DE19903565B4

DE19903565B4 - Hydraulische Drehdurchführung

Info

Publication number: DE19903565B4
Application number: DE1999103565
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Forster
Original assignee: Linde Material Handling GmbH
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2019-01-30
Also published as: DE19903565A1

Abstract

Hydraulische Drehdurchführung für ein erstes und ein zweites Bauteil, die relativ zueinander verdrehbar sind, wobei in dem ersten Bauteil in einer Aufnahmebohrung eine axial bewegliche, durch hydraulischen Druck in Richtung zum zweiten Bauteil beaufschlagbare Buchse angeordnet ist, deren dem zweiten Bauteil zugewandte Stirnfläche zur Anlage gegen einen Ausgleichskörper vorgesehen ist, der sich axial zwischen der Buchse und dem zweiten Bauteil befindet, und wobei zwischen der Buchse, dem Ausgleichskörper und dem zweiten Bauteil Axialabdichtungen vorgesehen sind, wobei eine erste Axialabdichtung aus einem Flächenpaar mit einer sphärischen und einer hohlsphärischen Fläche besteht und und eine zweite Axialabdichtung aus einem Flächenpaar mit zwei zueinander planparallelen Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehdurchführung als Mehrfachdrehdurchführung mit einer gestuften Buchse (7) in einer gestuften Aufnahmebohrung (6) ausgebildet ist, wobei in einem axial vor jeder Stufe gebildeten Druckraum (8; 9; 10) jeweils ein Fluidkanal (1a; 2a; 3a) des ersten Bauteils (4) und ein Durchgangskanal (13; 15;...

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Drehdurchführung für ein erstes und ein zweites Bauteil, die relativ zueinander verdrehbar sind, wobei in dem ersten Bauteil in einer Aufnahmebohrung eine axial bewegliche, durch hydraulischen Druck in Richtung zum zweiten Bauteil beaufschlagbare Buchse angeordnet ist, deren dem zweiten Bauteil zugewandte Stirnfläche zur Anlage gegen einen Ausgleichskörper vorgesehen ist, der sich axial zwischen der Buchse und dem zweiten Bauteil befindet, und wobei zwischen der Buchse, dem Ausgleichskörper und dem zweiten Bauteil Axialabdichtungen vorgesehen sind, wobei eine erste Axialabdichtung aus einem Flächenpaar mit einer sphärischen und einer hohlsphärischen Fläche besteht und eine zweite Axialabdichtung aus einem Flächenpaar mit zwei zueinander planparallelen Flächen.
Eine derartige Drehdurchführung ist aus der DE-PS 15 25 715 bekannt. Ihr Anwendungsbereich ist auf eine einzelne Fluidverbindung begrenzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, für Anwendungsfälle, in denen mehrere Fluidverbindungen zwischen zwei relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen hergestellt werden müssen, mit möglichst geringem Aufwand eine platzsparende und funktionelle Lösung zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Drehdurchführung der eingangs genannten Art als Mehrfachdrehdurchführung mit einer gestuften Buchse in einer gestuften Aufnahmebohrung ausgebildet ist, wobei in einem axial vor jeder Stufe gebildeten Druckraum jeweils ein Fluidkanal des ersten Bauteils und ein Durchgangskanal der Buchse münden und wobei der Durchgangskanal der Buchse an einen im Ausgleichskörper angeordneten Durchgangskanal angeschlossen ist, der mit einem Anschlußkanal im zweiten Bauteil in Verbindung steht.
Durch die erfindungsgemäße Drehdurchführung sind daher gleichzeitig mehrere Fluidverbindungen herstellbar. Die in den Druckräumen herrschenden Drücke beaufschlagen die Buchse in Richtung zum Ausgleichskörper und diesen in Richtung zum zweiten Bauteil. Dadurch werden die Axialabdichtungen der Drehdurchführung wirksam.
