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Die Erfindung betrifft allgemein eine Drehdurchführung für mindestens eine elektrische, pneumatische und/oder hydraulische Leitung, wie z. B. Kabel, Schläuche oder dgl.
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Endlos drehbare Drehdurchführungen sind aus der Hydraulik und Pneumatik bekannt. Für elektrische Leistung oder Signale sind z. B. Schleifringe bzw. Schleifkontakte zur endlosen Drehübertragung hinlänglich bekannt. In beiden Fällen ist eine Unterbrechung der Leitung zwingend erforderlich, um die Schnittstellen beidseitig an die Drehdurchführung bzw. den Schleifring anzuschließen.
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Die Erfindung betrifft demgegenüber speziell eine unterbrechungsfreie aber drehwinkelbegrenzte Drehdurchführung für mindestens eine flexible Leitung, d. h. eine Drehdurchführung, die einen begrenzten Drehwinkel ohne Unterbrechung der Leitung(en) ermöglicht.
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Für flexible elektrische Flachkabel ist eine derartige Drehdurchführung aus der Patentschrift
DE 40 04 233 A1 bekannt. Diese drehwinkelbegrenzte Drehdurchführung hat ein Gehäuse mit zwei um eine Drehachse relativ zueinander drehbaren Gehäuseteilen. Das Gehäuse definiert einen in Bezug auf die Drehachse im Wesentlichen zylindrischen Aufnahmeraum für einen ununterbrochenen Verlauf des Flachkabels mit zwei um die Drehachse gekrümmten Trumen und einem diese Trume verbindenden Umlenkbogen bzw. U-förmigen Wendebereich. Dieser ist um die Drehachse gekrümmt sowie um eine dazu senkrechte Umlenkachse im Wesentlichen U-förmig gebogen. Der erste Gehäuseteile bildet eine zylindrische Außenwandung, welche die Krümmung der Trume und des Umlenkbogens um die Drehachse vorgibt, sodass sich je nach Drehwinkelstellung das eine Trum verlängert und das andere Trum verkürzt. Der zweite Gehäuseteil bildet einen scheibenförmigen Deckel, welcher den Aufnahmeraum axial bzw. stirnseitig begrenzt.
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Nachteilig bei dieser Drehdurchführung ist u. a. dass jeweils ein Teil des einen Trums sowie der gesamte Umlenkbogen an der Innenseite der Außenwandung gleitend geführt ist und daher reibungsbedingt Verschleiß bzw. Widerstand entsteht.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt mithin darin, eine gattungsgemäße unterbrechungsfreie, drehwinkelbegrenzte Drehdurchführung vorzuschlagen, bei welcher der Verschleiß bzw. Reibungswiderstand verringert ist. Eine weitere Aufgabe liegt darin, wahlweise einen axialen oder tangentialen Ein- bzw. Ausgang der Leitung(en) an beiden Teile des Gehäuses zu ermöglichen, vorzugsweise bei zugleich kompakter Bauweise.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Drehdurchführung gemäß dem Oberbegriff aus Anspruch 1 bereits dadurch gelöst, dass jeder Gehäuseteil jeweils einen wesentlichen Axialabschnitt der zylindrischen Außenwandung bildet. Die axiale Abmessung des Abschnitts der Außenwandung ist dabei mindestens so bemessen, dass jeder der beiden Gehäuseteile jeweils einen der beiden gekrümmten Trume in sich aufnehmen und entsprechend dem gekrümmten Verlauf führen kann. Hierdurch wird bereits vermieden, dass eines der beiden Trume während der Relativdrehung an der Außenwandung Reibung erzeugen kann. Damit kann also erreicht der beiden Trume während der Relativdrehung an der Außenwandung Reibung erzeugen kann. Damit kann also erreicht werden, dass lediglich ein Teil des Umlenkbogens in relativbeweglicher Anordnung in Bezug auf die Außenwandung steht, entlang welcher der Umlenkbogen bei Relativdrehung der Gehäuseteile radial abstützt bzw. verläuft. Die Trume hingegen drehen jeweils synchron mit dem entsprechenden Gehäuseteil und sind gegenüber diesem Gehäuseteil somit unbeweglich. Somit wird der Verschleiß reduziert und eine leichter gängige Drehdurchführung erzielt.
