DE19960907C1 - Drehverteiler zur Übertragung eines Fluids - Google Patents

Abstract

Dargestellt und beschrieben wird ein Drehverteiler zur Übertragung eines Fluids zwischen einem stehenden ersten Bauteil (1) und einem rotierend gelagerten zweiten Bauteil (2), wobei zwischen den beiden Bauteilen (1, 2) wenigstens eine Ringnut (3) ausgebildet ist, in die eine in dem stehenden ersten Bauteil (1) ausgebildete Fluidleitung und ein in dem rotierenden zweiten Bauteil (2) ausgebildeter Fluidkanal (4) münden, und zwischen den beiden Bauteilen (1, 2) beidseitig der Ringnut (3) Dichtspalte (10, 11, 12) mit einer radialen Komponente vorgesehen sind, die durch axial gerichtete Relativbewegungen der Bauteile (1, 2) gemeinsam eingestellt werden können, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das erste Bauteil (1) im Bereich seines einen axialen Endes an einem bezüglich des zweiten Bauteils (2) axialfesten Träger (15) unter Zwischenschaltung wenigstens eines Dehnelements (16) aus einem Material, das einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die beiden Bauteile (1, 2) besitzt, derart gehalten ist, daß das erste Bauteil (1) bei einer Erwärmung aufgrund der größeren Wärmeausdehnung des Dehnelements (16) bezüglich des zweiten Bauteils (2) unter Verkleinerung der Dichtspalte (10, 11, 12) axial verstellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehverteiler zur Übertra­ gung eines Fluids zwischen einem stehenden ersten Bauteil und einem rotierend gelagerten zweiten Bauteil, wobei zwischen den beiden Bauteilen wenigstens eine Ringnut ausgebildet ist, in die eine in dem stehenden ersten Bau­ teil ausgebildete Fluidleitung und ein in dem rotierenden zweiten Bauteil ausgebildeter Fluidkanal münden, und zwi­ schen den beiden Bauteilen beidseitig der Ringnut Dichtspalte mit einer radialen Komponente vorgesehen sind, die durch axial gerichtete Relativbewegungen der Bauteile gemeinsam eingestellt werden können. Des weite­ ren betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine, deren Kraftspannfutter durch einen solchen Drehverteiler mit Druckmittel versorgt wird.

Bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken werden un­ ter anderem eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen mit einer rotierenden Arbeitsspindel wie beispielsweise Drehmaschi­ ne eingesetzt. Zur Halterung des Werkzeugs oder auch des Werkstücks an der Arbeitsspindel werden neben manuell be­ tätigbaren Handspannfuttern auch sogenannte Kraftspannfutter eingesetzt, die von einem mit der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine umlaufenden Spannzylinder betätigt werden. Die Versorgung des umlaufenden Spannzylinders mit Hydraulikmittel erfolgt hierbei durch einen Drehverteiler der eingangs genannten Art, dem im Betrieb Hydraulikmit­ tel unter hohem Druck zugeführt wird, welcher dann über das im Drehverteiler vorgesehene Kanalsystem zu den Ar­ beitskammern des Spannzylinders geleitet wird.

Ein grundsätzliches Problem bei der Verwendung solcher Drehverteiler besteht darin, daß aufgrund der hohen Drüc­ ke und Drehzahlen keine elastisch verformbaren Dichtungs­ ringe im Drehverteiler eingesetzt werden können. Aus die­ sem Grund erfolgt die Abdichtung üblicherweise über die Bemessung der schmalen Dichtspalte selbst, wobei die auf­ tretende Leckage über gesonderte Bohrungen und Kanäle drucklos abgeführt wird und dabei der Schmierung und Wär­ meabfuhr zwischen dem Verteilergehäuse und der drehenden Welle bzw. Kolbenstange dient. Die Dichtspalte dürfen da­ bei beim Kaltstart nicht zu klein sein, um den Schmier­ film nicht abreißen zu lassen, da dies sofort zum Fressen der Teile führen würde, und bei Betriebstemperatur dürfen die Dichtspalte auch nicht zu groß sein, da ansonsten das dünne Öl hohe Leckagen und damit hohe Pumpleistungen am Aggregat mit sich bringen würde. Aus diesem Grund ist es erforderlich, daß die Dichtspalte eingestellt werden kön­ nen.