Welches der beiden Bauteile feststeht und welches verdreht wird, ist prinzipiell beliebig. Für die nachfolgenden Ausführungen wird der Einfachheit halber das erste Bauteil als feststehend angenommen und das zweite Bauteil als relativ zu dem ersten Bauteil verdrehbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Durchgangskanal des Ausgleichskörpers eine auf der der Buchse benachbarten Seite angeordnete Ringnut auf, deren Abstand zur Drehachse der Drehdurchführung im wesentlichen gleich ist dem Abstand der benachbarten Mündung des Durchgangskanals der Buchse von der Drehachse. Unabhängig von der Drehstellung des Ausgleichskörpers ist damit stets eine Verbindung zwischen dem Fluidkanal im feststehenden ersten Bauteil und dem Anschlußkanal im drehbaren zweiten Bauteil sichergestellt.
Zweckmäßig ist es darüber hinaus, wenn der Durchgangskanal des Ausgleichskörpers eine auf der der Buchse entgegengesetzten Seite angeordnete Ringnut aufweist, deren Abstand zur Drehachse der Drehdurchführung im wesentlichen gleich ist dem Abstand der benachbarten Mündung des Anschlußkanals im zweiten Bauteil zur Drehachse.
Besonders günstig ist eine Weiterbildung der Erfindung, in der die Buchse und die Aufnahmebohrung jeweils mehrere, einander zugeordnete Stufen enthalten, wobei der den höchsten Druck führende Fluidkanal an den radial innersten Druckraum und die niedrigere Drücke führenden Fluidkanäle an die radial äußeren Druckräume angeschlossen sind, wobei das Druckniveau von radial innen nach radial außen abnimmt. Dadurch wird einerseits erzielt, daß die Druckräume, die die höheren Drücke führen, nicht direkt gegen die Außenumgebung sondern lediglich gegen den den nächstniedrigeren Druck führende Druckraum abgedichtet werden muß, was zu einer Minimierung der Leckverluste führt. Anderseits wird durch die genannte Anordnung der Fluidkanalanschlüsse an die Druckräume der gestuften (trichterförmigen) Buchse die Materialbelastung in den dünnwandigeren radial äußeren Bereichen der Umgebung der Aufnahmebohrung gering gehalten. Im radial inneren Bereich der Umgebung der Aufnahmebohrung, also dort, wo die größten Drücke wirken, ist die Wandstärke am größten, so daß also auch hier die Materialbelastung gering gehalten werden kann.
Insgesamt kann die erfindungsgemäße Drehdurchführung daher mit dem geringstmöglichen Platzbedarf ausgebildet werden.
Etwaige Druckabfälle und Leckverluste werden dadurch minimiert, daß zwischen den Druckräumen Dichtungen angeordnet sind.
Sofern die Buchse in Richtung zum Ausgleichskörper federbelastet ist, wird auch bei geringen Drücken eine gute Axialabdichtung erzielt.
Eine besonders platzsparende Bauweise ergibt sich gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß die Buchse und die Aufnahmebohrung in einem Zapfen des feststehenden ersten Bauteils angeordnet sind, der in eine Ausnehmung des drehbaren zweiten Bauteils hineinragt, wobei sich axial und radial zwischen dem Zapfen und der Ausnehmung jeweils ein Gleitlager befindet.
Durch die Verwendung von platzsparenden Gleitlagern wird darüber hinaus eine Dichtwirkung nach außen erzielt. Eine besondere Vorrichtung zum Schmieren der Gleitlager entfällt, da die Schmierung der Gleitlager durch Lecköl erfolgen kann.
Um die Drehdurchführung zuverlässig nach außen gegen Ölaustritt abzudichten, erweist es sich als zweckmäßig, radial zwischen dem Zapfen und der Ausnehmung eine am Außenende der Ausnehmung angeordnete Dichtung vorzusehen, die den bereits als Dichtung wirkenden axialen und radialen Gleitlagern gewissermaßen nachgeschaltet ist.
