DE3600884A1 - Hochleistungs-drehdurchfuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochleistungs-Drehdurchführung zur verlustarmen, achsenparallelen Einleitung von unter Druck stehenden Medien von einem stehenden Maschinenteil in eine rotierendes Maschinenteil und umgekehrt, mit einem im wesentlichen parallel zur Drehachse ausgerichteten Hohlkolben und mit einem Ausgleichsring, welcher im Übergangsbereich zwischen stehendem und rotierendem Maschinenteil angeordnet ist und dessen eine Fläche als Gelenkfläche ausgebildet ist und zusammen mit einem passenden Gegenstück eines der beiden Maschinenteile im wesentlichen ein Kugelgelenk bildet.

Eine derartige Drehdurchführung ist beispielsweise aus der FR-PS 69 13 171 bekannt.

Diese Patentschrift betrifft hydraulische Pumpen für variablen Durchsatz und beschreibt u. a. eine Hochdruck-Drehdurchführung der eingangs genannten Art für schmierende und hochviskose Medien wie Hydrauliköle.

Bei dieser Hochdruck-Drehdurchführung wird der Übergang vom stehenden in den rotierenden Maschinenteil durch einen bikonischen Ring gebildet, in den beidseitig teilkugelförmige Gelenkköpfe, von denen einer mit dem rotierenden und der andere mit dem stehenden Maschinenteil verbunden ist, eingreifen. Dabei liegen die beiden Gelenkköpfe jeweils nur entlang einer Kreislinie auf den Konusflächen des bikonischen Ausgleichsringes auf.

Während des Betriebes der Drehdurchführung dreht sich einer der Gelenkköpfe relativ zum anderen, wobei der Ausgleichsring dieser Drehbewegung zumindest teilweise folgt und dabei entlang der Auflagelinie auf den Gelenkköpfen reibt. Sofern die Gelenkköpfe nicht exakt entlang der Rotationsachse ausgerichtet sind, vollführt der Ausgleichring dabei eine taumelnde Bewegung. Durch eine bewußt exzentrische Anordnung eines Gelenkkofes wird im Falle der FR-PS 69 13 171 eine derartige taumelnde Bewegung bewußt herbeigeführt. Dies dient u. a. dem Zweck, Verschleiß gleichmäßig auf die zur Verfügung stehenden Flächen zu verteilen. Wegen der sehr kleinen Auflagefläche der Gelenkköpfe auf den konischen Flächen des Ausgleichsringes und wegen der zur Abdichtung erforderlichen Andruckkraft üben die genannten Teile in ihrem jeweiligen Auflagebereich - insbesondere bei hohen Betriebsdrücken (300 bar) - sehr große Kräfte aufeinander aus, so daß bei der Bewegung gegeneinander entsprechende Reibleistungen auftreten, die zwangsweise zu Verschleiß führen. Dies insbesondere dann, wenn es sich bei den Betriebsmedien um nichtschmierende und niedrigviskose Medien handelt, die auch bei höheren Gleitgeschwindigkeiten keinen ausreichend starken tragfähigen Schmierfilm bilden, um Mischreibung bzw. Festkörperreibung zu vermeiden. Bei höheren Betriebsdrücken erfolgt eine Verformung, insbesondere des Ausgleichsringes, im elastischen Bereich. Dadurch werden die hydrostatische Entlastung und die Auflagebreite bzw. Dichtlinien zwischen den Gelenkköpfen und dem Ausgleichsring verändert. Dies führt insbesondere bei nichtschmierenden Medien zu druckabhängigen Lageänderungen der Verschleißzone, die identisch ist mit der jeweiligen Dichtlinie. Bei Änderungen der Drücke, die je nach Betriebsbedingungen mehr oder weniger häufig sein können, besteht die Gefahr, daß die ursprünglichen, für die Funktion notwendigen geometrischen Formen der gegeneinandergleitenden Teile, soweit verändert werden, daß eine einwandfreie Funktion entweder durch Anstieg der Reibung bzw. erhöhte Leckraten nicht mehr gewährleistet ist.