In der EP 0 525 371 A2 wird hierzu vorgeschlagen, die Ab­ dichtung über radiale Dichtspalte vorzunehmen, die gemeinsam durch axiale Verstellung der abzudichtenden Bau­ teile gegeneinander eingestellt werden können. In ähnli­ cher Weise wird in der DE 42 44 549 A1 vorgeschlagen, die radiale Dichtspalte durch axiale Verstellung eines Bau­ teils gegenüber einem feststehenden konischen Bauteil einzustellen. Hierdurch wird zwar gewährleistet, daß die Spaltbreite ohne Schwierigkeiten an die jeweiligen Erfor­ dernisse angepaßt werden kann, jedoch ist zur Sicherstel­ lung einer einwandfreien Funktionsweise eine ständige Kontrolle und Nachjustierung durch geschultes Fachperso­ nal erforderlich.

Aus der DE-OS 19 25 949 und der US-PS 3,480,284 sind je­ weils Dichtungsanordnungen für einen Rotor bekannt, bei denen die Materialien der Dichtungen so gewählt sind, daß sich der abzudichtende Spalt bei zunehmender Temperatur aufgrund der auftretenden Wärmedehnungen verringert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Drehverteiler der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem sich die Dichtungsspalte zwischen den beiden Bauteilen auf einfa­ che Weise automatisch einstellen lassen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste Bauteil im Bereich seines einen axialen Endes an einem bezüglich des zweiten Bauteils axialfesten Träger unter Zwischenschaltung wenigstens eines Dehnelements aus einem Material, das einen größeren Wärmeausdehnungskoef­ fizient als die beiden Bauteile besitzt, derart gehalten ist, daß das erste Bauteil bei einer Erwärmung aufgrund der größeren Wärmeausdehnung des Dehnelements bezüglich des zweiten Bauteils unter Verkleinerung der Dichtspalte axial verstellt wird. Der Erfindung liegt somit der Ge­ danke zugrunde, die stärkere Längendehnung des Dehnele­ ments (Thermoelements) gegenüber den beiden Bauteilen zur Regulierung der Spaltbreite zu verwenden, so daß diese bei einer Erwärmung zunehmend kleiner werden und bei Be­ triebstemperatur die gewünschte Größe besitzen. Wesent­ lich ist hierbei, daß die Dichtspalte eine radiale Kompo­ nente besitzen, wobei sie wie bei dem bekannten Drehverteiler rein radial gerichtet sein können. Gemäß einer be­ vorzugten Ausführungsform ist allerdings vorgesehen, daß die beiden Bauteile im Bereich der Ringnut unter Bildung wenigstens eines konusförmigen Dichtspaltes komplementär konusförmig ausgebildet sind.

Das Dehnelement kann grundsätzlich in jeder beliebigen Weise zwischen den beiden Bauteilen wirksam sein, solange gewährleistet ist, daß die Bauteile bei einer Erwärmung unter Verkleinerung der Dichtspalte axial gegeneinander verstellt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, daß das Dehnele­ ment ein Zapfen ist, der das Bauteil durchgreift und an seinem einen axialen Ende mit dem Träger und an seinem anderen axialen Ende mit dem ersten Bauteil verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform kann das Dehnelement eine vergleichsweise große axiale Länge besitzen, wodurch er­ reicht wird, daß sein Material nur einen geringfügig grö­ ßeren Wärmeausdehnungskoeffizienten zu haben braucht als die beiden Bauteile, um die gewünschte axiale Verstellung zu gewährleisten. Der Zapfen kann dabei mit dem Träger verschraubt und insbesondere auch mit dem ersten Bauteil über einen Deckel verbunden sein, wodurch eine geschlos­ sene Baueinheit gebildet wird. Beispielsweise können das Dehnelement aus Aluminium und die beiden Bauteile aus Stahl oder Gußeisen bestehen.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfol­ gende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen, in der die einzige Figur einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dreh­ verteilers gemäß der vorliegenden Erfindung im Längs­ schnitt zeigt. Der Drehverteiler dient zu Übertragung ei­ nes Fluids zwischen einem ortsfest gehaltenen, stehenden ersten Bauteil 1 und einem zweiten Bauteil 2, welches in das erste Bauteil 1 eingesetzt und gegenüber dem ersten Bauteil 1 rotierend antreibbar ist. Das zu übertragende Fluid wird hierbei von einer entsprechenden Fluidquelle über eine nicht näher dargestellte Fluidleitung in dem ersten Bauteil 1 in eine zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 ausgebildete Ringnut 3 eingebracht, von der es über ei­ nen in dem zweiten Bauteil 2 ausgebildeten Fluidkanal 4 einem nicht gezeigten Verbraucher - beispielsweise dem Spannzylinder einer Werkzeugmaschine - zuströmen kann. Um in umgekehrter Weise das Fluid von dem Verbraucher wieder abführen zu können, ist in dem rotierenden zweiten Bau­ teil 2 ein zweiter Fluidkanal 5 ausgebildet, durch den das Fluid von dem Verbraucher in eine zwischen den beiden Bauteilen 1, 2 vorgesehene Ringnut 6 und von dort in eine nicht dargestellte Fluidleitung in dem ersten Bauteil 1 abfließen kann. In der Zeichnung ist mit der Bezugsziffer 7 ein Ablauf bezeichnet, über den Leckageöl abfließen kann.

