DE3819390C2 - Hydrostatische Drehdurchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine in Axialrichtung hydrostatisch schwebende Drehdurchführung für die Zuführung und Abführung eines Mediums von einem stehenden in ein rotierendes Maschinenteil, bestehend aus einem Gegenlaufring und einem Gleitring, die wechselweise an stehendem und rotierendem Maschinenteil angeordnet sind und in Radialrichtung derartig ineinandergreifen, daß zwischen ihnen sich axial gegenüberliegend angeordnete Arbeitsdrossel­ spalte gebildet werden, welche durch einen parallel zur Achse der Durchführung verlaufenden Ringraum miteinander verbunden sind.

Derartige hydrostatische schwebende Drehdurchführungen, die auch als "Drehdurchführungen mit inverser Spaltregelung" bezeichnet werden, sind beispielsweise aus Thoma, J., "Einführung in die Ölhydraulik und die hydraulische Systemtechnik", Girardet. Taschenbuch 18 (1973), Seiten 54 bis 59, bekannt.

Eine Kraft in Axialrichtung auf einen der beiden Ringe vergrößert den einen Spalt unter gleichzeitiger Verkleinerung des anderen Spaltes. Die Spaltbreiten verhalten sich also invers zueinander, woher der Begriff der "inversen Spaltregelung" rührt. Durch eine gegenläufige Veränderung im Druckverlauf und damit einhergehend durch selbsttätige Ausbildung einer Differenzkraft, strebt das System wieder in Richtung gleicher Spaltbreiten (Regelung).

Eine solche, in Axialrichtung hydrostatisch schwebende Drehdurchführung kann jedoch keine Lagerfunktion übernehmen. Aus diesem Grunde weisen entsprechende Maschinenteile zusätzlich zu derartigen Drehdurchführungen noch Lager auf, die eine eindeutige Führung der gegenein­ ander bewegten Teile der Drehdurchführung gewährleisten. Die Lagerung erfolgt in der Regel durch Einsatz von Wälzlagerungen zwischen Gehäuse und Welle, in welchem die Drehdurch­ führung eingebettet ist. Obwohl Drehdurchführungen an sich vielseitig verwendbare Maschinen­ elemente sind, begrenzt die angesprochene Lagerungsart ihren Einsatz erheblich. So weisen Wälzlager relativ kurze Standzeiten auf, wenn niedrigviskose und/oder korrosiv wirkende Medien wie wasserhaltige Flüssigkeiten, Gase oder Dampf übertragen werden sollen. Als nachteilig haben sich weiterhin die begrenzte Drehzahl, Umfangsgeschwindigkeiten, das relativ große Ein­ bauvolumen und die durch Lagerreibung entstehenden Verluste erwiesen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine in Axialrichtung hydrostatisch schwebende Drehdurch­ führung so zu gestalten, daß zusätzliche Lager zwischen stehendem und rotierendem Maschinenteil nicht erforderlich sind, was gleichzeitig zu einer Erweiterung der Einsatz­ möglichkeiten der hydrostatischen Drehdurchführung führt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Ringraum zwischen Gegenlaufring und Gleitring ein Radiallager vorgesehen ist.

Durch diese Maßnahme wird in vorteilhafter Weise eine in Axialrichtung hydrostatisch schwebende Drehdurchführung geschaffen, deren gegeneinander bewegten Bauteile durch die Integration einer in diesem Bereich vorgesehenen Lagerung funktionsgerecht zueinander geführt sind, ohne daß das Einbauvolumen der Drehdurchführung vergrößert wird.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Radiallager ein Gleitlager. Der Einsatz eines Gleitlagers bietet den Vorteil, das Lager in seiner Werkstoffausführung im Hinblick auf den Medieneinsatz einfach anpassen zu können.

Die erfindungsgemäße Anordnung eines Gleitlagers in einer in Axialrichtung hydrostatisch schwebenden Drehdurchführung hat den weiteren Vorteil, daß der Medienfilm im Lagerspalt zwischen Gleitlager und Gleitring eine schwingungsdämpfende Wirkung auf das Gesamtsystem ausübt. Von Vorteil ist es auch, daß durch diese Anordnung der Lagerung auf eine Fremdschmierung gänzlich verzichtet werden kann, da der für die Funktion der hydrostatischen Drehdurchführung notwendige Zwischendruck gleichzeitig als Versorgung für das Lager dient. Der genannte hydrostatische Zwischendruck gewährleistet selbst bei niedrigen Drehzahlen, wie sie z. B. beim Anfahren des Systems vorhanden sind, eine ausreichende Funktionssicherheit der Lagerung.