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Außerdem erlaubt eine gewisse axiale Längserstreckung der Gehäuseteile das Vorsehen von besonderen Verbindungsstücken, welche wahlweise eine tangentiale oder axiale Ein- bzw. Ausführung der Leitung(en) ermöglichen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform bildet jeder Gehäuseteil jeweils in Bezug auf die axiale Bauhöhe im Wesentlichen die Hälfte der zylindrischen Außenwandung, d. h. die Schnittstelle zwischen beiden relativ drehbaren Gehäuseteilen liegt etwa mittig in Bezug auf die axiale Bauhöhe des Gehäuses. Hierdurch wird die Reibung des Umlenkbogens an der Außenwandung auf das unvermeidbare Minimum reduziert. Zudem wird je nach der gesamten Bauhöhe bei verminderter Reibung ermöglicht, dass bei gleichbleibender Bauweise eines oder beide Trume in der Grundstellung über eine oder mehrere Umdrehungen wendelförmig verlaufen, um größere Drehwinkel zu erzielen. Zum letztgenannten Zweck kann jedoch auch nebst den beiden Gehäuseteilen ein weiteres, drittes Gehäuseteil vorgesehen sein, das in Art eines Zwischenrings lediglich einen weiteren axialen Abschnitt der zylindrischen Außenwandung bereitstellt. Dementsprechend kann die Bauhöhe der beiden stirnseitigen Gehäuseteile im Bereich von ca. 20% bis 50% der Gesamtbauhöhe betragen. In besonders einfacher Ausführungsform ohne einen derartigen Zwischenring liegt die Die beiden Gehäuseteile sind vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt beispielsweise im Spritzgussverfahren oder durch 3D-Drucken.
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Im bevorzugten Fall von nur zwei Gehäuseteilen, ist jeder der beiden Gehäuseteile vorzugsweise als im wesentlichen topfartige, einseitig offene Halbschale mit einem stirnseitigen Deckel ausgeführt. Beide Gehäuseteile haben vorzugsweise eine zur Schnittstellenebene spiegelsymmetrische Grundform. Die Gehäuseteile können dabei als einteilige bzw. einstückige Kunststoffteile hergestellt sein.
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Jeder Gehäuseteil kann eine zur Außenwandung koaxiale zylindrische Innenwandung aufweisen, wobei Außenwandung und Innenwandung einen ringförmigen Aufnahmeraum in Form eines hohlzylindrischen Volumens definieren. Dadurch wird eine definierte Leitungsführung vorgegeben, wobei der Radius der Innenwandung analog zum Radius des Umlenkbogens den zulässigen Krümmungsradius der geführten Leitung(en) zu Schutzzwecken bzw. zur Dauerbeständigkeit nicht unterschreiten soll. Die innere Wandlung selbst wiederum kann mit einer stirnseitigen Stützscheibe versehen sein, mit einer koaxialen Öffnung anhand welcher die Drehachse der Drehdurchführung vorgegeben wird. Sowohl die Innenwandlung als auch die Außenwandlung sind in Bezug auf die Drehachse vorzugsweise kreiszylindrisch gestaltet.
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In einer Weiterbildung, welche wahlweise einen axialen oder tangentialen Ein- bzw. Ausgang der Leitung(en) erlaubt, hat mindestens ein Gehäuseteil eine stirnseitig und radial mündende Aussparung. In dieser Aussparung kann wahlweise ein Verbindungsstück zur axial gerichteten Durchführung oder ein Verbindungsstück zur radial gerichteten Durchführung der Leitungen angeordnet werden. Das Verbindungsstück umfasst dabei vorzugsweise eine Zugentlastung für die Leitung(en).
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In einer Weiterbildung zur Verschleißminderung in Bezug auf die Leitung(en) selbst kann die Drehdurchführung ferner eine schlaucharatige Umhülllung, insbesondere einen Wellschlauch, zur Aufnahme und Führung der einen oder mehreren Leitungen umfassen. Der Wellschlauch gibt dabei den Verlauf mit zwei um die Drehachse gekrümmten Trumen und einen diese Trume verbindenden Umlenkbogen vor bzw. folgt diesem Verlauf. Sofern beidseitig Verbindungsstücke vorgesehen sind kann der Wellschlauch zweckmäßig durch jeweils eines der Verbindungsstücke mit dem entsprechenden Gehäuseteil drehfest verbunden werden, insbesondere an das jeweilige Gehäuseteil festgeklemmt werden.
