DE3806931A1 - Drehdurchfuehrung zur uebertragung von unter druck stehenden medien von einem stehenden in ein rotierendes maschinenteil - Google Patents
Drehdurchfuehrung zur uebertragung von unter druck stehenden medien von einem stehenden in ein rotierendes maschinenteilInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehdurchführung zur Übertragung von
unter Druck stehenden Medien von einem stehenden in ein rotierendes Ma
schinenteil wobei die Welle eine axiale und eine sich daran anschließende
radiale Bohrung aufweist, die in einen Ringkanal eines mit Zuführbohrungen
für das Medium versehenen Ringes oder Buchse mündet, wobei zwischen Gehäuse
und Welle eine Buchse vorgesehen ist, die gegenüber dem Gehäuse mit Dich
tungen abgedichtet ist.
Bei den bisher bekannten Drehdurchführungen handelt es sich um sog. starre
Systeme, d.h. um Systeme bei denen der Funktionsspalt zwischen dem stehenden
und rotierenden Teil bezüglich Lage und Größe ausschließlich von der Fer
tigungsgenauigkeit abhängt. Es findet somit keine Anpassung an fertigungs
bedingte und betriebsparameterbedingte Form- und Lageabweichungen der
Funktionsspalte zwischen Gehäuse und Welle statt.
Um die hydraulischen Verluste bei den bekannten Systemen in akzeptablen
Größen zu halten, sind in der Regel zwischen den gegeneinander bewegten
Teilen Spalte in einer Größenordnung von 5 bis 10 µm notwendig. Diese
Größenordnung liegt aber bereits unterhalb normaler Lagerspiele d.h.,
daß es ohne weiteres toleranz- oder thermischbedingt zu einer mechanischen
Berührung und somit bei hohen Drehzahlen zu schnellem Verschleiß oder zum
Fressen zwischen dem stehenden und dem rotierenden Bauteil kommen kann.
Diese Gefahr ist insbesondere dann gegeben, wenn z.B. ein schnelles
Hochlaufen auf die Nenndrehzahl verlangt wird. In diesem Fall kann es
infolge ungleichmäßiger thermischer Ausdehnung von Buchse und Welle in
kürzester Zeit zum "Zuwachsen" der Funktionsspalte und damit zum Blockieren
der Drehdurchführung kommen. Ein derartiger Ausfall des Gesamtsystems mit
den dadurch entstandenen wirtschaftlichen Folgen birgt zudem noch eine
erhebliche Unfallgefahr, da Schläuche, Verbindungsleitungen usw. abge
rissen werden können. Aus Sicherheitsgründen ist man in vielen Fällen des
halb gezwungen die Spalthöhen so zu vergrößern, daß Fertigungstoleranzen
und kurzzeitige thermische Effekte nicht zum Berühren der rotierenden mit
den stehenden Bauteilen führen können. Die aus den großen Spalthöhen re
sultierenden hohen Leckagen - und damit hohen hydraulischen Verlusten
sind aber andererseits unwirtschaftlich und führen zu einer erheblichen
Kostenbelastung.
In der CH-PS 4 83 584 ist eine Drehdurchführung beschrieben, bei welcher
eine Ausgleichseinrichtung vorgesehen ist, die die nach außen gerichtete
radialen Kräfte ausgleichen soll, die während der Übertragung einer unter
Druck stehenden Flüssigkeit auftreten. Verhindert werden sollen hierdurch
vermehrte Leckagen, die sonst eine überhöhte Pumpenkapazität erfordern
würden. Bei dieser bekannten Drehdurchführung ist es aber von Nachteil,
daß das Durchführungssystem gleichzeitig als Lagerung für die Welle dient.
