemäße Dichtungsanordnung aufweist. Der Rotations-Kühlmittelverbinder 10, der in Fig. 1 teilweise in Explosionsdarstellung gezeigt ist, dient zum Leiten ei­ nes Kühlmittels in entweder flüssigem oder gasförmigem Zustand von einer Kühl­ mittelquelle zu einer Antriebswelle 12 einer Vorrichtung, wie zum Beispiel einem rotierenden Bohrwerkzeug (nicht gezeigt), dem das entweder flüssige oder gasförmi­ ge Kühlmittel zuzuführen ist. Der Rotations-Kühlmittelverbinder 10 koppelt den Auslaß der Kühlmittelquelle mit der Welle 12, mit der die rotierende Vorrichtung verbunden ist. Die Welle 12 ist in einer Spindelbox 13 gelagert, die fest an einer Trä­ gerplatte 14 befestigt ist. Das angetriebene Ende 15 der Welle 12 erstreckt sich aus der Spindelbox 13 heraus. Die Welle 12 hat eine Bohrung 17, die durch diese hin­ durchverläuft und zum Leiten des entweder flüssigen oder garförmigen Kühlmittels zu der sich drehenden Vorrichtung dient. An dem angetriebenen Ende der Welle 12 ist eine Riemenscheibe 19 befestigt, über die die Welle mit einem motorgetriebenen Riemen 21 angetrieben wird.

Der Rotations-Kühlmittelverbinder 10 umfaßt eine Patronenverbindung 16, einen Flanschrotor 18 und einen Verbindungsadapter 20. Der Flanschrotor 18 ist mit der rotierenden Welle 12 verbunden, die zur Aufnahme des Kühlmittels durch den Kühl­ mittelverbinder dient. Der Flanschrotor 18 wird von dem Antriebselement angetrie­ ben, mit dem er verbunden ist und dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die von dem Antriebselement bestimmt wird, d. h. heißt mit bis zu 20.000 RPM oder mehr.

Bei der beispielhaften Ausführungsform ist der Rotationsverbinder 18 extern gela­ gert, der Flanschrotor 18 an dem Ende der Welle befestigt und die Patronenverbin­ dung 16 mit dem Verbindungsadapter 20 fest an der Trägerplatte 14 montiert. Die Trägerplatte bildet eine stationäre Montagefläche, durch die die Patronenverbindung 16 in axialer Ausrichtung zu dem Flanschrotor 18 gehalten werden kann, so daß ein genauer Eingriff der Dichtungsflächen eines nicht rotierenden Dichtungselementes und eines rotierenden Dichtungselementes des Rotationsverbinders gemäß nachfol­ gender Beschreibung möglich ist. Mit einer Basismontage-Klemmgruppe 22, die ei­ ne Montagebasis 23 und einen Montagestab 24 umfaßt, wird der Verbindungsadapter 20 an der Trägerplatte 14 befestigt. Die Montagebasis 23 ist auf die Trägerplatte 14 aufgeklebt. Der Verbindungsadapter 20 ist an seiner unteren Seite mit einer Gewin­ debohrung (nicht gezeigt) versehen, die ein Ende 25 des Montagestabes 24 auf­ nimmt. Das andere Ende 26 des Montagestabes liegt in einer der Gewindebohrungen 27, die in der oberen Fläche der Montagebasis 23 vorhanden sind. Aufgrund der An­ zahl von Gewindebohrungen 27 in der Montagebasis 23 kann die Montage­ Klemmgruppe 22 an Rotationsverbinder mit unterschiedlichen Größen und Abmes­ sungen angepaßt werden.

Die in Fig. 1 gezeigte Montageanordnung stellt eine Standard-Basismontage­ Konfiguration da, bei der der Verbindungsadapter 20 durch die Montage­ Klemmgruppe 22 gehalten wird. Alternativ dazu kann der Rotations-Kühlmittelver­ binder auch von oben gehalten werden oder, wie es allgemein bekannt ist, selbsttra­ gend sein. Bei einer von oben getragenen Montageanordnung hängt der Verbindungsadapter von einem Klemmechanimus herab, der an der oberen Fläche der Spindelbox befestigt ist, um die Patronenverbindung in axialer Ausrichtung mit dem Flanschrotor zu halten. Selbsttragende Verbinder umfassen einen Lagermecha­ nismus, wie zum Beispiel ein oder mehrere Rollenlager, mit denen Verbinder mit Lagermechanismen, wie zum Beispiel einem oder mehreren Rollenlagern, getragen werden, um den Flanschrotor relativ zu dem Gehäuse des Kühlmittelverbinders aus­ zurichten und abzustützen und das sich drehende Dichtungselement in axialer Aus­ richtung mit dem sich nicht drehenden Dichtungselement zu halten.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 umfaßt die erfindungsgemäße Patronenverbindung 16 ei­ ne Abschlußkappe 30, eine freibewegliche Dichtungsgruppe 32, eine erste Dich­ tungsgruppe 33 und eine zweite Dichtungsgruppe 34. Die Abschlußkappe 30 und der Verbindungsadapter 20 bilden ein zylindrisches Gehäuses für den Rotationsverbin­ der, das mit der Bezugsziffer 29 bezeichnet ist. Das Innere des Gehäuses 29 grenzt eine Dichtungskammer 35 ab, die die freibewegliche Dichtungsgruppe 32 lokalisiert.