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Besonders bei großen Durchmessern und/oder bei relativ biegesteifen Leitungen kann im Aufnahmeraum ein ringartiger Stützeinsatz drehbar aufgenommen sein, wobei der Stützeinsatz eine der Biegung des Umlenkbogens angepasste Umlenkfläche, und zwei gegenüberliegenden axial gerichtete Stützflächen aufweist, welche die Trume in axialen Abstand zueinander halten. Die Verwendung eines derartigen Stützeinsatzes ist insbesondere in Kombination mit einer schlauchartigen Umhüllung, beispielsweise dem vorgenannten Wellschlauch, zum weiteren Schutz der geführten Leitungen vorteilhaft. Es wird dabei insbesondere ein denkbares Knicken der Leitungen innerhalb des Aufnahmeraums mit Sicherheit ausgeschlossen. Durch geeignete Materialwahl, insbesondere für den Stützeinsatz kann zudem eine besonders reibungsarme Paarung zwischen Stützeinsatz und der zusätzlichen, schlauchartigen Umhüllung erzielt werden.
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Der Stützeinsatz kann Drehanschläge aufweisen, an welchen dieser durch Relativdrehung eines Gehäuseteils von diesem mitgenommen wird, z. B. über einen zusammenwirkenden Mitnehmer bzw. Anschlag. So wird auch eine kontrollierte, vordefinierte Bewegung des Umlenkbogens sichergestellt.
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Es können in der Drehdurchführung Drehanschläge vorgesehen sein, durch welche der relative Drehwinkel auf einen Winkel im Bereich von 270° bis 540° begrenzt ist. Die Drehwinkelbegrenzung kann sich auch aus der im Aufnahmeraum vorhandenen Gesamtlänge der schlauchartigen Umhüllung oder der Leitungen ergeben. Alternativ zu kleinen Drehwinkeln ist es somit auch möglich, größere Drehwinkel zu realisieren indem mindestens eines der Trume im Aufnahmeraum wendelförmig über zumindest eine oder mehrere volle Umdrehungen verläuft. Es versteht sich dabei, dass sich je nach Drehwinkelstellung das eine Trum verlängert und das andere Trum verkürzt, d. h. dass auch die Anzahl der optional vorgesehenen Windungen bzw. Wendeln sich je nach Drehwinkel-Stellung auf beide Trume aufteilt.
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Zur benutzerfreundlichen Verwendung bzw. Funktionserweiterung kann mindestens ein Gehäuseteil außen an seiner zylindrischen Außenwandung eine Drehwinkel-Skala zum Ablesen der Drehwinkelstellung relativ zum anderen Gehäuseteil aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Drehdurchführung erlaubt es insbesondere mindestens ein elektrisches Kabel und/oder einen hydraulischen oder pneumatischen Schlauch darin unterbrechungsfrei durchzuführen, wodurch Verluste oder Leckrisiken deutlich verringert werden.
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Für Anwendungen bei denen verhältnismäßig große Drehwinkel notwendig sind erlaubt die Erfindung eine kompakte und preiswerte Anordnung umfassend mindestens zwei koaxial hintereinander geschaltete Drehdurchführungen, z. B. für Relativdrehungen zwischen zwei Maschinenteilen über einen Drehwinkel von mehr als 540°.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Figuren, anhand derer bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend ohne Beschränkung der Allgemeinheit der vorstehenden Beschreibung erläutert werden. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen baugleiche oder funktionsgleiche Elemente. Hierin zeigen:
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1: eine schematische Darstellung einer Drehdurchführung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Explosionsansicht;
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2A: eine schematische Darstellung einer Drehdurchführung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Explosionsansicht;
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2B: eine perspektivische Explosionsansicht von einem Stützeinsatz für die Drehdurchführung gemäß 2A;
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3: eine schematische Darstellung einer Drehdurchführung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Explosionsansicht;
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4A–4C: Varianten des Ausführungsbeispiels nach 3 mit unterschiedlich ausgerichteten Ein- bzw. Ausgang der Leitungen;
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5A–5D: verschiedene Verbindungsstücke für modular konfigurierbare Varianten gemäß 3 bzw. 4A–4C.