Die Lagereinheit, z.B. bestehend aus Gehäuse und Buchse, muß deshalb in
sich starr und ortsfest in Bezug auf die Wellenachse sein. Die angestrebte
Ausgleichseinrichtung ermöglicht somit lediglich ein auseichen der Welle
innerhalb der Dichtspalte. Es ist weiterhin bei diesem System von großem
Nachteil, daß beim Auftreten fertigungs- oder funktionsbedingter größerer
Verlagerungen der Welle die Gefahr besteht, daß dies zum Anlaufen und
zur Beschädigung der Dicht- und Lagerspalte führen kann, ggf. sogar
zum Festfressen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Drehdurchführung mit Radialspalt
so zu verbessern, daß diese bei allen Betriebsbedingungen d.h., bei hohen
Drehzahlen und gleichzeitig hohen Drücken absolut betriebssicher arbeitet
und zudem geringste Leckagen aufweist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Anordnung einer
zwischen Gehäuse und Welle radial verschiebbaren Buchse wobei zur radialen
Verschiebbarkeit der Buchse der Spalt zwischen Gehäuse und Buchse durch
elastische Dichtungen überbrückt wird. Durch diese einfachen Maßnahmen
werden in vorteilhafter Weise die Forderungen bei Drehdurchführungen
nach möglichst engen Dichtspalten und daraus resultierenden kleinen
Leckagen sowie bei gleichzeitiger Sicherheit gegen Anlaufen und Festfressen
erfüllt.
Im Rahmen der Erfindung ist es von Vorteil, daß Lagerfunktion und Über
tragungsfunktion voneinander getrennt sind. Die Lagerung kann somit
optimal und funktionssicher ausgelegt werden und die "schwimmende"
Buchse kann engste Dichtspalte aufweisen, ohne die Funktionssicherheit
im geringsten zu beeinträchtigen. Eine derart "weich" bzw. "schwimmend"
gelagerten Übertragungsbuchse kann somit vorhandene Lagerspiele und
Fertigungstoleranzen zur jeweiligen Lage der Welle ausgleichen. Kommt
es infolge von Lageabweichungen zur einseitigen mechanischen Berührung
zwischen Welle und Buchse, so kann die Anpreßkraft nie größer sein als
die Vorspannkraft der elastischen Dichtelemente, d.h. die Anpreßkraft ist
entsprechend gering.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß bei einem beispielsweise
verschmutzten Druckmedium die Buchse radial ausweichen kann und sich
somit der Spalt einseitig in seiner Höhe verdoppelt. Schmutzpartikel
werden hierdurch, ohne größeren Schaden anrichten zu können, vollständig
aus diesem Bereich herausgespült. Sollte es trotzdem, z.B. durch grobe
Verschmutzungen, zu einem Klemmen zwischen Welle und Buchse kommen, so
erfolgt eine Mitnahme der Buchse von der Welle und die Relativbewegung
erfolgt ausschließlich zwischen Buchse und Gehäuse im Bereich der
Dichtungen. Das auf das Gehäuse wirkende Reaktionsmoment kann somit
nie größer sein, als das über die Dichtung übertragbare Reibmoment.
Diese Reibmomente sind aber so gering, daß es nie zu einem Mitdrehen
des Gehäuses und zum Abreißen von Verbindungsleitungen kommen kann.
lm Rahmen der Erfindung ist es vorgesehen, die Welle mit einem schlecht
wärmeleitenden Werkstoff zu beschichten. Diese Beschichtung hat den Vor
teil, wirksam zu verhindern, daß die Welle aufgrund von Erwärmung
schneller radial "wächst" als die Buchse. Selbst dann, wenn kleinste
Spalte zwischen Buchse und Welle vorgesehen sind, ist ein Blockieren
aufgrund thermischer Vorgänge ausgeschlossen.