Somit können sich schon nach relativ kurzer Zeit - je nach Betriebsbedingungen - Unregelmäßigkeiten auf den Dichtflächen ergeben, so daß die ohnehin problematische Abdichtung entlang der schmalen Auflagelinie schon nach relativ kurzem Gebrauch der Drehdurchführung ungenügend ist.

Der Druck entlang der Dichtlinie ist trotz hydrostatischer Teilentlastung dabei so hoch, daß das Gelenkkopfmaterial zumindest bei niedrigviskosen Medien unmittelbar auf dem Material des Ausgleichsringes reibt. Auch wenn die durch die starke Reibung verursachten mechanischen Antriebsverluste nicht übermäßig groß sind, so bewirkt die Reibung doch eine merkliche Erwärmung der aufeinanderreibenden Teile, so daß allein hierdurch eine Begrenzung der Drehzahl gegeben ist.

Ein weiterer Nachteil der oben genannten Drehdurchführung besteht in der fertigungstechnisch aufwendigen Herstellung eines bikonischen Ausgleichsringes und zwei passenden Gelenkknöpfen, welche nicht nur sehr genau, sondern auch noch je nach Einsatzbedingung (Betriebsmedium) aus einem sehr widerstandsfähigen (harten) Material gefertigt sein müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Drehdurchführung für unter hohem Druck stehende Medien zu schaffen, mit Hilfe derer unabhängig von der Drehzahl der Arbeitswelle die verlustarme Durchführung weitgehend beliebiger flüssiger bzw. gasförmiger Medien ermöglicht wird und auch nicht schmierende Medien sowie Hydraulikflüssigkeiten hindurchgeführt werden können. Weiterhin sollen die für die Funktion wesentlichen (aufeinandergleitenden) Flächen nahezu verschleißfrei arbeiten, und es soll eine kostengünstige fertigungstechnisch unkomplizierte Herstellung insbesondere der genannten Dichtflächen möglich sein.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Drehdurchführung mit den eingangs genannten Merkmalen die der Gelenkfläche gegenüberliegende Dichtfläche des Ausgleichsringes als ebene Gleitfläche ausgebildet ist und an einer ebenen Ringfläche einer mit einer Durchgangsbohrung versehenen Gleitscheibe gleitbar anliegt.

Eine derartige Drehdurchführung weist gegenüber der vorher beschriebenen Drehdurchführung einige erhebliche Vorteile auf. Zum einen ist sie leichter herzustellen, da nur ein Kugelgelenk vorgesehen ist, an das zu dem hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit und vor allem des Materials erheblich geringere Anforderungen zustellen sind als im Fall der oben beschriebenen Drehdurchführung, während die dem Gelenk gegenüberliegende Seite des Ausgleichsringes und die an dieser anliegende Dichtfläche des angrenzenden Maschinenteiles einfach als ebene Flächen ausgebildet sind. Weiterhin arbeiten die für die Funktion wesentlichen (aufeinandergleitenden) Flächen nahezu verschleißfrei.

Durch die flächenhafte Ausbildung der Dichtung zwischen dem rotierenden und dem stehenden Maschinenteil ist es nämlich möglich, diese als "hydrostatisch kompensierte" Dichtung auszulegen. Hierdurch ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß bei diesem System die hydrostatische Kompensierung durch Langzeitverschleiß nicht beeinflußt wird, da eine automatische Nachstellung erfolgt. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß bei elastischer druckabhängiger Aufweitung bzw. Verformung des Ausgleichsrings keine Veränderung der hydrostatischen Kompensierung und der aufeinandergleitenden Kontaktflächen erfolgt.

Hierbei ist auch zu beachten, daß der durch eine Feder vorgespannte und druckbeaufschlagte Hohlkolben gerade eine solche Kraft über den Ausgleichsring auf die ebene Dichtfläche ausübt, daß in dem schmalen Trennspalt zwischen der Gleitfläche des Ausgleichsringes und der gegenüberliegenden Ringfläche der Gleitscheibe das unter Druckstehende Medium derart eindringen kann, daß sich auf der gesamten Dichtfläche ein reibungsmindernder Flüssigkeitsfilm ergibt, wobei der Druck des Flüssigkeitsfilms in radialer Richtung kontinuierlich abnimmt und am äußeren Rand der Dichtfläche gerade dem Außendruck entspricht, mithin also keine Flüssigkeit nach außen entweicht. Die für die Reibung verantwortliche mechanische Auflagekraft ist somit außerst gering.

