DE3810060A1 - Drehdurchfuehrung fuer fluide - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehdurchführung für Fluide zur kommunizierenden Verbindung eines Hohlraumes in einem fest­ stehenden Gehäuse mit einem Durchflußkanal in einer Hohl­ welle, dessen Durchfluß absperrbar ist, mit einer Gleit­ ringdichtung zwischen dem einen Ende der Hohlwelle und dem Hohlraum und mit einer im Gehäuse vorgesehenen, in den Hohlraum mündenden Anschlußbohrung für die Einleitung des Fluids in den Hohlraum.

Derartige Drehdurchführungen für Fluide sind in den ver­ schiedensten Ausführungen und für die verschiedensten Zwecke bekannt (vgl. Katalog 825D "DEUBLIN Rotating UNIONS" der Firma DEUBLIN GmbH, D-6238 Hofheim-Wallau, Seiten 27 und 28). Derartige Drehdurchführungen werden beispielsweise in Ver­ bindungen mit Werkzeugmaschinenspindeln oder auch in der­ artigen Werkzeugmaschinenspindeln eingebauten Spanneinrich­ tungen verwendet. Über die Drehdurchführung wird der Werk­ zeugmaschinenspindel Kühlschmiermittel zugeführt und der Spanneinrichtung Hydrauliköl. Solange während der Rotation der mit der Werkzeugmaschinenspindel bzw. der Spanneinrich­ tung verbundenen Hohlwelle die Zuführung des genannten Fluids erfolgt, treten an der Gleitringdichtung keine Probleme auf, da die Gleitringdichtung durch das Fluid gekühlt und geschmiert wird. Es gibt jedoch Betriebszu­ stände, bei denen die Hohlwelle zwar rotiert, jedoch ein Durchfluß des Fluids unerwünscht oder nicht möglich ist. Dies ist z. B. bei Spanneinrichtungen in einer Welle der Fall, bei denen die Spannkraft durch in der Welle ange­ ordnete Federn erzeugt wird und zum Lösen der Spannein­ richtung dieser Hydrauliköl unter Druck zugeführt werden muß. Das Lösen der Spanneinrichtung erfolgt jedoch nur während des Stillstandes der Welle. Rotiert die Welle, dann wird kein Hydrauliköl zugeführt. Ebenso unterbleibt bei bestimmten Bearbeitungsvorgängen die Kühlschmiermittel­ zufuhr zu der rotierenden Werkzeugmaschinenspindel. Die Folge dieser Betriebszustände ist, daß die Drehdurchführung nicht mehr von Fluid durchströmt wird. Hierdurch wird auch die kontinuierliche Kühlung der Gleitringdichtung unter­ brochen. Durch die an der Gleitringdichtung entstehende Reibungswärme wird das Fluid erhitzt, es zersetzt sich, oder es entstehen Gasblasen und dann bricht auch die er­ forderliche Schmierung der Gleitringe zusammen, so daß diese zerstört werden. Die Zeit, während der die Hohlwelle bei unterbrochenem Durchfluß betrieben werden kann, hängt von der Art des Fluids und von der Drehzahl ab. Bei höheren Drehzahlen, z. B. 15000 U/min, kann ein unterbrochener Durch­ fluß schon nach einigen Minuten zur Zerstörung der Gleit­ ringe führen.

Es gibt auch Drehdurchführungen, bei denen die Gleitringe bei unterbrochenem Durchfluß hydraulisch oder pneumatisch voneinander abgehoben werden können. Eine derartige Dreh­ durchführung ist jedoch aufwendig im Aufbau und die Lebens­ dauer der Gleitringe ist bei leichtverschmutztem Fluid verkürzt. Bei derartigen Gleitringdichtungen weisen nämlich die Dichtflächen eine große Ebenheit auf und sind sehr hart. Gerät bei abgehobenen Gleitringen ein kleiner Fremdkörper zwischen die Dichtflächen und werden anschließend die Gleit­ ringe wieder von der Feder und unter dem Druck des Fluids zusammengedrückt, dann führt dieser Fremdkörper zu einer sofortigen Zerstörung der Gleitringdichtung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dreh­ durchführung für Fluide der eingangs erwähnten Art zu schaf­ fen, bei der auch bei gesperrtem Durchfluß eine Kühlung und Schmierung der Gleitringe und dementsprechend eine hohe Lebensdauer der Gleitringdichtung gewährleistet ist.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß das Ge­ häuse eine zweite in den Hohlraum mündende Anschlußbohrung aufweist, durch welche bei gesperrtem Durchfluß im Durch­ flußkanal und rotierender Hohlwelle Fluid aus dem Hohlraum in einen Fluid-Tank od. dgl. ausleitbar ist.