Da der Zapfen einen kleineren Querschnitt aufweist als die im drehbaren zweiten Bauteil angeordnete Umgebung der Ausnehmung, erweist es sich hinsichtlich der für die Drehdurchführung verwendeten Werkstoffe als günstig, wenn der Zapfen aus einem höher belastbaren Werkstoff besteht als die Umgebung der Ausnehmung im zweiten Bauteil. Beispielsweise kann der Zapfen aus Stahl und die Umgebung der Ausnehmung aus Guß bestehen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert: Die erfindungsgemäße, im Schnitt dargestellte Drehdurchführung dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Verbindung von Fluidkanälen 1a, 2a, 3a und 24a, die in einem ersten Bauteil 4 angeordnet sind, mit Anschlußkanälen 1b, 2b, 3b und 24b, die in einem zweiten Bauteil 5 angeordnet sind.
Die beiden Bauteile 4 und 5 sind realtiv zueinander verdrehbar, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel das erste Bauteil 4 feststehend sein soll und das zweite Bauteil 5 relativ zu dem ersten Bauteil 4 drehbar.
In einer gestuften Aufnahmebohrung 6 des feststehenden ersten Bauteils 4 befindet sich eine ebenfalls gestufte Buchse 7, die axial verschieblich ist. Die Buchse 7 ist durch in der Figur nicht dargestellte Mittel gegen Verdrehen zur Aufnahmebohrung 6 gesichert (In der Regel genügt jedoch die Reibung der Dichtungen 19).
Die Buchse 7 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Stufen auf. Selbstverständlich sind auch Ausführungen mit mehr oder weniger Stufen möglich, je nachdem ob mehr oder weniger als drei Fluidkanäle mit der entsprechenden Anzahl von Anschlußkanälen zu verbinden sind.
Vor jeder Stufe der Buchse 7 befindet sich ein Druckraum 8, 9 bzw. 10, wobei die Druckräume 9 und 10 als Ringräume ausgebildet sind. In dem Druckraum 8 mündet der Fluidkanal 1a, in dem Druckraum 9 der Fluidkanal 2a und in dem Druckraum 10 der Fluidkanal 3a.
Axial zwischen der Buchse 7 und dem drehbaren zweiten Bauteil 5 ist ein Ausgleichskörper 11 angeordnet. Dieser ermöglicht durch seine linsenförmige Gestalt den Ausgleich von Toleranzen der Drehdurchführung in seitlicher Richtung durch ein Flächenpaar mit ebenen Flächen und in Bezug auf Winkelfehler durch ein Flächenpaar mit sphärischen/hohlsphärischen Flächen. Durch diese beiden Flächenpaare kann sich der Ausgleichskörpers 11 gegenüber der Buchse 7 seitlich bewegen und ein Verkippen des drehbaren zweiten Bauteils 5 gegenüber dem feststehenden ersten Bauteil 4 ausgleichen. Toleranzen der Drehdurchführung in axialer Richtung werden durch die axiale Verschiebbarkeit der Buchse 7 ausgeglichen.
Die oben genannten Flächenpaare stellen Axialabdichtungen dar. Hierbei besteht eine erste Axialabdichtung aus einem Flächenpaar, das von einer ebenen Fläche 11a des Ausgleichskörpers 11 und einer gegenüberliegenden, zu der Fläche 11a planparallelen Fläche 7a, nämlich der äußeren Stirnfläche der Buchse 7 gebildet wird. Eine zweite Axialabdichtung besteht aus einem Flächenpaar, das von einer sphärischen Fläche 11b des Ausgleichskörpers 11 und einer gegenüberliegenden hohlsphärischen Fläche 5b des drehbaren Bauteils 5 gebildet wird.