Das auf der anderen Seite des Ausgleichsringes befindliche Kugelgelenk dichtet zwar auch nur entlang eines schmalen linienförmigen Bereiches, hat jedoch gegenüber den entsprechenden Gelenken gemäß der oben erwähnten französischen Patentschrift den wesentlichen Vorteil, daß diese Dichtung im wesentlichen stationär ist und durch leichte Kippbewegungen des Gelenkes lediglich kleine Ungenauigkeiten der axialen Führung bzw. der zur Achse senkrechten Ausrichtung der Gleitfläche des Ausgleichsringes und der Ringfläche der Gleitscheibe ausgeglichen werden müssen. Auch wenn die Gleitscheibe aus dem gleichen Material gefertigt ist wie das Gelenkstück am gegenüberliegenden Maschinenteil und die Gelenkfläche des Ausgleichsringes die gleiche Oberflächenbeschaffenheit hat wie seine Gleitfläche, so wird die hydrostatische Entlastung an dieser Stelle im Trennspalt zwischen den aufeinandergleitenden Flächen so ausgelegt, daß die Reibkraft an den ebenen Flächen immer geringer ist als die Reibungskraft entlang der Dichtlinie der Kugelgelenkflächen, so daß der Ausgleichsring relativ zu dem an das Kugelgelenk anschließenden Maschinenteil feststeht. Diesen Effekt kann man noch verstärken und in vorteilhafter Weise ausnutzen, indem man zumindest einen Teil des Kugelgelenks bzw. der Kugelgelenkflächen aus einem mehr oder weniger elastischen Material mit höherem Reibungskoeffizienten herstellt bzw. die Fläche mit einem solchen Material beschichtet. Eine derartige elastische Fläche hat bessere Dichtungseigenschaften, läßt wegen ihrer Elastizität die erforderlichen Kippbewegungen des Kugelgelenkes weiterhin zu und stellt durch den höhen Reibungskoeffizienten sicher, daß die Gelenkteile sich nicht gegeneinander verdrehen und die Dichtung somit stationär bleibt. Dies hat den Vorteil, daß das Medium unter höherem Druck durchgeführt werden kann, als bei einer nicht stationären Gelenkdichtung. Auch die erfindungsgemäße Gleitdichtung läßt extrem hohe Drücke zu und ist durch eine Änderung der hydrostatischen Kompensierung zwischen Ausgleichsscheibe und Gleitscheibe nahezu beliebig anpaßbar.

Dabei ist es unerheblich, ob schmierende Flüssigkeiten wie Öl oder nicht schmierende Flüssigkeiten wie Wasser durchgeführt werden.

Darüberhinaus ist es wegen der reibungsarmen Gleitdichtung möglich, die Drehdurchführung mit vergleichsweise sehr hohen Drehzahlen zu betreiben.

Insgesamt ist also die erfindungsgemäße Hochleistungs- Drehdurchführung einfacher herzustellen als die bekannten Drehdurchführungen, und sie ist darüberhinaus den bekannten Drehdurchführungen in allen wesentlichen Eigenschaften (Dichtigkeit, Drehzahl- und Druckbereich) überlegen.

Erfindungsgemäß ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der Innendurchmesser der ringförmigen Gleitfläche größer als der Innendurchmesser der Ringfläche der Gleitscheibe und der Außendurchmesser der Gleitfläche kleiner als der Außendurchmesser der Ringfläche der Gleitscheibe ist oder jeweils umgekehrt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß Schwankungen der Druckverhältnisse im Flüssigkeitsfilm zwischen den Dichtflächen praktisch ausgeschaltet werden, da Störungen durch eventuelle ungenau aufeinanderpassende Randbereiche auf diese Weise ausgeschlossen sind. Die wirksame Dichtfläche entspricht dabei der jeweils kleineren der beiden einander gegenüberliegenden Ringflächen des Ausgleichsringes bzw. der Gleitscheibe.