Die beiden Bauteile 1, 2, welche durch zwei Wälzlager 8, 9 drehbar aufeinander abgestützt sind, sind im Bereich der beiden nebeneinander liegenden Ringnuten 3, 6 komple­ mentär konusförmig ausgebildet, so daß zwischen den bei­ den Bauteilen 1, 2 beidseitig der Ringnuten 3, 6 drei ebenfalls konusförmige Dichtspalte 10, 11, 12 gebildet werden, deren Spaltbreiten bei einer axialen Relativbewe­ gung der beiden Bauteile 1, 2 zueinander jeweils im glei­ chen Sinne verstellt, d. h. geöffnet oder geschlossen werden. Um die axiale Verstellbarkeit zu realisieren, sind die beiden Bauteile 1, 2 durch die Wälzlager 8, 9 nach Art einer Fest-Los-Lagerung aneinander abgestützt. Konkret ist in der Zeichnung an dem linken Ende des zwei­ ten Bauteils 2 ein Festlager 8 vorgesehen, dessen Innen­ ring zwischen einem Axialanschlag 13 des zweiten Bauteils 2 und einem an dem zweiten Bauteil 2 festgeschraubten An­ schlagring 14 fixiert ist, und dessen Außenring an einem zweiteiligen Träger 15 gehalten ist, welcher wiederum mit dem ersten Bauteil 1 verbunden ist. Die Befestigung des ersten Bauteils 1 an dem Träger 15 erfolgt durch drei Zapfen 16, die das erste Bauteil 1 axial durchgreifen und an ihrem einen Ende mit dem Träger 15 und an ihrem ande­ ren aus dem ersten Bauteil 1 wieder austretenden Ende mit einem an dem ersten Bauteil 1 festgeschraubten Deckel 17 verschraubt sind.

Erfindungsgemäß bestehen die Zapfen 16 hierbei aus einem Material, das einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten als die beiden Bauteile 1, 2 besitzt. Beispielsweise können die Zapfen 16 aus Aluminium und die beiden Bautei­ le aus Gußeisen bestehen. Hierdurch wird erreicht, daß sich die Zapfen 16 bei einer Erwärmung der Anordnung auf Betriebstemperatur stärker ausdehnen als die beiden Bau­ teile 1, 2. Da die Zapfen 16 an dem Träger 15 ortsfest gehalten sind, wird sich die Längenänderung dergestalt bemerkbar machen, daß das freie Ende der Zapfen 16 und damit auch der mit diesen fest verbundenen Deckel 17 so­ wie das erste Bauteil 1 von dem Träger 15 wegbewegen, wo­ durch sich die Dichtspalte 10, 11, 12 verkleinern. Bei einer Abkühlung der Anordnung werden sich die Zapfen 16 wieder stärker zusammenziehen als die beiden Bauteile 1, 2, wodurch sich das erste Bauteil 1 unter Vergrößerung der Dichtspalte 10, 11, 12 wieder in Richtung des Trägers 15 bewegt. Im Ergebnis erfolgt somit eine automatische Nachstellung der Dichtspalte 10, 11, 12 in Abhängigkeit von der jeweils vorherrschenden Temperatur.