Die Abschlußkappe 30 weist eine Seitenwand 37 mit einem ringförmigen Montage­ flansch 37a auf, mit dem das Ende mit geeigneten Befestigern, wie zum Beispiel Kopfschrauben 31 an dem Verbindungsadapter gesichert ist. Das Abschlußkappen- Gehäuse 30 ist mit einer zylindrischen Bohrung 42 versehen, die einen Durchgang abgrenzt, der sich axial von der Abschlußkappe erstreckt und der eine Luftdruck- Einlaßöffnung 44 bildet, die mit dem Durchgang in einer Linie liegt. Die Luftdruck- Einlaßöffnung 44 ist zur Verbindung mit einer in Fig. 1 gezeigten Versorgungslei­ tung 28 ausgelegt, um eine Verbindung mit dem Auslaß einer Luftdruckquelle 11 herzustellen. Die Versorgungsleitung umfaßt zwei Sperrventile 28a und 28b an ge­ genüberliegenden Seiten der Einlaßöffnung 44. Wenn der Patronenverbindung 16 ein Luftdruck zugeführt wird, ist das Sperrventil 28a geöffnet und das Sperrventil 28b geschlossen, um den Luftdruck durch die Einlaßöffnung 44 und durch die Boh­ rung 42 zu führen und die erste Dichtungsgruppe 33 gemäß nachfolgender Beschrei­ bung zu erregen. Die innere Fläche 44a des Teils des Abschlußkappengehäuses, der die Luftdruck-Einlaßöffnung 44 bildet, kann innen mit einem Gewinde versehen sein, um eine Verbindung mit der Versorgungsleitung 28 (siehe Fig. 1) zu erleich­ tern. Auch wenn der beispielhafte Kühlmittelverbinder grade ist und die Achse des Flüssigkeitseinlasses 44 mit der Achse der Durchgangsbohrung oder Durchführung 42 ausgerichtet ist, kann der Flüssigkeitseinlaß 44 auch mit einem rechten Winkel zu der Durchgangsbohrung ausgerichtet sein.

Das Abschlußkappengehäuse 30 ist weiterhin mit einer darin ausgeformten Flüssigkeits-Einlaßöffnung 43 versehen, die sich radial von dem Gehäuse 29 von der äußeren Fläche in Richtung auf die zentrale Achse des Gehäuses über die äußere Flä­ che 76a der Trägerseitenwand 76 ersteckt. Die Flüssigkeits-Einlaßöffnung 43 ist zur Verbindung einer Quelle 11′ eines Flüssigkeits-Kühlmittels über eine Leitung 28′ vorgesehen, während die Einlaßöffnung 44 für eine Verbindung mit der Quelle des Flüssigkeits-Kühlmittels über die Leitung 28 und das Sperrventil 28b ausgelegt ist. Wenn an die Patronenverbindung 16 ein Flüssigkeits-Kühlmitteldruck angelegt wird, ist das Sperrventil 28b offen und das Sperrventil 28a geschlossen, um den Flüssigkeits-Kühlmitteldruck durch beide Einlaßöffnungen 43 und 44 in die Patro­ nenverbindung 16 eintreten zu lassen. Die innere Fläche 43a der Flüssigkeits- Einlaßöffnung 43 kann innen mit einem Gewinde versehen sein, um die Verbindung mit der Versorgungsleitung 28′ gemäß Fig. 1 zu erleichtern.

Das Gehäuse 29 umfaßt ein kappenförmiges Adapterelement 30a, das durch Press­ passung an seinem vorderen Ende befestigt ist. Das kappenförmige Element 30a weist einen zylindrischen Seitenwandteil 50 mit einer Abschlußwand 52 an einem Ende 53 auf. Der in Form eines Donat gebildete Verbindungsadapter 20 ist so ausge­ legt, daß er das Adapterelement 30a aufnehmen kann und weist ferner gemäß den Fig. 1 und 2 mit Gewinde versehene Öffnungen 56 auf, mit denen eine Verbindung des Verbindungsadapter 20 mittels Kopfschrauben 31 mit der Abschlußklappe er­ leichtert wird. Das Adapterelement 30a weist eine axiale Öffnung 57 in seiner Ab­ schlußwand 52 auf, durch die der Flanschrotor 18 hindurchtreten kann. Das Adapterelement 30 ist mit drei Lüftungslöchern (zum Beispiel Lüftungsloch 58) ver­ sehen, die durch die Seitenwand 50 benachbart zu der Dichtungskammer 35 und mit gleichen Abständen voneinander entlang des Umfangs des Adapterelementes 30 ver­ laufen. Diese Lüftungslöcher ermöglichen eine Fühlung des Flüssigkeits-Kühlmittels aus der Dichtungsklammer 35 nach außerhalb des Verbindergehäuses, wenn die mit dem zugehörigen Dichtungselement gebildete Dichtung Abnutzungserscheinungen zeigt. Eine solche Leckage des Flüssigkeits-Kühlmittels stellt eine frühzeitige Indi­ kation eines Dichtungsverschleißes dar und verhindert, daß sich Flüssigkeit inner­ halb der Dichtungskammer ansammelt. Bei den Ausführungsformen der Erfindung ist das Adapterelement 30a aus Aluminium hergestellt.

Der Flanschrotor 18 weist eine Stahlhülse 60 auf, deren eines Ende 62 mit einem Hohlraum 64 ausgeformt ist. Der Flanschrotor 18 hat eine entlang des Umfangs ver­ laufende Nut 66 in der Nähe seines gegenüberliegenden Endes 67, in der eine VITON-O-Ring-Dichtung 68 zur Erzielung einer Abdichtung zwischen dem Flanschro­ tor 18 und der inneren Fläche der Welle 12 angeordnet ist.