Erfindungsgemäß ist dabei bevorzugt vorgesehen, daß entweder die Gleitscheibe oder der Ausgleichsring mit dem anliegenden Gelenkgegenstück bezüglich der Rotationsachse des drehenden Maschinenteils exzentrisch angeordnet ist.

Dies bewirkt, daß bei der Drehung des rotierenden Maschinenteils jeweils andere Bereiche der Ringfläche der Gleitscheibe oder der Gleitfläche des Ausgleichsringes die Dichtfläche bilden, wodurch eine bessere Kühlwirkung im Bereich der Dichtung erzielt wird. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise eine weitere Steigerung der ohnehin schon hohen möglichen Drehzahlen.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die angesprochene Exzentrizität maximal der halben Differenz der Ringflächenbreiten der Gleitfläche und der anliegenden Ringfläche der Gleitscheibe entspricht. Wegen der laut Anspruch 2 vorgesehenen unterschiedlich großen, gegenüberliegenden Ringflächen der Gleitdichtung ist es also möglich, trotz der Exzentrizität eines der beiden Teile immer eine vollständige Bedeckung der einen Dichtfläche durch die andere zu erhalten, so daß auch in diesem Falle Störungen des Druckverlaufs im Flüssigkeitsfilm zwischen den Dichtflächen vermieden werden. Voraussetzung ist dabei, daß die Exzentrizität einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet, welcher maximal der halben Differenz der Ringflächenbreiten der Gleitfläche bzw. der gegenüberliegenden Ringfläche entsprechen kann.

Die Erfindung sieht zweckmäßigerweise weiterhin vor, daß das aus dem Gegenstück und aus dem Ausgleichsring bestehende Kugelgelenk aus einem auf einer schüsselförmig konischen Ringfläche aufliegenden, mit einer Bohrung versehenen, teilkugelförmigen Gelenkkopf gebildet wird, wobei der Innendurchmesser der exzentrisch angeordneten Teile mindestens um die zweifache Exzentrizität größer ist als der Innendurchmesser der zentrisch angeordneten Teile.

Auf diese Weise erreicht man, daß der freie Durchfluß des Mediums durch die Drehdurchführung gewährleistet ist und nicht durch in den Strömungsbereich hineinragende und überstehende Kanten von exzentrischen Bauteilen behindert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Hochleistungs- Drehdurchführung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gelenkkopf als Ansatz des Hohlkolbens ausgebildet ist und daß die schüsselförmig konische Ringfläche durch die konisch nach innen geneigte und der Gleitfläche gegenüberliegende Seite des Ausgleichsringes gebildet wird.

Dabei ist zweckmäßigerweise der Gelenkkopf einstückig mit dem Hohlkolben verbunden. Durch die gute axiale Führung des relativ langen Hohlkolbens ist damit auch eine entsprechend gute Führung des Gelenkkopfes gewährleistet, so daß die aufgrund des eventuell nicht absolut runden Laufes des drehbaren Maschinenteils erforderliche Ausgleichs-Kippbewegung des Kugelgelenkes sehr gering ist. Die schüsselförmig konische Gelenkpfanne wird dabei von der konisch nach innen geneigten und der Gleitfläche gegenüberliegenden Seite des Ausgleichsringes gebildet.

Eine weitere Ausführungsform einer Hochleistungs-Drehdurchführung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitscheibe am Hohlkolben angebracht ist und mit der Gleitfläche des Ausgleichsringes in Berührung steht und daß das Gegenstück des Kugelgelenkes an dem dem Hohlkolben bezüglich des Ausgleichsringes gegenüberliegenden Maschinenteil angebracht ist.

Der Hohlkolben kann wahlweise in das stehende oder das rotierende Maschinenteil integriert sein. Entsprechend den Montageerfordernissen kann es dabei wünschenswert und vorteilhaft sein, wenn das Kugelgelenk auf der dem Hohlkolben abgewandten Seite des Ausgleichsringes angeordnet ist. Dementsprechend ist dann die ebene Gleitfläche des Ausgleichsringes dem Hohlkolben zugewandt und die an der Gleitfläche anliegende Gleitscheibe ist an dem Hohlkolben angebracht. Zweckmäßigerweise ist dabei die Gleitscheibe einstückig mit dem Hohlkolben verbunden.