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In 1–3 ist eine Drehdurchführung für eine oder mehrere Leitungen, wie Kabel, Schläuche oder dgl., jeweils allgemein mit 10 bezeichnet. Die Drehdurchführung 10 erlaubt eine im Drehwinkel begrenzte relativ Drehung um eine Drehachse A, wobei eine ununterbrochene Durchführung mindestens einer Leitung gewährleistet ist.
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Die Drehdurchführung 10 hat ein Gehäuse bestehend aus zwei ähnlich aufgebauten Gehäuseteilen, nämlich einem ersten oberen Gehäuseteil 12A, und einen zweiten unteren Gehäuseteil 12B. Beide Gehäuseteile 12A, 12B sind um die Drehachse A relativ zueinander drehbar und grenzen axial aneinander an einer zu Drehachse A senkrechten Schnittstellenebene.
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Jedes der beiden Gehäuseteile 12A, 12B definiert jeweils einen im Wesentlichen hohlzylindrischem Aufnahmeraum 13A, 13B koaxial zur Drehachse A. Im zusammengebaut Zustand entsteht dabei ein gesamter Aufnahmeraum in welchem der in 1–3 gezeigte Leitungsverlauf vorgegeben und aufgenommen wird. Die Leitungen haben dabei einen schematisch gezeigten Verlauf mit zwei um die Drehachse A gekrümmten Trumen 14A, 14B, die jeweils in dem Aufnahmeraum 13A, 13B des entsprechenden Gehäuseteils 12A, 12B aufgenommen sind. Die beiden Trume 14A, 14B sind durch einen Umlenkbogen 15 mit einander verbunden. Der Umlenkbogen verläuft dabei sowohl um die Drehachse A gekrümmt, als auch um eine dazu senkrechte Umlenkachse im Wesentlichen U-förmig gebogen, wobei diese Umlenkachse etwa radial zu Drehachse A in der Schnittstellenebene liegt. Dieser Verlauf wird durch die Gestaltung der Gehäuseteile 12A, 12B, insbesondere die Form des Aufnahmeraums 13A, 13B vorgeben.
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Bei relativer Drehung der beiden Gehäuseteile 12A, 12B zueinander, verändert sich die Lage des verfahrbaren Umlenkbogens 15 im gemeinsamen Aufnahmeraum, so dass die jeweilige Länge des Trums 14A, 14B verändert. Die in 1–3 gezeigten Ausführungsbeispiele erlauben eine Drehwinkel von typisch 360°, maximal 540°.
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Um diesen gewünschten Verlauf vorzugeben hat jedes Gehäuseteil eine jeweilige zylindrische Außenwandung 16A, 16B koaxial zur Drehachse A, deren Radius unter anderem die Krümmung der Trume 14A, 14B und des Umlenkbogens 15 vorgibt. In Bezug auf das gesamte Gehäuse hat dabei die zylindrische Außenwandung 16A, 16B in etwa die halbe Abmessung H der gesamten Bauhöhe der Drehdurchführung 10. Hierdurch kann im jeweiligen Aufnahmeraum 13A, 13B des entsprechenden Gehäuseteils 12A, 12B das entsprechende Trum 14A, 14B vollständig aufgenommen werden. Die Außenwandung 16A, 16B dient dabei jeweils als radial äußerer Anschlag bzw. zur radialen Begrenzung in Bezug auf den Verlauf. In 1–3 ist jeder Gehäuseteil 12A, 12B somit in Art einer topfartigen, einseitig offenen Halbschale ausgeführt, wobei als axialer Abschluss bzw. Anschlag ein stirnseitiger Deckel 17 einstückig mit der Außenwandung 16A, 16B geformt ist. Ferner hat jeder Gehäuseteil eine zur Außenwandung koaxiale zylindrische Innenwandung 18A, 18B, wobei Außenwandung 16A, 16B und Innenwandung koaxial zur Drehachse A dem Aufnahmeraum 13A, 13B eine ringförmige Gestalt (bzw. ein Hohlzylinder-Volumen) geben.