Die freibewegliche Ventilgruppe 32 umfaßt ein einstückiges Rotations- Dichtungselement 36, das aus Siliziumkarbit hergestellt und an dem Hohlraum 64 des Flanschrotors 18 befestigt ist. Das rotierende Dichtungselement 36 umfaßt ein im allgemeinen flaches, scheibenförmiges Dichtungsteil 70 mit einer Öffnung 71 durch sein Zentrum und grenzt eine ringförmige Dichtungsfläche 36a sowie ein zy­ lindrisches Montageteil 72 ab. Das rotierende Dichtungselement ist mit seinem Mon­ tageteil 72, das von dem am Ende 62 der Hülse 60 des Flanschrotors 18 gebildeten Hohlraum 64 aufgenommen wird, an dem Flanschrotor 18 befestigt. Das rotierende Dichtungselement 36 ist an dem Flanschrotor 18 in geeigneter bekannter Weise gesichert.

Das nicht rotierende Dichtungselement 38 ist ein im allgemeinen flaches, scheiben­ förmiges Element, das aus Siliziumkarbit hergestellt ist. Das nicht rotierende Dichtungselement hat eine Öffnung 39 durch sein Zentrum, die eine ringförmige Dichtungsfläche 38a abgrenzt, die im Hinblick auf ihre Größe und Form mit der ringförmigen Dichtungsfläche 36a korrespondiert. Die aneinander liegenden Dich­ tungsflächen 36a und 38a der Dichtungselemente haben eine geläppte Fläche, um dicht aneinanderschließende Oberflächen zu bilden, wenn die Dichtungsflächen der zwei Dichtungselemente während des Betriebes des Kühlmittelverbinders unter dem Druck des flüssigen Kühlmittels eng aneinander liegen und während des Betriebes des Kühlmittelverbinders mit Luftdruck geringfügig voneinander beabstandet sind.

Das nicht rotierende Dichtungselement 38 ist an einem Träger 40 montiert und gesi­ chert. Der Träger 40 ist im allgemeinen ein hohles zylindrische Element, das in Form einer Hülse gebildet ist und einen Seitenwandteil 76 mit einem Flansch 77 an einem Ende 78 aufweist, das mit einer ringförmigen Schulter 79 ausgeformt ist. Der Träger 40 ist an seinem einen Ende 78, das eine das Dichtungselement 38 lokalisierende Vertiefung 80 abgrenzt, eingesenkt. Entlang des Umfangs des Trägers ist eine Mehr­ zahl von Keilschlitzen 81 angeordnet. Die Keilschlitze sind mit entsprechenden Öff­ nungen 82 in der Abschlußkappe 30 ausgerichtet. Durch die Keilschlitze verlaufen Rollstifte 83 in die Öffnungen, um den Dichtungselemententräger 40 an der Ab­ schlußkappe 30 einrasten zu lassen und dadurch eine Drehung des Trägers 40 und des dadurch getragenen Dichtungselementes 38 relativ zu der Endkappe 30 zu ver­ hindern, wenn das Dichtungselement 38 mit dem rotierenden Dichtungselement 36 eingreift.

Das Ende des Trägers 40 ist an seinem gegenüberliegenden Ende 84 radial nach au­ ßen abgeschrägt und grenzt einen ringförmigen Trog oder Kanal 85 zwischen dem umfangsseitigen Ende 84 des Trägers 40 und der inneren Fläche 37b der Seitenwand 37 der Abschlußkappe ab. Das nicht rotierende Dichtungselement 38 und der Träger 40 sind in Bezug auf die Achse des Durchgangs 42 so dimensioniert, montiert und ausgerichtet, daß diese innerhalb des Durchgangs in Richtung auf das rotierende Dichtungselement 36 an dem Flanschrotor 18 und von diesem weg mit einer axialen Bewegung gleiten können.

Um das nicht rotierende Dichtungselement 38 in nicht eingegriffenem Zustand mit dem rotierenden Dichtungselement 36 zu halten, wenn kein Kühlmitteldruck vorhan­ den ist, ist eine Druckfeder 86 in Form einer Spiralfeder in der Dichtungskammer 35 angeordnet. Die Druckfeder umschließt den Flanschrotor 18 und den Träger 40 und liegt zwischen der ringförmigen Schulter 79 des Trägers und der inneren Fläche 87 der Abschlußwand 52 des Verbindungsadapters 20. Die Kraft der Druckfeder ist nach hinten (in Fig. 2 nach rechts) gegen das Ende 78 des Trägers 40 gerichtet, um die Dichtungselemente 36 und 38 voneinander zu lösen, wenn sich die Aufnahme der rotierenden Kühlmittelverbindung in ihrem inoperativen, drucklosen Zustand be­ findet. Bei den beispielhaften Ausführungsformen ist die Druckfeder aus rostfreiem Stahl hergestellt.