Eine weitere Ausführungsform der Hochleistungs-Drehdurchführung sieht vor, daß der Gelenkkopf am Ausgleichsring und die schüsselförmig konische Ringfläche am gegenüberliegenden Maschinenteil angebracht ist.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Ausgleichsring wegen des nach außen gewölbten Gelenkkopfes massiver gestaltet werden kann und daher leichter herzustellen ist. Eine die Gelenkpfanne bildende schüsselförmig konische Ringfläche zum Eingriff des Gelenkkopfes ist dementsprechend am gegenüberliegenden Maschinenteil angebracht.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gehen teilweise durch kinematische Umkehr auseinander hervor und unterscheiden sich hinsichtlich der erfindungsgemäßen Funktionsweise nicht voneinander. Allerdings können fertigungstechnisch oder montagebedingte Vorteile die Bevorzugung einer bestimmten Kombination der vorgenannten Ausführungsformen nahelegen. Dies hängt jedoch sowohl von dem verwendeten Material als auch von der speziellen Konstruktion der Drehdurchführung ab.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und den dazugehörigen Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Hochleistungs-Drehdurchführung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 und

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2.

Fig. 4 illustriert die Kräfteverhältnisse im Bereich der Dichtflächen

Fig. 1 zeigt eine Hochleistungs-Drehdurchführung zur achsparallelen Einleitung von unter Druck stehenden Medien von einem stehenden Maschinenteil 21 in ein rotierendes Maschinenteil 20, mit einem Gehäuse 1, einer daran angebrachten Zufuhrleitung 13 und einer Leckleitung 12. Im Gehäuse 1 ist über die Schrägkugellager 8 eine Welle 3 drehbar gelagert. Die Kugellager 8 werden mittels eines Sicherungsringes 10 und einen mit Zylinderschrauben 9 gehaltenen Deckel 2 in ihrer axialen Lage fixiert.

Die Welle 3 ist für den Durchfluß eines Mediums (z. B. Kühlmittel, Spülmittel oder Hydraulikflüssigkeit) als Hohlwelle ausgebildet. Der im Gehäuse 1 der Hochleistungs-Drehdurchführung befindliche Teil der Welle 3 weist zur Aufnahme der Dichtungs- und Durchführungselemente einen vergrößerten Durchmesser auf. Die auf der Welle 3 mit Preßpassung aufsitzenden Innenkonen 27 der Schrägkugellager 8 werden durch einen Flansch 28 am Ende der Welle 3 abgestützt.

Die Längsbohrung 29 der Welle 3 weist in ihrem hinteren Teil in zwei Stufen Aussparungen 30, 31 auf. Die Aussparungen haben ebenfalls zylindrischen Querschnitt, wobei jedoch die erste Aussparung 30 exzentrisch zur Wellenachse angeordnet ist, während die zweite Aussparung 31 wieder rotationssymmetrisch bezüglich der Wellenachse 32 ausgebildet ist. Die erste Aussparung 30 ist in ihrem Durchmesser so bemessen und in der Weise exzentrisch angeordnet, daß die gesamte Wand des Hohlkolbens außerhalb der Randfluchtungslinien der Längsbohrung 29 liegt. An seinem aus der ersten Aussparung 30 herausragenden Ende weist der Hohlkolben 6 einen Gelenkkopf 22 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 33 auf, welche einen kleineren Durchmesser hat als der zylindrische Hohlraum 34 des Hohlkolbens 6 und so ein Widerlager für die darin angeordnete Feder 11 bildet. Die Feder 11 stützt sich mit ihrem anderen Ende am Grund der ersten Aussparung 30 ab und übt so beim Hereinschieben des Hohlkolbens 6 in die erste Aussparung 30 eine Gegenkraft auf den Hohlkolben 6 aus, durch die der Hohlkolben 6 aus der ersten Aussparung 30 herausgetrieben bzw. mit dem Gelenkkopf 22 an die konische Dichtfläche 25 des Ausgleichsringes 5 gepreßt wird. Im fertig montierten Zustand steht die Feder 11 unter einer Vorspannung, die in Abhängigkeit von der auftretenden Fliehkraft infolge Exzentrizität bei Minimal- und Maximaldrehzahl zu wählen ist. Der Hohlkolben 6 wird durch einen Sicherungsstift 14 an einer axialen Drehung gegenüber der Welle 3 gehindert. Die Länge der ersten Aussparung 30 und des Hohlkolbens 6 wird so gewählt, daß ein gewisses Spiel für kleine axiale Bewegungen des Hohlkolbens 6 erhalten bleibt. Die Dichtung 15 zwischen Hohlwelle 3 und Hohlkolben 6 ist im wesentlichen stationär, läßt jedoch ebenfalls kleine axiale Bewegungen des Hohlkolbens 6 zu.