Durch die in den Druckräumen 8, 9 und 10 herrschenden hydraulischen Drücke ist die Buchse 7 in Richtung zum Ausgleichskörper 11, d. h. in axialer Richtung beaufschlagbar. Dadurch ist auch der Ausgleichskörper 11 in axialer Richtung beaufschlagbar, also in Richtung zum drehbaren zweiten Bauteil 5.
Im Ergebnis werden dabei die oben beschriebenen Axialabdichtungen wirksam. Damit auch bei geringen hydraulischen Drücken eine gute Axialabdichtung erreicht wird, ist die Buchse 7 parallel zur Beaufschlagung mit hydraulischen Drücken in Axialrichtung durch die Kraft einer Feder 12 belastet.
Der Ausgleichskörper 11 ist durch in der Figur nicht dargestellte Mittel bevorzugt gegen Verdrehung zum drehbaren zweiten Bauteil 5 gesichert, dreht sich also zusammen mit dem Bauteil 5, wobei eine Relativdrehbewegung zwischen den beiden ebenen Flächen 7a und 11a entsteht. Selbstverständich ist es alternativ auch möglich, den Ausgleichskörper 11 gegen Verdrehung zur Buchse 7 zu sichern, so daß beim Drehen des drehbaren zweiten Bauteils 5 eine Relativdrehbewegung zwischen der sphärischen Fläche 11b und der hohlsphärischen Fläche 5b entsteht.
Hydrostatische Entlastungsnuten in der ebenen Fläche 11a und der sphärischen Fläche 11b des Ausgleichskörpers 11 sorgen dafür, daß die Reibung beim Drehen des drehbaren zweiten Bauteils 5 relativ zum feststehenden ersten Bauteil 4 gering ist und die Fähigkeit des Ausgleichskörpers 11, seine Lage in Abhängigkeit von den Toleranzen anpassen zu können, unterstützt wird.
In der Buchse 7 sind Durchgangskanäle 13, 15, 17 angeordnet, die an Durchgangskanäle 14, 16, 18 des Ausgleichskörpers 11 angeschlossen sind. Die Durchgangskanäle 13, 15, 17 der Buchse 7 stehen mit den Druckräumen 8, 9 und 10 in Verbindung, die Durchgangskanäle 14, 16, 18 des Ausgleichskörpers 11 mit den Anschlußkanälen 1b, 2b und 3b im drehbaren Bauteil 5.
Die Durchgangskanäle 14, 16, 18 des Ausgleichskörpers 11 weisen auf der ebenen Fläche 11a und auf der sphärischen Fläche 11b jeweils Ringnuten auf, damit in jeder Drehstellung die Durchgangskanäle 14, 16, 18 des Ausgleichskörpers 11 an die Durchgangskanäle 13, 15, 17 der Buchse 7 und an die Anschlußkanäle 1b, 2b und 3b angeschlossen sind.
Der jeweils von einem Druckraum 8, 9 oder 10 des feststehenden Bauteils 4 zu einem Durchgangskanal 14, 16 oder 18 des Ausgleichskörpers 11 und damit letztlich zu einem der Anschlußkanäle 1b, 2b oder 3b führende Durchgangskanal 13, 15 oder 17 kann jeweils einfach oder mehrfach ausgeführt werden.
Der Ausgleichskörper 11 ist von einem Ringraum 24 umgeben, an den die Fluidkanäle 24a, 24b angeschlossen sind.