Mit der neuen Dichtungsanordnung oder -struktur, die gemäß der Ausführungsform der Erfindung geschaffen wird, wird eine Leckage aus der freibeweglichen Dichtung 32 entlang des Trägers 40 durch den Spalt 88 zwischen der äußeren Fläche 76a der Seitenwand 76 des Trägers und der inneren Fläche 37b der Abschlußkappe in die Dichtungskammer verhindert. Die Dichtungsanordnung oder -struktur umfaßt vor­ zugsweise eine erste Dichtungsgruppe 34, die aus einem ringförmigen Dichtungsele­ ment 89 besteht, sowie einen Sicherungsring 91 der in einer ringförmigen Nut 92 liegt, die sich vor der Flüssigkeits-Einlaßöffnung 43 befindet und in der inneren ringförmigen Wand des Gehäuses 30 abgegrenzt ist. Die Flüssigkeits-Einlaßöffnung 43 mündet in eine zylindrische Bohrung oder einen Durchgang 42 durch die Öffnung 42a und steht mit einem ringförmigen Durchgang 93 in Verbindung, der über der äu­ ßeren Fläche 76a der Träger-Seitenwand 76 angeordnet ist, die mit der ersten ring­ förmigen Nut 92 in Verbindung steht. Die Abdichtanordnung oder -struktur umfaßt eine zweite Dichtungsgruppe 33, die aus einem ringförmigen Dichtungselement 89 und einem Sicherungsring 91 besteht, der in einer ringförmigen Nut 92 liegt, die vor der Luftdruck-Einlaßöffnung 44 liegt, die in der inneren ringförmigen Wand des Ge­ häuses 30 abgegrenzt ist. Zwischen dem ringförmigen Durchgang 93 und der ring­ förmigen Nut 92 der zweiten Dichtungsgruppe 33 befindet sich ein spaltförmiger Durchgang 93a, der mit diesen kommuniziert, um den Druck auf das ringförmige Dichtungselement 89 der zweiten Dichtungsgruppe auszugleichen.

Gemäß den Fig. 2 bis 5 ist der Sicherungsring 91 ein ringförmiges Element, das aus einem festen Material, wie zum Beispiel Nylon hergestellt ist. Der Sicherungs­ ring 91 hat gemäß der Darstellung in Fig. 5 einen im allgemeinen dreieckigen Querschnitt. Der Sicherungsring weist eine Öffnung 94 auf, deren innerer Durchmes­ ser mit dem äußeren Durchmesser 76a des Trägers 40 korrespondiert. Der Siche­ rungsring hat ferner eine ringförmige hintere Fläche 95 und eine ringförmige abge­ schrägte vordere Fläche 96, die von der Kante 95 der Öffnung 94 zu der Umfangs­ kante 97 seiner hinteren Fläche 93 abfällt bzw. dorthin geneigt ist. Der Sicherungs­ ring 91 ist an dem Träger 40 montiert und erstreckt sich um den Umfang des Trä­ gers, wobei sich die abgeschrägte Fläche in die ringförmige Nut 92 erstreckt.

Bei der beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform haben die ringförmigen Nuten 92, die im allgemeinen eine rechteckige Form haben, eine radiale Abmessung "a" von näherungsweise 5,5 mm zwischen der äußeren Fläche 76a der Träger- Seitenwand 76 und der äußeren Wand 100 der ringförmigen Nut 92, sowie eine Ab­ messung "b" in Umfangsrichtung von näherungsweise 6 mm zwischen gegenüberlie­ genden, sich parallel erstreckenden Endwänden 98 und 99 der Nut 92, was am be­ stem in den Fig. 3 und 9 zu erkennen ist. Die axiale Länge und Tiefe jeder Nut 92 ist somit größer, als der Durchmesser des O-Rings 89, der im allgemeinen einen Durchmesser von näherungsweise von 5 mm aufweist. Wie in den Fig. 3, 7 und 9 zu erkennen ist, sind die O-Ring-Dichtungen 89 im Hinblick auf ihre Abmessun­ gen kleiner, als die ringförmigen Nuten 92, so daß die O-Ring-Dichtungen sich frei innerhalb der Nuten 92 bewegen können, wenn der Träger 40 axial nach vorne be­ wegt wird, so daß das nicht rotierende Dichtungselement in einen Eingriff mit dem rotierenden Dichtungselement bewegt wird, und axial nach hinten verschoben wird, so daß das nicht rotierende Dichtungselement aus einem Eingriff mit dem rotieren­ den Dichtungselement hinausbewegt wird. Das ringförmige Dichtungselement 89 ist im Handel allgemein in Form eines VITON-O-Rings erhältlich.

Es ist wesentlich, daß die Sicherungsringe 91 jeweils die sich bewegende Dichtungs­ gruppe sowie den Träger 40 umschließen und innerhalb der entsprechenden ringför­ migen Nuten 92 in der inneren Wand des Gehäuses positioniert sind. Die Siche­ rungsringe sind in jeder Nut so angeordnet, daß eine schräge (geneigte) Fläche für eine Ecke der Nut, die auf die freibewegliche Dichtungsgruppe 32 gerichtet ist, ge­ schaffen wird. Die schräge Fläche 96 des Sicherungsrings greift während der axialen Bewegung des beweglichen Teilträgers 40 mit dem O-Ring 89 der freibeweglichen Dichtungsgruppe ein, wodurch die Bewegung des ringförmigen Dichtungselementes oder O-Rings 89 innerhalb der entsprechenden Nut begrenzt wird. Demzufolge wird das ringförmige Dichtungselement 89 in jeder Nut nicht entlang der Fläche der sich bewegenden Dichtungsgruppe oder des Trägers 40 in den Spalt 88 zwischen der in­ neren Wand des Gehäuses und der äußeren Fläche der beweglichen Dichtungsgruppe 40 gezogen, so daß die Abnutzung des ringförmigen Dichtungselementes 89 mini­ miert wird und sich die Lebensdauer dieses Elementes verlängert.