Der Hohlkolben 6 mit seinen angrenzenden Teilen ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 1 sind jedoch bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform die Exzentrizität e und die Abmessungen der ersten Aussparung 30 des Hohlkolbens 6 und seiner Wandstärke und der Durchgangsbohrung 33 so gewählt, daß über die gesamte Länge der Hochleistungs-Drehdurchführung der freie Fließquerschnitt der Längsbohrung 29 und der gleichbemessenen Durchgangsbohrung 23 der Gleitscheibe 4 erhalten bleibt. Das heißt, es ragen keinerlei Teile des Hohlkolbens 6, der Feder 11 oder des Ausgleichsringes 5 in den Fluchtungsbereich zwischen der Durchgangsbohrung 23 und der Längsbohrung 29 hinein, so daß der Durchfluß des Mediums von der Hochleistungs-Drehdurchführung praktisch in keiner Weise beeinflußt wird.

Die Exzentrizität e ist gegeben durch den Abstand der Rotationsachse 32 von der Symmetrieachse 36 des Ausgleichsringes 5.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus Fig. 2, in dem ein Teil des Gelenkkopfes 22, des Ausgleichsringes 5 und der Gleitscheibe 4 zu erkennen sind, nochmals vergrößert dargestellt. Anhand der Fig. 3 und 4 werden Vorteile der Erfindung nachstehend erläutert.

Wie bereits beschrieben wird der mit dem Hohlkolben 6 verbundene Gelenkkopf 22 durch die Feder 11 mit der Gelenkkopffläche 24 gegen die konische Dichtfläche 25 des Ausgleichsringes 5 vorgespannt, so daß sich auch im drucklosen Zustand ein fester Kontakt zwischen Gelenkkopf 22 und Ausgleichskopf 5 entlang einer Kreislinie ergibt, welche in der Querschnittdarstellung der Fig. 3 und im Fall ideal harter Materialien nur als Punkt sichtbar wäre und im durch einen gestrichelten Kreis angedeuteten Berührungsbereich 35 liegt. Tatsächlich hat dieser Berührungsbereich jedoch eine gewisse endliche Breite, die allerdings sehr klein sein kann.

Mit im wesentlichen der gleichen Kraft, mit welcher der Gelenkkopf 22 gegen den Ausgleichsring 5 gepreßt wird, wird auch der Ausgleichsring 5 gegen die Gleitscheibe 4 gedrückt.

Allerdings wird hier zur Verringerung der Reibleistung die Gesamtkraft in einem anderen Verhältnis der mechanischen und hydraulischen Anteile übertragen. Da der hydraulisch übertragene Anteil praktisch keinen Beitrag zur Reibung liefert wird dieser möglichst groß und der mechanische Anteil durch entsprechende Formgebung des Ausgleichsringes möglichst klein gehalten. In der Fig. 4 wird dieser Zusammenhang verdeutlicht.

Bei geeignet gewählter Anpreßkraft und hydrostatischer Kompensation kann das unter Druck stehende Medium daher in den Trennspalt 26 (Fig. 3) zwischen der Gleitfläche 18 und der Ringfläche 19 eindringen, wobei der Druck im Innern des Flüssigkeitsfilms im Trennspalt 26 in radialer Richtung kontinuierlich vom Ausgangswert im Inneren der Drehdurchführung auf den Wert null bzw. auf den Druck im Außenbereich des Ausgleichsringes 5 abnimmt. Ein derartiger Flüssigkeitsfilm vermindert in vorteilhafter Weise die Reibung zwischen den - extrem niedrige Raumtiefen aufweisenden - Oberflächen 18 und 19 des Ausgleichsringes 5 bzw. der Gleitscheibe 4.