Claims (15)

1. Drehverteiler zur Übertragung eines Fluids zwischen einem stehenden ersten Bauteil (1) und einem rotie­ rend gelagerten zweiten Bauteil (2), wobei zwischen den beiden Bauteilen (1, 2) wenigstens eine Ringnut (3) ausgebildet ist, in die eine in dem stehenden er­ sten Bauteil (1) ausgebildete Fluidleitung und ein in dem rotierenden zweiten Bauteil (2) ausgebildeter Fluidkanal (4) münden, und zwischen den beiden Bau­ teilen (1, 2) beidseitig der Ringnut (3) Dichtspalte (10, 11, 12) mit einer radialen Komponente vorgesehen sind, die durch axial gerichtete Relativbewegungen der Bauteile (1, 2) gemeinsam eingestellt werden kön­ nen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (1) im Bereich seines einen axialen Endes an einem bezüglich des zweiten Bauteils (2) axialfesten Träger (15) unter Zwischenschaltung wenigstens eines Dehn­ elements (16) aus einem Material, das einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizient als die beiden Bauteile (1, 2) besitzt, derart gehalten ist, daß das erste Bauteil (1) bei einer Erwärmung aufgrund der größeren Wärmeausdehnung des Dehnelements (16) bezüglich des zweiten Bauteils (2) unter Verkleinerung der Dichtspalte (10, 11, 12) axial verstellt wird.

2. Drehverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Bauteile (1, 2) im Bereich der Ringnut (3, 6) unter Bildung von konusförmigen Dichtspalten (10, 11, 12) komplementär konusförmig ausgebildet sind.

3. Drehverteiler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Bauteil (1) an dem zweiten Bauteil (2) durch Wälzlager (8, 9) abgestützt ist.

4. Drehverteiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wälzlager (8, 9) eine Fest-Los-Lagerung bilden.

5. Drehverteiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das erste Bauteil (1) über den Träger (15) an dem Festlager (8) abgestützt ist.

6. Drehverteiler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnelement ein Zap­ fen (16) ist, der das erste Bauteil (1) durchgreift und an seinem einen axialen Ende mit dem Träger (15) und an seinem anderen axialen Ende mit dem ersten Bauteil (1) verbunden ist.

7. Drehverteiler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zapfen (16) mit dem Träger (15) ver­ schraubt ist.

8. Drehverteiler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zapfen (16) mit dem ersten Bauteil (1) über einen Deckel (17) verbunden ist.

9. Drehverteiler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Deckel (17) mit dem Zapfen und/oder dem ersten Bauteil (1) verschraubt ist.

10. Drehverteiler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnelement (16) aus Aluminium und die beiden Bauteile (1, 2) aus Gußeisen bestehen.

11. Drehverteiler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Bau­ teilen (1, 2) eine zweite Ringnut (6) vorgesehen ist, in die eine im ersten Bauteil (1) ausgebildete Fluid­ leitung und ein in dem rotierenden zweiten Bauteil (2) ausgebildeter Fluidkanal (5) münden.

12. Drehverteiler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Fluidleitung in dem stehenden ersten Bauteil (1) an eine Fluidquelle und der wenigstens eine Fluidkanal (4) in dem rotierenden zweiten Bauteil (2) an einen Verbraucher anschließbar ist.

13. Drehverteiler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende zweite Bauteil (2) in das stehende erste Bauteil (1) ein­ greift oder dieses durchgreift.

14. Drehverteiler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende zweite Bauteil (2) als Kolbenstange eines hydraulischen Spannzylinders ausgebildet ist.

15. Werkzeugmaschine mit einer rotierenden Arbeitsspin­ del, einem mit der Arbeitsspindel verbundenen Kraftspannfutter, das einen drehfest an der Arbeits­ spindel angebrachten Spannzylinder und einen in die­ sen eingesetzten, ein- oder beidseitig von Druckmit­ tel beaufschlagbaren Spannkolben aufweist, und einem Drehverteiler, um dem Spannzylinder durch Fluidkanäle in dem Spannkolben Druckmittel zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehverteiler nach einem der vorherigen Ansprüche ausgebildet und das zweite Bau­ teil (2) den Spannkolben bildet oder mit dem Spann­ kolben gekoppelt ist.