Gemäß den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 9 kann in dem Falle, in dem ein Kühlmittel durch den Kühlmittelverbinder 10 zu einer Vorrichtung, wie zum Bei­ spiel einer Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschine, die mit der Welle verbunden ist und durch diese gedreht wird, geführt wird, der Kühlmittelverbinder operativ ent­ weder mit der Versorgungsleitung 28 mit einer Quelle 11 für ein unter Druck stehen­ des Luft-Kühlmittel, das durch die Luft-Einlaßöffnung 44 zu dem Rotationsverbin­ der geführt oder durch diesen gerichtet wird, verbunden sein, da das Sperrventil 28a geöffnet und das Sperrventil 28b geschlossen ist, oder der Kühlmittelverbinder kann mit der Versorgungsleitung 28′ mit einer Quelle 11′ für ein unter Druck stehendes flüssiges Kühlmittel verbunden sein, das durch die Flüssigkeits-Einlaßöffnungen 43 und 44 dem Rotationsverbinder zugeführt wird, da das Sperrventil 28 geöffnet und das Sperrventil 28a geschlossen ist.

Anfänglich wird gemäß der Darstellung in den Fig. 2 und 3 das nicht rotierende Dichtungselement 38 durch die Kraft der Rückstellfeder 86 in einem nicht eingegrif­ fenen Zustand mit dem rotierenden Dichtungselement 36 gehalten. Dies ist die Stel­ lung, in der die Verbindung 10 inoperativ und drucklos ist und sich in ihrem Ruhe­ zustand (Ruheposition) befindet. In einer solchen Position berühren sich die O-Ring- Dichtungen 89 und die Sicherungsringe 91 vorzugsweise und sind gemäß der Dar­ stellung in Fig. 3 von den Seitenwänden 98 der Nuten 92 nach vorne beabstandet. Wenn ein unter Druck stehendes Luft-Kühlmittel durch die Leitung 28 über das offe­ ne Sperrventil 28a gegen das geschlossene Sperrventil 28b gedrückt wird, wird die unter Druck stehende Luftströmung auf die Luft-Einlaßöffnung 44 gerichtet und strömt somit in den Durchgang 42. Ein Teil des unter Druck stehenden Luft- Kühlmittels wird gegen die Umfangskante 84 des Trägers 40 gerichtet und tritt in den Trog 85 ein, wodurch eine Kraft auf den Träger 40 ausgeübt wird. Wenn der Strömungsdruck des Luft-Kühlmittels groß genug ist, um die Vorspannkraft der Druckfeder 86 zu überwinden, wird der Träger 40 durch die Kraft der Luft- Kühlmittelströmung in den Arbeits- oder Druckzustand, d. h. in den Fig. 6 und 7 nach links bewegt, wodurch das nicht rotierende Dichtungselement 38 im wesentli­ chen in einen Eingriff mit dem rotierenden Dichtungselement 36 gemäß der Darstel­ lung in Fig. 6 gebracht wird. In einem solchen operativen Druckzustand (oder Druckposition) kann jedoch aufgrund des Abgleichverhältnisses zwischen dem durch die Luft beweglichen Träger 40 und der zugeordneten zweiten Dichtungsgrup­ pe ein Spalt oder eine Trennung 32a von näherungsweise 1 bis 3 Microns zwischen dem rotierenden Dichtungselement 36 und dem nicht rotierenden Dichtungselement 38 gemäß Fig. 6 eingehalten werden. Dieser winzige Spalt bzw. diese winzige Trennung ist ausreichend, um einen Trockenlauf-Zustand zu verhindern, während andererseits eine wesentliche Abdichtung zwischen dem rotierenden Dichtungsele­ ment 36 und dem nicht rotierenden Dichtungselement 38 geschaffen wird.

In entsprechender Weise fließt in einem operativen Druckzustand das Luft- Kühlmittel durch den Durchgang 42 in die Abschlußkappe 30, durch die sich berüh­ renden Dichtungselemente 36 und 38 der freibeweglichen Ventilgruppe 32, sowie durch die Bohrung 17 in den Flanschrotor 18 zu der rotierenden Vorrichtung, der das Luft-Kühlmittel zuzuführen ist. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, wird die O-Ring-Dich­ tung 89 in einen Eingriff mit der schrägen Fläche 96 des Sicherungsrings 91 sowie mit der vorderen Seitenwand 98 der ringförmigen Nut der zweiten Dichtungsgruppe 33 bewegt, wenn der Träger 40 in seine operative Eingriffsposition bewegt wird. Der dreieckförmige Sicherungsring 91 füllt den Raum in der Ecke zwischen der O-Ringdichtung 89 mit kreisförmigen Querschnitt und dem den Seitenwänden 98 be­ nachbarten rechten Winkel sowie der äußeren Fläche 76a der Träger-Seitenwand 76 innerhalb der Nut 92 aus, so daß eine Dichtungsanordnung geschaffen wird. Auch wenn die O-Ring-Dichtung 89 der zweiten Dichtungsgruppe 34 ebenfalls axial be­ wegt wird, um mit der vorderen Seitenwand 98 der ringförmigen Nut einzugreifen, wird die primäre Dichtungsstruktur durch die erste Dichtungsgruppe 33 geschaffen, wenn eine Luftströmung durch den Einlaß 44 gerichtet wird.