Entlang der Berührungslinie zwischen Gelenkkopf 22 und Ausgleichsring 5 im Bereich 35 kann - infolge der geringen hydrostatischen Kompensation und der daraus resultierenden hohen spezifischen Flächenbelastung - sich ein entsprechender Flüssigkeitsfilm nicht ausbilden. Entsprechend hoch ist auch die Reibung zwischen der Gelenkkopffläche 24 und der konischen Dichtfläche 25 des Ausgleichsringes 5, so daß bei der axialen Drehung des Hohlkolbens 6 und des damit verbundenen Gelenkkopfes 22 der Ausgleichsring 5 mitgedreht wird und dabei auf den Flächen 18 und 19 gleitet. Eine relative Drehbewegung zwischen Ausgleichsring 5 und Gelenkkopf 22 bezüglich der Wellenachse 32 ist daher praktisch ausgeschlossen. Lediglich Kippbewegungen des Gelenkkopfes 22 bzw. des damit verbundenen Hohlkolbens 6 relativ zum Ausgleichsring 5 sind möglich. Dabei rollt die Gelenkkopffläche 24 des Gelenkkopfes 22 auf der konischen Dichtfläche 25 des Ausgleichsringes 5 mehr oder weniger in radialer bzw. axialer Richtung ab, wobei eine Verschiebung des Berührungsbereiches 35 nach innen auf einer Seite des Gelenkkopfes mit der Verschiebung des Berührungsbereiches 35 nach außen auf der gegenüberliegenden Seite des Gelenkkopfes 22 einhergeht.

Da axiale Drehbewegungen zwischen Gelenkkopf 22 und Ausgleichsring 5 nicht stattfinden, treten auch entsprechend hohe Reibungsverluste im Berührungsbereich 35 nicht auf. Der Verschleiß ist ebenfalls stark herabgesetzt und eine bessere Abdichtung ist gewährleistet, da die Dichtung zwischen Gelenkkopf 22 und Ausgleichsring praktisch eine stationäre Dichtung ist.

Die Gleitdichtung zwischen der Gleitfläche 18 des Ausgleichsringes 5 und der Ringfläche 19 der Gleitscheibe 4 wird auch als "hydrostatisch kompensierte" Dichtung bezeichnet, da der Anpreßdruck des Ausgleichsringes 5 gegen die Gleitscheibe 4 praktisch durch den hydrostatischen Druck des Flüssigkeitsfilmes im Trennspalt kompensiert wird. Eine derartig hydrostatisch kompensierte Gleitdichtung arbeitet verlustarm und praktisch verschleißfrei.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Hochleistungs- Drehdurchführung liegt in der exzentrischen Anordnung des Hohlkolbens 6 mit Gelenkkopf 22 und des Ausgleichsringes 5. Die exzentrische Anordnung bewirkt, daß bei der Rotation der Welle 3 der durch den Hohlkolben 6 bzw. den Gelenkkopf 22 mitgeführte Ausgleichsring 5 mitrotiert und mit seiner Gleitfläche 18 immer wieder andere Bereiche der Ringfläche 19 der Gleitscheibe 4 bestreicht. In den Querschnittdarstellungen der Fig. 1 bis 3 würde diese Rotation einer vertikalen Pendelbewegung des Ausgleichsringes 5 und des Hohlkolbens 6 mit Gelenkkopf 22 entsprechen. Die Exzentrizität e und die Breite der ringförmigen Gleitfläche 18 und der Ringfläche 19 der Gleitscheibe 4 ist dabei so gewählt, daß der Rand der Ringfläche 18 zu keinem Zeitpunkt über den Rand der Ringfläche 19 hinausragt. Die Exzentrizität e führt somit in einem definierten Bereich zu einer verbesserten Kühlung der Gleitdichtung ohne die Dichtheit des Systems in irgend einer Weise zu beeinträchtigen.