Die Erfindung geht also von dem Gedanken aus, immer dann, wenn der Durchfluß durch den Durchflußkanal betriebsbedingt unterbrochen ist und die Hohlwelle trotzdem rotieren muß, die Strömung des Fluids zu der Gleitringdichtung weiterhin dadurch aufrechtzuerhalten, daß das durch die eine Anschluß­ bohrung in den Hohlraum einströmende Fluid durch die zusätz­ lich vorgesehene zweite Anschlußbohrung wieder ausströmen kann, wodurch eine kontinuierliche Zufuhr von Fluid zu der Gleitringdichtung und damit eine ständige Kühlung und Schmierung derselben aufrechterhalten wird. Die zweite An­ schlußbohrung bildet sozusagen einen "Bypass", der ein Zu­ rückströmen von Fluid aus dem Hohlraum in den Fluid-Tank ermöglicht. Durch die Aufrechterhaltung der Fluidzufuhr zu der Gleitringdichtung und die dadurch bedingte kontinuier­ liche Schmierung und Kühlung derselben, wird auch bei hohen Drehzahlen eine hohe Lebensdauer der Gleitringdichtung gewährleistet. Wenn in anderen Betriebszuständen, z. B. bei einer Spanneinrichtung, Hydrauliköl zum Lösen der Spannein­ richtung, oder bei einer Werkzeugmaschinenspindel Kühlmittel zugeführt werden soll, dann wird die zweite Anschlußbohrung über eine geeignete Schaltung entweder abgesperrt oder es wird ihr ebenso wie der ersten Anschlußbohrung Fluid unter Druck zugeführt. In diesem Fall dienen dann beide Anschluß­ bohrungen zum Einleiten von Fluid in den Hohlraum des Ge­ häuses.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in folgendem, anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel im Axialschnitt,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel im Axialschnitt,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel im Axialschnitt,

Fig. 4 das Schaltbild einer hydraulischen Schaltung.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie­ len sind Teile gleicher Funktion jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so daß nachfolgende detaillierte Beschreibung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei­ spieles sinngemäß auch auf die in Fig. 2 und 3 darge­ stellten Ausführungsbeispiele zutrifft.

In dem zweiteiligen Gehäuse 1 ist mittels der Kugellager 2 eine Hohlwelle 3 drehbar gelagert. Die Hohlwelle 3 weist einen Durchflußkanal 4 in Form einer zentralen Bohrung auf. Das Gehäuse 1 weist einen Hohlraum 5 auf und ist mit einer ersten Anschlußbohrung 6 versehen, die koaxial zur Achse A der Hohlwelle 3 angeordnet ist. Ferner weist das Gehäuse 1 eine zweite in den Hohlraum 5 mündende, radial zur Achse A verlaufende Anschlußbohrung 7 auf. Zwischen dem im Gehäuse 1 angeordneten Ende 3 a der Hohlwelle 3 und dem Hohlraum 5 ist eine Gleitringdichtung 8 vorgesehen. Diese Gleitring­ dichtung 8 weist zwei Gleitringe 9, 10 auf, von denen der eine Gleitring 9 fest im Ende 3 a der Hohlwelle 3 angeord­ net ist und mit dieser rotiert, während der andere Gleit­ ring 10 in einer federbelasteten Druckhülse 11 befestigt ist. Die Druckhülse 11 ist durch den Haltestift 12 gegen Drehung gegenüber dem Gehäuse 1 gesichert und in axialer Richtung verschiebbar. Durch eine oder mehrere Federn 13 wird sie in Richtung auf das Ende 3 a der Hohlwelle 3 hin belastet, so daß die Gleitringe 9, 10 aneinandergepreßt werden. Die Gleitringe 9, 10 bestehen aus geeigneten Gleit­ werkstoff-Paarungen, beispielsweise Kohle auf gehärtetem Stahl, Siliciumcarbid, Porzellan od. dgl.