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Im Ausführungsbeispiel nach 1 kann die rein schematisch als Schlauch und einzige geführte Leitung dargestellte Leitung 19 unmittelbar durch die Gehäuseteile 12A, 12B gemäß dem gewünschten Verlauf geführt sein.
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Das Ausführungsbeispiel nach 2 unterscheidet sich in zwei Aspekten von 1. Einerseits ist ein zusätzlicher Wellschlauch 20 vorgesehen, indem eine oder mehrere Leitungen geschützt aufgenommen werden können, wobei der Wellschlauch 20 in Zusammenwirkung mit den Gehäuseteilen 12A, 12B den gewünschten ununterbrochenen Leitungsverlauf vorgibt. Andererseits umfasst die Drehdurchführung 10 nach 2 einen optional verwendbaren zusätzlichen ringartigen Stützeinsatz 22, welcher drehbar im Aufnahmeraum 13A, 13B aufgenommen ist. Der Stützeinsatz 22 hat, wie am besten in 2B ersichtlich, eine überwiegend ringartige Form mit einer der gewünschten Biegung des Umlenkbogens 15 angepassten Umlenkfläche 23 sowie zwei gegenüberliegenden Stützflächen 24A, 24B, welche die Trume 14A, 14B in dem gewünschten axialen Abstand zueinander halten. Der separat hergestellte Stützeinsatz 22 hat ferner eine zylindrische Innenfläche anhand welcher er drehbar an den Innenwandungen 18A, 18B gelagert ist. Der Stützeinsatz 22 dreht jeweils mit dem drehenden Gehäuseteil 12A, 12B mit, beispielsweise anhand von geeigneten Drehanschlägen 26. Der Stützeinsatz 22 kann beispielsweise zur Führung besonders biegesteifer Leitungen genutzt werden.
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Alternativ zu einstückigen Gehäuseteilen 12A, 12B besteht das Gehäuse in 3 aus zwei mehrteilig hergestellten Gehäuseteilen 12A, 12B. Hierbei ist in jedem dieser Gehäuseteile eine stirnseitig bzw. axial und radial nach außen öffnende Aussparung 28 in Form eines Zylindersektors vorgesehen. In diesen Aussparungen 28 werden, je nach gewünschter Anwendung, modular gestaltete Verbindungsstücke 30A, 30B bzw. 31A, 31B eingesetzt, die es erlauben die geführten Leitungen wählbar in tangentiale Richtung oder in axialer Richtung in die Drehdurchführung einzuführen bzw. aus dieser herauszuführen. Unterschiedliche Kombinationsmöglichkeiten sind rein beispielhaft in 4A–4C dargestellt. Die in 5A–5 näher gezeigten Verbindungsstücke 30A, 30B bzw. 31A, 31B umfassen jeweils eine Durchführöffnung 32 mit einer nicht näher gezeigten Zugentlastung, beispielsweise einer Klemmvorrichtung für den Wellschlauch 20 oder die Leitung(en) 19. Die Verbindungsstücke 30A, 30B bzw. 31A, 31B umfassen ferner scheiben- bzw. zylindersektor-förmige Wandsegmente zum bündigen Verschließen der Aussparung 28 im jeweiligen Gehäuseteile 12A, 12B und sind mit Rastmitteln zwecks Steck- bzw. Clipsverbindung passend zu entsprechenden Gegenstücken am jeweiligen Gehäuseteil 12A, 12B versehen. Das modulartige Ausrüsten mit einem von mehreren unterschiedlichen Verbindungsstücken 30A, 30B bzw. 31A, 31B wird durch die axiale Abmessung H der Gehäuseteile 12A, 12B ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Drehachse
- H
- axiale Abmessung
- 10
- Drehdurchführung
- 12A, 12B
- Gehäuseteile
- 13A, 13B
- Aufnahmeraum
- 14A, 14B
- Trume
- 15
- Umlenkbogen
- 16A, 16B
- zylindrische Außenwandung
- 17
- Deckel
- 18A, 18B
- Innenwandung
- 19
- Leitung (beispielhaft: Schlauch)
- 20
- Wellschlauch
- 22
- Stützeinsatz
- 23
- Umlenkfläche
- 24A, 24B
- Stützflächen
- 25
- Innenfläche
- 26
- Drehanschlag
- 28
- Aussparung
- 30A, 30B; 31A, 31B
- Verbindungsstücke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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