Im einzelnen ergeben sich im folgenden Ausführungsbeispiel folgende Verbindungen zwischen den Fluidkanälen 1a, 2a und 3a des feststehenden Bauteils 4 und den Anschlußkanälen 1b, 2b und 3b des drehbaren Bauteils 5:

• Fluidkanal 1a, Druckraum 8, Durchgangskanal 13 (hier: zentrische Bohrung) der Buchse 7, Durchgangskanal 14 (hier: zentrische Bohrung) des Ausgleichskörpers 11, Anschlußkanal 1b
• Fluidkanal 2a, Druckraum 9, Durchgangskanäle 15 (es können ein oder mehrere Durchgangskanäle 15 vorhanden sein) der Buchse 7, Durchgangskanäle 16 (es können ein oder mehrere Durchgangskanäle 16 vorhanden sein) des Ausgleichskörpers 11, Anschlußkanal 2b
• Fluidkanal 3a, Druckraum 10, Durchgangskanäle 17 (es können ein oder mehrere Durchgangskanäle 17 vorhanden sein) der Buchse 7, Durchgangskanäle 18 (es können ein oder mehrere Durchgangskanäle 18 vorhanden sein) des Ausgleichskörpers 11, Anschlußkanal 3b
• Fluidkanal 24a, Ringraum 24, Fluidkanal 24b

Das Niveau der Drücke in den Fluidkanälen 1a, 2a und 3a ist von radial innen nach radial außen abnehmend. Mit anderen Worten der Fluidkanal 1a, der an den radial innersten Druckraum 8 angeschlossen ist, führt den höchsten Druck und der Fluidkanal 24a, der über den Ringraum 24 an den Fluidkanal 24b angeschlossen ist, führt den niedrigsten Druck.
Dadurch wird einerseits erzielt, daß die Druckräume, die die höheren Drücke führen nicht direkt gegen die Außenumgebung sondern lediglich gegen den den nächstniedrigeren Druck führende Druckraum abgedichtet werden muß, was zu einer Minimierung der Leckverluste führt. Anderseits wird durch die genannte Anordnung der Fluidkanalanschlüsse an die Druckräume der gestuften (trichterförmigen) Buchse die Materialbelastung in den dünnwandigeren radial äußeren Bereichen der Umgebung der Aufnahmebohrung verringert. Im radial inneren Bereich der Umgebung des Aufnahmebohrung, also dort, wo die größten Drücke wirken, ist die Wandstärke am größten, so daß also auch hier die Materialbelastung gering gehalten werden kann.
Zur Minimierung von etwaigen Druckabfällen und Leckverlusten sind zwischen den Druckräumen 8, 9 und 10 die Dichtungen 19 angeordnet.
Das feststehende erste Bauteil 4 weist im vorliegenden Bauteil einen Zapfen 20 auf, in dem die Buchse 7 und die Aufnahmebohrung 6 angeordnet sind. Der Zapfen 20 ragt in eine Ausnehmung 21 des drehbaren zweiten Bauteils 5 hinein. Zwischen der Ausnehmung 21 und dem Zapfen 20 befinden sich ein axiales Geitlager 22 und ein radiales Gleitlager 23. Die Gleitlager 22 und 23 sind gegenüber Wälzlagern platzsparender und erzielen darüber hinaus eine Dichtwirkung nach außen. Eine Vorrichtung zum Schmieren der Gleitlager 22 und 23 ist nicht erforderlich, da die Schmierung durch Lecköl aus der Drehdurchführung erfolgt. Überschüssiges Lecköl gelangt in den Ringraum 24, der mit den Fluidkanälen 24a, 24b in Verbindung steht. Die Fluidkanäle 24a und 24b sind drucklos und stellen eine Leckölleitung dar. Die Drehdurchführung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist folglich zur Verbindung von insgesamt vier Leitungen ausgelegt.
Radial zwischen dem Zapfen 20 und der Ausnehmung 21 befindet sich eine am Außenende der Ausnehmung 21 angeordnete Dichtung 25, die verhindert, daß Lecköl nach außen tritt. Die Dichtung 25 ist somit den bereits als Dichtung wirkenden axialen und radialen Gleitlagern 22 und 23 nachgeschaltet.
Da der Zapfen 20 einen kleineren Querschnitt aufweist als die Umgebung der Ausnehmung 21 besteht er bevorzugt aus Stahl, also aus einem hochbelastbaren Werkstoff. Die Umgebung der Ausnehmung 21 kann beispielsweise aus Guß bestehen.