An dem anderen Ende 3 b der Hohlwelle 3 kann ein federbe­ lastetes Sperrventil 14 eingebaut sein. Dieses Sperrventil ist z. B. erforderlich, wenn die Drehdurchführung an einer Werkzeugmaschinenspindel angebaut werden soll und der Werk­ zeugmaschinenspindel ein Kühlschmiermittel zugeführt werden soll. Beim Werkzeugwechsel oder auch bei bestimmten Bear­ beitungsvorgängen, bei denen kein Kühlschmiermittel erfor­ derlich ist, soll das Sperrventil 14 die weitere Kühl­ schmiermittelzufuhr absperren und verhindern, daß Rest­ mengen von Kühlschmiermittel, die noch in den Zuleitungen zu der Drehdurchführung und in der Drehdurchführung selbst vorhanden sind, an dem Ende 3 b der Hohlwelle 3 austreten. Wird die Drehdurchführung in Kombination mit einer in einer rotierenden Welle angeordneten Spanneinrichtung verwendet, bei der die Spannkraft durch Federn erzeugt wird und der Lösehub hydraulisch bewerkstelligt wird, dann kann das Sperrventil 14 entfallen. In diesem Fall ist dann der Durchfluß durch die Hohlwelle durch den durch die Federn der Spanneinrichtung belasteten Betätigungskolben der Spanneinrichtung unterbrochen, der, solange er nicht mit Druck beaufschlagt wird, eine ähnliche absperrende Wirkung hat wie ein federbelastetes Sperrventil.

Mittels der in Fig. 4 dargestellten hydraulischen Schal­ tungsanordnung kann der Fluiddurchfluß an der zweiten Anschlußbohrung 7 gesteuert werden. Wenn im Normalbetrieb Fluid durch die Drehdurchführung zu einer rotierenden Welle gefördert werden soll, dann erfolgt dies durch die Hochdruckpumpe 23. Das Ventil 20 befindet sich dann in seiner in Fig. 4 nicht dargestellten Schließstellung, wodurch die an die zweite Anschlußbohrung 7 angeschlossene Rückleitung 25 zum Fluidtank 26 abgesperrt ist. Das Fluid 6 tritt dann durch die erste Anschlußbohrung 6 in das Gehäuse 1 ein und durchströmt die Drehdurchführung, wobei der höhere Betriebsdruck das Sperrventil 14 öffnet.

Wenn an der rotierenden Welle oder Spanneinrichtung kein Fluid benötigt wird, dann wird die Hochdruckpumpe 23 aus­ geschaltet und die Niederdruckpumpe 24 eingeschaltet. Das Ventil 20 wird in die in Fig. 4 dargestellte Öffnungs­ stellung gebracht. Die Niederdruckpumpe 24 fördert dann im Kühlbetrieb nur noch Fluid mit geringerem Druck zu der Anschlußbohrung 6. Dieses Fluid strömt dann, nachdem es die Gleitringdichtung 8 in der nachfolgend noch näher be­ schriebenen Weise gekühlt und geschmiert hat, an der zwei­ ten Anschlußbohrung 7 aus und über die Rückleitung 25 in den Fluidtank 26 zurück. In beiden Fällen überwacht ein Strömungswächter 21, ob genügend Fluid zur Kühlung der Drehdurchführung fließt. Überdruck wird durch ein Druck­ begrenzungsventil 22 verhindert.

Wenn kein weiteres Fluid durch den Durchlaßkanal 4 der Hohlwelle 3 gefördert werden soll, dann ist von dem norma­ len Betriebsdruck auf einen niedrigeren Druck umgeschaltet. Ein weiterer Austritt von Fluid aus dem Ende 3 b der Hohl­ welle 3 wird dann durch das federbelastete Sperrventil 14 verhindert. Im Falle einer federbelasteten Sperreinrichtung verhindert der Kolben der Betätigungseinheit den weiteren Durchfluß durch den Durchlaßkanal 4. Bei gesperrtem Durch­ fluß durch den Durchflußkanal 4 kann weiterhin Fluid durch die Anschlußbohrung 6 in den Hohlraum 5 gelangen, welches durch die zweite Anschlußbohrung 7 wieder aus dem Hohlraum 5 entweicht und in den Fluid-Tank zurückfließt. Das Fluid strömt, wie mit den Pfeilen angedeutet, von der ersten Anschlußbohrung in Richtung auf die Druckhülse 11 und sorgt für eine stetige Kühlung derselben. Andere, nicht von der Strömung berührte Teile, werden durch den sich einstellen­ den Wärmefluß gekühlt. Eine derartige Kühlung ist in vielen Fällen ausreichend.