Zwischen dem nicht rotierenden Dichtungselement 38 und dem rotierenden Dich­ tungselement 36 wird der Spalt 32a solange aufrechterhalten, wie der Luft- Strömungsdruck durch den Kühlmittelverbinder gerichtet wird. Wenn der Luftdruck auf einen Wert abfällt, der nicht mehr ausreicht, um die Kraft der Druckfeder 86 zu überwinden, wird der Träger 40 axial unter der Kraft der Druckfeder bewegt, wo­ durch das nicht rotierende Dichtungselement von dem näherungsweise 1 bis 5 Mi­ cron breiten Spalteingriff mit dem rotierenden Dichtungselement 36 wegbewegt wird und der Kühlmittelverbinder in den in den Fig. 2 und 3 gezeigten inoperativen drucklosen Zustand zurückbewegt wird. Das O-Ring-Dichtungselement 89 wird von dem Träger zurück in Richtung auf die hintere Seitenwand 99 bewegt, und zwar in die in Fig. 3 gezeigte Position. Auch wenn Fig. 3 das O-Ring-Dichtungselement 89 mit der hinteren Seitenwand 99 in jeder der ringförmigen Nuten 92 eingreifend zeigt, können die O-Ring-Dichtungselemente auch zwischen den Seitenwänden 98 und 99 positioniert sein, sofern dies gewünscht wird, da sich der Kühlmittelverbin­ der in dem inoperativen drucklosen Zustand befindet.

Wenn es gewünscht wird, den Verbinder 10 mit einem flüssigen Kühlmittel zu be­ treiben, so wird dieses im Betrieb durch die Flüssigkeits-Einlaßöffnung 43 über die Flüssigkeitsleitung 28′ aus der Quelle 11′ zugeführt und durch die Einlaßöffnung 44 über das Sperrventil 28b gegen das geschlossene Sperrventil 28a gedrückt und strömt somit in den ringförmigen Durchgang 93 sowie in die zweite Dichtungsgrup­ pe 34 und durch die Öffnung 42a und den Einlaß 44 in den axialen Durchgang 42. Der Teil des unter Druck stehenden Kühlmittels, der durch den ringförmigen Durch­ gang 93 fließt, ist so gerichtet, daß er auf einen Schulterabschnitt 41 an der äußeren Fläche des Trägers 40 einwirkt, wodurch auf das Trägerelement eine Kraft aufge­ bracht wird. Wenn der Strömungsdruck des Flüssigkeits-Kühlmittels groß genug ist, um die Vorspannkraft der Druckfeder zu überwinden, wird der Träger 40 durch die Kraft der Kühlmittelströmung in den operativen Druckzustand bzw. die Druckposi­ tion bewegt, und zwar in Fig. 2 nach links, wodurch gemäß der Darstellung in Fig. 8 das nicht rotierende Dichtungselement 38 in einen Eingriff mit dem rotieren­ den Dichtungselement 36 gebracht wird. In diesem operativen Druckzustand fließt das flüssige Kühlmittel durch den Durchgang 42 in das Gehäuse 30, durch die sich berührenden Dichtungselemente 36 und 38 der freibeweglichen Dichtungsgruppe 32, sowie durch die Bohrung 17 in den Flanschrotor 18 zu der rotierenden Vorrichtung, der das Kühlmittel zuzuführen ist. Wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, wird die O-Ring-Dichtung 89 in einen Eingriff mit der schrägen Fläche 96 des Sicherungs­ rings 91 sowie mit der Seitenwand 99 der ringförmigen Nut 92 der zweiten Dich­ tungsgruppe bewegt, wenn der Träger in seine operative Eingriffposition verschoben wird. Der dreieckförmig gestaltete Sicherungsring 91 füllt den Raum in der Ecke zwischen der O-Ring-Dichtung 89 mit kreisförmigem Querschnitt und dem der Sei­ tenwand 99 benachbarten rechten Winkel sowie der äußeren Fläche 76a der Träger- Seitenwand 76 innerhalb der Nut 92. Zusätzlich tritt Flüssigkeit auch durch den ringförmigen Durchgang 93 in den Spalt-Durchgang 93, der einen Ausgleich der O-Ring-Dichtung 89, die in der ersten Dichtungsgruppe 33 positioniert ist, herstellt. Auf diese Weise wird die primäre Dichtungsstruktur durch die zweite Dichtungs­ gruppe 34 geschaffen, wenn ein flüssiges Kühlmittel in den Kühlmittelverbinder ge­ leitet wird.

Das nicht rotierende Dichtungselement 38 wird solange in Eingriff mit dem rotieren­ den Dichtungselement 36 gehalten, wie der Flüssigkeits-Strömungsdruck durch den Kühlmittelverbinder aufrechterhalten wird. Wenn der Strömungsdruck auf einen Wert abfällt, der nicht mehr ausreicht, um die Kraft der Druckfeder zu überwinden, wird der Träger 40 unter der Kraft der Druckfeder 86 bewegt, wodurch das Dich­ tungselement 38 aus seinem Eingriff mit dem rotierenden Dichtungselement 36 ge­ löst wird und der Kühlmittelverbinder in seinen inoperativen drucklosen Zustand, nämlich die in Fig. 2 und 3 gezeigte Position, zurückkehrt. Das O-Ring-Dich­ tungselement 89 wird durch den Träger 40 zurück in Richtung auf die Seitenwand 99 bewegt. Diese Position ist in Fig. 3 gezeigt. Die Arbeitsweise der Dichtungsanord­ nung für einen Flüssigkeits-Kühlmittelverbinder mit einer freibeweglichen Dich­ tungsgruppe wird in der parallelen Anmeldung USSN 390.490 vom 17. Februar 1995 beschrieben.