Die Dichtflächen des Ausgleichsringes 5 des Gelenkkopfes 22 und der Gleitscheibe 4 können je nach Bedarf auch mit Materialien beschichtet werden, welche die gewünschten Haft-, Gleit- und Dichtungseigenschaften noch verbessern und/oder den Verschleiß der gleitenden Teile weiter herabsetzen.

Insgesamt erlauben die vorstehend im Detail beschriebenen Maßnahmen die Durchführung von Medien von einem stehenden in ein rotierendes Maschinenteil oder umgekehrt unter wesentlich höheren Drücken und bei gleichzeitig wesentlich höheren Drehzahlen als bei den bisher bekannten Drehdurchführungen, so daß für die erfindungsgemäße Durchführung der Begriff "Hochleistungs-Drehdurchführung" gewählt wurde.

Selbstverständlich können auch Medien unter geringem Druck und bei kleinen Drehzahlen durch eine derartige Hochleistungs- Drehdurchführung hindurchgeführt werden.

Claims (8)

1. Hochleistungs-Drehdurchführung zur verlustarmen, achsenparallelen Einleitung von unter Druck stehenden Medien aus einem stehenden Maschinenteil (21) in ein rotierendes Maschinenteil (20) oder umgekehrt, mit einem im wesentlichen parallel zur Drehachse ausgerichteten Hohlkolben (6) und mit einem Ausgleichsring (5), welcher im Übergangsbereich zwischen stehendem und rotierendem Maschinenteil (20, 21) angeordnet ist und dessen eine Fläche als Gelenkfläche (25) ausgebildet ist und zusammen mit einem passenden Gegenstück eines der beiden Maschinenteile (20, 21) im wesentlichen ein Kugelgelenk bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die der Gelenkfläche (25) gegenüberliegende Fläche des Ausgleichsringes (5) als ebene Gleitfläche (18) ausgebildet ist und an einer ebenen Ringfläche (19) einer mit einer Durchgangsbohrung (23) versehenen Gleitscheibe (4) gleitbar anliegt.

2. Hochleistungs-Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der ringförmigen Gleitfläche (18) größer als der Innendurchmesser der Ringfläche (19) der Gleitscheibe (4) und der Außendurchmesser der ringförmigen Gleitfläche (18) kleiner als der Außendurchmesser der Ringfläche (19) der Gleitscheibe (4) ist oder jeweils umgekehrt.

3. Hochleistungs-Drehdurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Gleitscheibe (4) oder der Ausgleichsring (5) mit dem anliegenden Gelenkgegenstück bezüglich der Rotationsachse des drehenden Maschinenteils (20) exzentrisch angeordnet ist.

4. Hochleistungs-Drehdurchführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität (e) maximal der halben Differenz der Ringflächenbreiten der Gleitfläche (18) und der anliegenden Ringfläche (19) der Gleitscheibe (4) entspricht.

5. Hochleistungs-Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Ausgleichsring (5) und seinem Gegenstück bestehende Kugelgelenk aus einem auf einer schüsselförmig konischen Ringfläche (25) aufliegenden, durchbohrten, teilkugelförmigen Gelenkkopf (22) gebildet wird.

6. Hochleistungs-Drehdurchführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkkopf (22) als Ansatz des Hohlkolbens (6) ausgebildet ist und daß die schüsselförmig konische Ringfläche (25) durch die konisch nach innen geneigte und der Gleitfläche (18) gegenüberliegende Seite des Ausgleichsringes (5) gebildet wird.

7. Hochleistungs-Drehdurchführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitscheibe (4) am Hohlkolben (6) angebracht ist und mit der Gleitfläche (18) des Ausgleichsringes (5) in Berührung steht und daß das Gegenstück des Kugelgelenkes an dem dem Hohlkolben (6) bezüglich des Ausgleichsringes (5) gegenüberliegenden Maschinenteil (20, 21) angebracht ist.

8. Hochleistungs-Drehdurchführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkkopf (22) am Ausgleichsring (5) und die schüsselförmig konische Ringfläche (25) am gegenüberliegenden Maschinenteil angebracht ist.