Bei sehr hohen Drehzahlen und bei langen Zeiten mit abge­ sperrtem Durchfluß reicht jedoch diese einfache Lösung nicht mehr aus. Aus diesem Grund ist gemäß Fig. 2 in die erste Anschlußbohrung 6 ein Tragkörper 15 mit einem zur Achse A koaxialen Rohr 16 vorgesehen. Dieses Rohr 16 er­ streckt sich in Richtung zur Hohlwelle 3 hin und weist einen Innendurchmesser D 1 auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser D 2 der Druckhülse 11. Das Rohr 16 hat die Wirkung einer Düse, so daß der aus dem Rohr 16 austretende Fluidstrom bis in den Bereich der Gleitringe 9, 10 gelangt und diese direkt kühlt und schmiert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der hydraulische Widerstand der Dreh­ durchführung nicht erhöht wird.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel er­ streckt sich das vom Tragkörper 8′ getragene Rohr 16′ bis in den Durchflußkanal 4 der Hohlwelle 3 hinein. Hierdurch wird eine zwangsweise Führung des in die Anschlußbohrung 6 eingeleiteten Fluids gewährleistet. Das das Rohr 16′ in Richtung a durchströmende Fluid tritt an der Mündung 16 a aus und strömt dann zwischen der Außenwand des Rohres 16′ und der Wandung des Durchflußkanales 4 in entgegengesetz­ ter Richtung B zurück. Es kühlt hierbei direkt und zwangs­ weise das Ende 3 a der Hohlwelle, die Gleitringe 9, 10 und auch die Druckhülse 11. Anschließend tritt das Fluid durch die zweite Anschlußbohrung 7 wieder aus dem Gehäuse 1 aus. Bei dieser Anordnung ist eine optimale und zwangsweise Kühlung und Schmierung der Gleitringdichtung gewährleistet. Ein gewisser Nachteil dieser Ausführungsform besteht jedoch darin, daß der hydraulische Widerstand der Drehdurchführung erhöht wird. Allerdings werden in der Regel bei hohen Dreh­ zahlen gleichzeitig auch keine hohen Durchflußströme gefor­ dert.

Claims (6)

1. Drehdurchführung für Fluide zur kommunizierenden Ver­ bindung eines Hohlraumes in einem feststehenden Gehäuse mit einem Durchflußkanal in einer Hohlwelle, dessen Durchfluß absperrbar ist, mit einer Gleitringdichtung zwischen dem einen Ende der Hohlwelle und dem Hohlraum und mit einer im Gehäuse vorgesehenen, in den Hohlraum mündenden Anschlußbohrung für die Einleitung des Fluids in den Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) eine zweite in den Hohlraum (5) mündende Anschluß­ bohrung (7) aufweist, durch welche bei gesperrtem Durch­ fluß im Durchflußkanal (4) und rotierender Hohlwelle (3) Fluid aus dem Hohlraum (5) in einen Fluid-Tank od. dgl. ausleitbar ist.

2. Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Anschlußbohrungen (6, 7) eine hydrauli­ sche Schaltung (S) zugeordnet ist, welche bei geschlosse­ nem Durchfluß im Durchflußkanal (4) die zweite Anschluß­ bohrung (7) mit einem Fluid-Tank (26) verbindet.

3. Drehdurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Anschlußbohrung (6) koaxial zur Hohlwelle (3) im Gehäuse (7) vorgesehen ist.

4. Drehdurchführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die erste Anschlußbohrung (6) ein zur Hohlwelle (3) koaxiales Rohr (16, 16′) angeschlossen ist, welches sich in Richtung zur Hohlwelle (3) hin erstreckt und einen Inndendurchmesser (D 1) aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser (D 2) der Druckhülse (11).

5. Drehdurchführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Rohr (16′) in den Durchflußkanal (4) zu­ mindest bis in den Bereich des Gleitringes bzw. der Gleitringe (9, 10) der Gleitringdichtung (8) erstreckt.

6. Drehdurchführung nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß durch den Durchflußkanal (4) durch ein federbelastetes Sperr­ ventil (14) absperrbar ist.