Zusammengefaßt wurde also erläutert, daß mit der Erfindung eine verbesserte Dich­ tungsanordnung geschaffen wird, mit der eine Leckage zwischen einem Teil einer Dichtungsgruppe, die für eine axial gleitende Bewegung innerhalb einer Durch­ gangsbohrung eines Gehäuses vorgesehen ist, und der inneren Wand des Gehäuses des Kühlmittelverbinders, entlang der das Dichtungsgruppenteil gleitet, verhindert wird. Die Dichtungsanordnung umfaßt ein O-Ring-Dichtungselement, das in einer ringförmigen Nut angeordnet ist, die in der Gehäuseinnenwand abgegrenzt ist, sowie einen Sicherungsring, der von dem Träger getragen wird und sich in die Nut er­ streckt. Die O-Ring-Dichtung ist so bemessen, daß sie kleiner ist, als die ringförmige Nut. Der Sicherungsring grenzt eine schräge Fläche ab, die auf die O-Ring-Dichtung gerichtet ist und die während der axialen Bewegung der Dichtungsgruppe zur Be­ grenzung der Bewegung des O-Rings mit der O-Ring-Dichtung eingreift. Die be­ grenzte Bewegung der O-Ring-Dichtungen minimiert die Abnutzung an den Dich­ tungen, wodurch sich ihre Lebensdauer verlängert.

Die mit der Erfindung geschaffene neue Dichtungsanordnung oder -struktur ist ins­ besondere für eine Anwendung bei rotierenden Verbindern geeignet, die sowohl eine erste, luftbetätigte Dichtungsgruppe, als auch eine zweite, flüssigkeitsbetätigte Dich­ tungsgruppe aufweisen, bei der die freibewegliche Dichtungsgruppe, die innerhalb des Gehäuses des Verbinders angeordnet ist, eine rotierende Dichtung zwischen ent­ weder einem Lufteinlaß oder einem Flüssigkeitseinlaß des Verbinders und dem Aus­ laßdurchgang des Rotors in gewünschter Weise schafft. Die freibewegliche Dich­ tungsstruktur ist so gestaltet, daß sie entweder durch ein Luft-Kühlmittel oder ein Flüssigkeits-Kühlmittel betätigbar ist, das in die Einlaßkammer zum Einwirken auf das nicht rotierende Dichtungselement eingeleitet wird, um dieses axial von einer er­ sten Ruheposition, in der sich kein Flüssigkeits- oder Luftdruck in der Einlaßkam­ mer befindet, in eine zweite Arbeitsposition zu bewegen und dort zu halten, solange wie der Luft- oder Flüssigkeitsdruck vorhanden ist. Bei solchen Anwendungen wird mit der Dichtungsanordnung eine Leckage nach vorn zwischen der eingreifenden Fläche des Gehäuses und dem Träger, der das nicht rotierende Dichtungselement in einen Eingriff mit dem rotierenden Dichtungselement und aus dem Eingriff heraus­ bewegt, verhindert. Außerdem wird eine Leckage zwischen den rotierenden und nicht rotierenden Dichtungselementen verhindert.

Darüberhinaus ist erfindungsgemäß das ringförmige Dichtungselement oder der O-Ring strukturell so angeordnet, daß dieses/dieser abdichtend mit der äußeren ringför­ migen Fläche des beweglichen Teils der Dichtungsgruppe eingreift und sich inner­ halb der ringförmigen Nut, die in der inneren Wand des Gehäuses vorgesehen ist, frei bewegen (schwimmen) kann. Wenn somit eine thermische Ausdehnung der Spindel oder Welle während des Laufes des rotierenden Kühlmittelverbinders auftritt, bewirkt diese thermische Expansion die Voreinstellung eines Öffnungsab­ standes zwischen den rotierenden und den nicht rotierenden Dichtungsflächen. Unter diesen Bedingungen rollt der O-Ring niemals an dem beweglichen Teil der Dich­ tungsgruppe ab, sondern kann statt dessen innerhalb der ringförmigen Nut gleiten oder sich frei bewegen (schwimmen), um eine automatische Einstellung entspre­ chend der Expansion der Spindel zu schaffen und den voreingestellten Öffnungsab­ stand aufrecht zu erhalten und somit eine Berührung während eines Trockenlaufes zu vermeiden.

Auch wenn die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, sind zahlreiche Modifikationen möglich, ohne von dem in den nachfolgenden Ansprüchen beschriebenen Inhalt und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Auch wenn zum Beispiel die Dichtungsanordnung mit Bezug auf eine Anwendung in einer Flüssigkeits-Verbindungseinrichtung und insbesondere einen rotierenden Kühlmittelverbinder beschrieben wurde, kann die Dichtungsanordnung auch bei an­ deren Anwendungen eingesetzt werden, in denen eine Abdichtung zwischen ersten und zweiten Elementen erforderlich ist, die relativ zueinander beweglich sind. Auch wenn ferner bei der beispielhaften Ausführungsform die ringförmige Nut in der Wand des Gehäuses ausgeformt ist, kann die Nut auch in der Umfangsfläche des Trägers ausgeformt sein, und die innere Fläche des Gehäuses kann eine Sicherungs­ fläche abgrenzen, die sich in eine solche Nut zur Steuerung der Bewegung des Dich­ tungselementes erstreckt.

Claims (12)