Claims

Hydraulische Drehdurchführung für ein erstes und ein zweites Bauteil, die relativ zueinander verdrehbar sind, wobei in dem ersten Bauteil in einer Aufnahmebohrung eine axial bewegliche, durch hydraulischen Druck in Richtung zum zweiten Bauteil beaufschlagbare Buchse angeordnet ist, deren dem zweiten Bauteil zugewandte Stirnfläche zur Anlage gegen einen Ausgleichskörper vorgesehen ist, der sich axial zwischen der Buchse und dem zweiten Bauteil befindet, und wobei zwischen der Buchse, dem Ausgleichskörper und dem zweiten Bauteil Axialabdichtungen vorgesehen sind, wobei eine erste Axialabdichtung aus einem Flächenpaar mit einer sphärischen und einer hohlsphärischen Fläche besteht und und eine zweite Axialabdichtung aus einem Flächenpaar mit zwei zueinander planparallelen Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehdurchführung als Mehrfachdrehdurchführung mit einer gestuften Buchse (7) in einer gestuften Aufnahmebohrung (6) ausgebildet ist, wobei in einem axial vor jeder Stufe gebildeten Druckraum (8; 9; 10) jeweils ein Fluidkanal (1a; 2a; 3a) des ersten Bauteils (4) und ein Durchgangskanal (13; 15; 17) der Buchse (7) mündet und wobei der Durchgangskanal (13; 15; 17) der Buchse (7) an einen im Ausgleichskörper (11) angeordneten Durchgangskanal (14; 16; 18) angeschlossen ist, der mit einem Anschlußkanal (1b; 2b; 3b) im zweiten Bauteil (5) in Verbindung steht.
Hydraulische Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgangskanal (14, 16, 18) des Ausgleichskörpers (11) eine auf der der Buchse (7) benachbarten Seite angeordnete Ringnut aufweist, deren Abstand zur Drehachse der Drehdurchführung gleich ist dem Abstand der benachbarten Mündung des Durchgangskanals (14, 16, 18) der Buchse (7) von der Drehachse.
Hydraulische Drehdurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgangskanal (14, 16, 18) des Ausgleichskörpers (11) eine auf der der Buchse (7) entgegengesetzten Seite angeordnete Ringnut aufweist, deren Abstand zur Drehachse der Drehdurchführung gleich ist dem Abstand der benachbarten Mündung des Anschlußkanals (1b, 2b, 3b) im zweiten Bauteil (5) zur Drehachse.
Hydraulische Drehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) und die Aufnahmebohrung (6) jeweils mehrere, einander zugeordnete Stufen enthalten, wobei der den höchsten Druck führende Fluidkanal (1a) an den radial innersten Druckraum (8) und die niedrigere Drücke führenden Fluidkanäle (2a, 3a) an die radial äußeren Druckräume (9, 10) angeschlossen sind, wobei das Druckniveau von radial innen nach radial außen abnimmt.
Hydraulische Drehdurchführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Druckräumen (8, 9, 10) Dichtungen (19) angeordnet sind.
Hydraulische Drehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) in Richtung zum Ausgleichskörper (11) federbelastet ist.
Hydraulische Drehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (7) und die Aufnahmebohrung (6) in einem Zapfen (20) des ersten Bauteils (4) angeordnet sind, der in eine Ausnehmung (21) des zweiten Bauteils (5) hineinragt, wobei sich axial und radial zwischen dem Zapfen (20) und der Ausnehmung (21) jeweils ein Gleitlager (22, 23) befindet.
Hydraulische Drehdurchführung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass radial zwischen dem Zapfen (20) und der Ausnehmung (21) eine am Außenende der Ausnehmung (21) angeordnete Dichtung (24) vorgesehen ist.
Hydraulische Drehdurchführung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (20) aus einem höher belastbaren Werkstoff besteht als die Umgebung der Ausnehmung (21) im zweiten Bauteil (5).