Die elastischen Dichtelemente sind in an sich bekannter Weise in Abstand
voneinander angeordnet und die Buchse ist mit einer mittig angeordneten
Ringnut für die Zuführung des Druckmediums versehen. Lage und Abmessung
der zentralen Ringnut bzw. Zuführungsnut sind in vorteilhafter Weise
so aufeinander abgestimmt, daß sich die im drucklosen Zustand zylindrische
Gleitfläche der Buchse unter Druck zu Kegelmantelflächen verformen. Diese
druckabhängige Verformung führt zu konischen, zur Leckseite hin kleiner
werdenden Spalten. Hierdurch entsteht eine zusätzliche stabilisierende
hydrostatische Führungskraft zwischen Welle und Buchse.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Drehdurchführung gemäß der Erfindung im Schnitt
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches "X" gem. Fig. 1
Wie die Zeichnung zeigt, ist ein feststehendes Gehäuse 1 mittels eines Kugel
lagers 2, 3 auf einer drehbaren Welle 4 gelagert. Zwischen dem Gehäuse 1 und
der Welle 4 ist eine Buchse 5 angeordnet. Das Gehäuse 1 weist eine Anschluß
bohrung 6 als Anschluß und Zufuhr für das Medium auf. Die Anschlußbohrung 6
korrespondiert mit entsprechenden radial angeordneten Zuführungsbohrungen 7,
die in der zentralen Zuführungsnut 8 der Buchse 5, ausgebildet sind. Die
Welle 4 weist eine axiale Verbraucherleitung 9 mit radialen Bohrungen 10
auf, die wiederum mit der Anschlußbohrung 6 sowie den Zuführungsbohrungen 7
in Verbindung stehen. Wie die Zeichnung zeigt, sind zur Überbrückung des
Spaltes "S" zwischen Buchse 5 und Gehäuse 1 Dichtelemente 11 vorgesehen,
die in Ringnuten 12 angeordnet sind. Zwischen den Ringnuten 12 liegt
wiederum die bereits erwähnte ringförmig ausgebildete Zuführungsnut 8
für das Druckmedium. Die harte, schlecht wärmeleitende Beschichtung der
Welle 4 ist mit 13 bezeichnet.
Funktions- und Arbeitsweise der Drehdurchführung mit schwimmender Buchse
ist wie folgt:
Eingeleitet durch die Anschlußbohrungen 6 gelangt das Medium durch die
ringförmige Zuführungsnut 8 und die radialen Zuführungsbohrungen 7 der
Buchse 5 in die axiale Verbraucherleitung 9 und von dort zu einem (nicht
dargestellten) Verbraucher. Hierbei gelangt auch ausreichend Medium,
beispielsweise Drucköl, in den Spalt 14 zwischen die gegeneinander be
wegten Teile d.h., zwischen Beschichtung 13 der Welle 4 und der Buchse 5.
Bedingt durch den Spalt "S" und der ihn überbrückenden elastischen Dicht
elemente 11 ist die Buchse 5 somit aufgrund der elastischen oder "schwimmenden"
Aufhängung bzw. Lagerung jederzeit in der Lage, sich fertigungs- und
funktionsbedingten Verlagerungen anzupassen, ohne daß es zu einer Be
rührung zwischen Welle 4 und Buchse 5 kommt. Der Spalt 14 zwischen Welle 4
und Buchse 5 ist somit immer vorhanden. Die elastische Lagerung der Buchse 5
im Gehäuse 1 ist also derart, daß selbst bei radialen Verlagerungen die Rück
stellkräfte der elastischen Dichtungen 11 kleiner sind, als die hydro
statischen und hydrodynamischen Führungskräfte im Dichtspalt 14.
Um zu verhindern, daß die Welle 4 aufgrund von Erwärmung schneller "wächst"
als die Buchse 5 ist die Welle 4 mit einer Beschichtung 13 aus einem harten
schlecht wärmeleitenden Werkstoff z.B. Keramik versehen. Etwaige thermische
Vorgänge die zu einer Beeinflussung der Funktionssicherheit des Gesamt
systems führen könnten, werden somit doppelt ausgeglichen d.h., einmal
durch die Wahl der Beschichtung 13 und zum anderen durch die elastische
bzw. "schwimmende" Lagerung der Buchse 5. Die elastischen Dichtelemente 11
reduzieren gleichzeitig die Wärmeabfuhr von Buchse 5 zum Gehäuse 1.