1. Verbindungseinrichtung zur Schaffung einer Dichtungsanordnung mit einem ro­ tierenden Dichtungselement mit:
einem Gehäuse (29) mit einem Flüssigkeits-Kühlmitteleinlaß (43), einem Luft- Kühlmitteleinlaß (44) und einem Durchgang (42) durch diese hindurch,
einem Dichtungs-Wellenelement (40) mit einem Dichtungselement und einer axialen Bohrung, das in dem Gehäuse (29) für eine axial gleitende Bewegung innerhalb des Gehäuses entlang einer inneren Fläche des Gehäuses zwischen einer drücklosen Po­ sition und einer Druckposition positioniert ist, wobei das Dichtungs-Wellenelement (40) in der Druckposition eine Dichtungsanordnung zwischen dem rotierenden Dich­ tungselement (36) und dem Dichtungs-Wellenelement (40) schafft,
einer ersten Dichtungsgruppe (33), die zwischen den eingreifenden Flächen des Wel­ lenelementes (40) und dem Gehäuse (29) positioniert und strukturell so angeordnet ist, daß sie mit dem Luft-Kühlmitteleinlaß (44) kommuniziert,
einer zweiten Dichtungsgruppe (34), die zwischen den eingreifenden Flächen des Wellenelementes (40) und dem Gehäuse (29) positioniert und strukturell so angeord­ net ist, daß sie mit dem Flüssigkeits-Kühlmitteleinlaß (43) kommuniziert,
wobei die erste Dichtungsgruppe (33) eine Abdichtung zwischen dem beweglichen Wellenelement (40) und dem Gehäuse (29) schafft, wenn ein Luft-Kühlmittel durch den Luft-Kühlmitteleinlaß (44) in das Gehäuse (29) geleitet wird und sich das Welle­ nelement in der Druckposition (Druckzustand) befindet, und wobei die zweite Dich­ tungsgruppe (34) eine Abdichtung zwischen dem beweglichen Wellenelement (40) und dem Gehäuse (29) schafft, wenn ein Flüssigkeits-Kühlmittel durch den Flüssigkeits-Kühlmitteleinlaß (43) in das Gehäuse (29) geleitet wird und sich das Wellenelement in der Druckposition (Druckzustand) befindet.

2. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Dichtungsgruppe (33, 34) ein ring­ förmiges Dichtungselement (89) enthalten, das in einer ringförmigen Nut (92) angeordnet ist, die in der inneren Fläche des Gehäuses (29) abgegrenzt ist, wobei die ringförmigen Dichtungselemente (89) mit dem Wellenelement (40) eingreifen.

3. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite jeder ringförmigen Nut (92) in einer gegen­ über dem Durchgang axialen Richtung größer ist, als der äußere Durchmesser des ringförmigen Dichtungselementes (89), um eine Bewegung des ringförmigen Dich­ tungselementes (89) in der Nut (92) als Antwort auf eine axial gleitende Bewegung des Wellenelementes (40) innerhalb des Gehäuses (29) zu ermöglichen, und daß jede erste und zweite Dichtungsgruppe (33, 34) ringförmige Sicherungsringe (91) auf­ weist, die das Wellenelement (40) umschließen, wobei die Sicherungsringe (91) ei­ nen radial vorspringenden Teil aufweisen, der sich in die Nut (92) erstreckt und eine schräge Fläche (96) für eine Ecke der Nut abgrenzt, wobei die schräge Fläche auf das ringförmige Dichtungselement (89) gerichtet ist und mit dem ringsförmigen Dich­ tungselement (89) während der relativen axialen Bewegung zwischen dem Wellene­ lement (40) und dem Gehäuse (29) zur Begrenzung der Bewegung des ringförmigen Dichtungselementes innerhalb der Nut (92) eingreift.

4. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (91) einen im allgemeinen dreieck­ förmigen Querschnitt aufweist.

5. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede ringförmige Nut (92) erste und zweite parallele Seiten (98, 99) aufweist, die voneinander in einer Richtung axial zu dem Durchgang (42) des Gehäuses (29) beabstandet sind und daß das ringförmige Element mit einer Seite der Nut (92) eingreift, wenn sich das Wellenelement (40) in der Druckposition befindet, um eine Abdichtung zwischen beiden zu schaffen, und sich innerhalb der Nut (92) frei bewegt (schwimmt), wenn sich das Wellenelement in seiner drucklosen Position befindet.

6. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sicherungsring (91) eine zentrale Öffnung (94) aufweist, um die Montage der Sicherungsringe an dem Wellenelement (40) zu er­ leichtern, wobei der innere Durchmesser der Öffnung (94) größer ist, als der äußere Durchmesser des Wellenelementes, so daß das Sicherungselement frei auf dem Wel­ lenelement beweglich ist.

7. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Dichtungselement (89) ein O-Ring- Dichtungselement ist.

8. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (92) im Querschnitt rechteckig ist und das O-Ring-Dichtungselement (89) im Querschnitt kreisförmig ist, wodurch zwischen be­ nachbarten Seiten der Nut (92) und des Dichtungselementes (89) ein Raum geschaf­ fen wird, der im wesentlichen durch den vorspringenden Teil des Sicherungsrings (91) ausgefüllt wird, wenn sich das Trägerelement in der Druckposition befindet.

9. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Breite mindestens einer Nut (92) und dem äußeren Durchmesser mindestens einer O-Ring-Dichtung (89) nähe­ rungsweise kleiner als 1 mm ist.

10. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dichtungsgruppe (34) mit einem Flüssigkeits-Kühlmittel eingreift, wobei die axiale Bewegung des Wellenelementes in den Druckzustand ermöglicht, daß das rotierende Dichtungselement (36) mit dem Wellen-Dichtungselement (40) eingreift, um eine Abdichtung zwischen beiden zu schaffen.

11. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtungsgruppe (33) mit einem Luft- Kühlmittel eingreift, wobei die axiale Bewegung des Wellenelementes in den Druck­ zustand das Wellen-Dichtungselement (40) innerhalb von etwa 1 bis 5 Microns ge­ genüber dem rotierenden Dichtungselement (36) positioniert.

12. Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dichtungsgruppe (34) mit dem Flüssigkeits- Kühlmittel eingreift, wobei die axiale Bewegung des Wellenelementes in den Druck­ zustand das Wellen-Dichtungselement (40) in Berührung mit dem rotierenden Dich­ tungselement (36) positioniert.