Um druckabhängig die hydrostatische Führungskraft zwischen Welle 4 und
Buchse 5 zu vergrößern kann die Anordnung der Dichtelemente 11 und
Ausbildung und Anordnung der Zuführungsnut 8 so gewählt werden, daß es
zu einer druckabhängigen Verformung der Dichtflächen bzw. Zylindermantel
fläche 15 kommen kann. Diese Verformung zeigt Fig. 2 im vergrößerten
Bereich "X" gem. Fig. 1. Der Abstand a der Ringnuten 12 zur zentralen
Zuführungsnut 8 sowie deren Breite b und Tiefe t sind zueinander so
bemessen, daß es druckbedingt zu einer Verformung der Zylindermantel
fläche 15 (Fig. 1), zu Kegelmantelflächen 16 kommen kann. Die Verformung
ist derart, daß sich die Kegelmantelflächen 16 so bilden, daß der große
Durchmesser des Kegels zur Druckseite hinweist und der kleine Durchmesser
des Kegels zur druckabgewandten Seite.
Selbstverständlich ist es auch möglich, im Unterschied zu den Ausführungs
formen gem. Fig. 1 und 2, die Ringnuten und die elastischen Dichtungen
im Gehäuse vorzusehen.
- Bezugszeichenliste:
1 Gehäuse
2 Kugellager
3 Kugellager
4 Welle
5 Buchse
6 Anschlußbohrung
7 Zuführungsbohrungen
8 Zuführungsnut
9 Verbraucherleitung
10 Bohrungen
11 Dichtelemente
12 Ringnuten
13 Beschichtung
14 Spalt
15 Zylindermantelfläche
16 Kegelmantelfläche
"S" Spalt
Claims (5)
1. Drehdurchführung zur Übertragung von unter Druck stehenden Medien
von einem stehenden in ein rotierendes Maschinenteil, wobei die Welle
eine axiale und eine sich daran anschließende radiale Bohrung aufweist,
die in einen Ringkanal eines mit Zuführungsbohrungen für das Medium
versehenen Ringes oder Buchse mündet, wobei zwischen Gehäuse und Welle
eine Buchse vorgesehen ist, die gegenüber dem Gehäuse mit Dichtungen
abgedichtet ist, gekennzeichnet durch die Anordnung einer zwischen
Gehäuse (1) und Welle (4) radial verschiebbaren Buchse (5) wobei zur
radialen Verschiebbarkeit der Buchse (5) der Spalt (S) zwischen Ge
häuse (1) und Buchse (5) durch elastische Dichtelemente (11) überbrückt
wird.
2. Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicht
elemente (11) in der Buchse (5) oder im Gehäuseteil (1) angeordnet sind.
3. Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle
(4) mit einem schlecht leitenden Werkstoff, z.B. Keramik, beschichtet
ist.
4. Drehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Dichtelemente (11) in an sich bekannter Weise in
Abstand voneinander in Ringnuten (12) angeordnet sind, wobei der
Abstand (a) der Ringnuten (12) zur zentralen Zuführungsnut (8) sowie
deren Breite (b) und Tiefe (t) so zueinander bemessen sind, daß sich
die Zylindermantelflächen (15) der Buchse (5) druckbedingt zu Kegelmantel
flächen (16) verformen können.
5. Drehdurchführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in
der Zuführungsnut (8) befindliche Druckmedium die Gleitflächen der
Buchse (5) derart verformt, daß sich Kegelmantelflächen (16) in der
Weise bilden, daß der große Durchmesser des Kegels zur Druckseite
hinweist und der kleine Durchmesser des Kegels zur druckabgewandten
Seite.
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