Aus der CH-PS 483 584 ist eine Drehdurchführung mit abgedichtetem Überführen einer unter Druck stehenden Flüssigkeit von einem stationären Teil zu einem sich drehenden Teil oder umgekehrt bekannt, bei welchem zwischen der Welle und einem sich im Gehäuse befindlichen Ring Gleitlager angeordnet sind. Die CH 483,584 zeigt jedoch keine in Axialrichtung hydrostatisch schwebende Drehdurchführung. Bei dieser bekannten Drehdurchführung entsteht zwar ein gewisser hydrostatischer Druckausgleich in radialer Richtung über die in dem einem Ringraum gegenüber dem anderen Ringraum und den anschließenden Leckstrecken wirkenden Druckkräfte. In Axialrichtung auf eines der beiden Teile wirkende Kräfte werden dadurch jedoch in keiner Weise ausgeglichen oder aufgefangen.

Diese Gleitlager der bekannten Drehdurchführung haben ferner noch die zusätzliche Aufgabe, Leckagen soweit wie möglich zu verringern und wirken deshalb gleichzeitig als Dichtungen. Um dies zu erreichen, ist es zwingend notwendig, das Lagerspiel auf ein Minimum zu reduzieren. Diese Doppelfunktion läßt eine Optimierung im Hinblick auf die unterschiedlichen Einsatzbedingungen der Drehdurchführung jedoch nicht zu. Erfindungsgemäß übt demgegenüber die Gleitlagerung nur die ihr zugedachte Lagerfunktion aus, d. h. entsprechend der geforderten Einsatzbedingungen können beispielsweise Lagerwerkstoff und Lagerspiel ohne Einfluß auf die Drehdurchführungsfunktion angepaßt werden.

Die DE-OS 21 53 926 zeigt eine Wellendichtung in Verbindung mit einer Axiallagerung mittels Fluiden. Diese bekannte Drehdurchführung ist ebenfalls keine in Axialrichtung hydrostatisch schwebende Drehdurchführung, d. h. mit inverser Spaltregelung und weist ferner keine Radiallagerung auf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Wie die Zeichnung zeigt, durchdringt eine Welle 1 ein Gehäuse 2 in einer Bohrung 3. Die Drehdurchführung selbst besteht im wesentlichen aus dem dreiteiligen Gegenlaufring 4 und dem einteiligen Gleitring 5. Die dreiteilige Ausführungsform des Gegenlaufringes 4 ist nur beispielhaft und aus fertigungstechnischen Gründen gewählt. Bei einer geeigneten Fertigungsmethode durch die die notwendige Planparallelität gewährleistet ist, kann selbstverständlich der Gegenlaufring 4 auch zweistückig sein. Der Gegenlaufring 4 besteht aus den Teilen 6, 7 und dem Distanzring 8. Der einstückige Gleitring 5 und der Gegenlaufring 4 werden jeweils über elastische Dichtungen 9, 10 mit dem Gehäuse 2 bzw. der Welle 3 drehmomentübertragend und dichtend verbunden. Der Gegenlaufring 4 wird nur durch einen einzigen Schraubenkranz 11 (oder anderer äquivalenter Mittel) zusammengehalten. Die elastischen Dichtungen 9, 10 erlauben dem Gleitring 5 ein geringes axiales Spiel und taumeln zwischen den Gegenlaufringteilen 6 bzw. 7. Axial wird der Gegenlaufring 4 durch Anschläge bzw. Seegeringe 12, 13 fixiert. Ein zusätzlich zwischen Seegering 13 und dem Teil 7 des Gegen­ laufringes 4 angeordnetes Federelement 14 erlaubt dem Gegenlaufring 4 eine leichte Axial- und Taumelbewegung zwischen Gehäuse 2 und Gleitring 5.

Das Druckmedium gelangt von der Druckquelle 15 radial durch die Bohrung 16 (Zulauf für den Hauptflüssigkeitsstrom) in die im Gegenlaufringteil 6 aus­ gebildete Hauptdruckbohrung 17, dann axial in die Ringnut 18 und von dort über die Verbindungsleitung 19 in die Sackbohrung 20 des Gleitringes 5. Anschließend durch die radiale Bohrung 21 der Welle 1 in die axiale Wellenbohrung 22 zu einem (nicht dargestellten) Verbraucher.

Der unter Arbeitsdruck stehende, durch die Bohrung 16 fließende Haupt­ flüssigkeitsstrom kann wie der Doppelpfeil 23 verdeutlicht, seine Durch­ flußrichtung auch andern d. h., daß Medium kann auch von der rotierenden Welle 1 zu einem Verbraucher in einem stehenden Gehäuse geleitet werden. Dichtigkeit und Drehmomentübertragung sowie Funktions- und Arbeitsweise der Drehdurchführung werden hierdurch nicht beeinträchtigt, da dies zu keiner Änderung hinsichtlich der noch später beschriebenen Lagerung 28 führt.

Wie aus der Zeichnung weiterhin ersichtlich, ist zwischen dem Gleitring 5 und den Gegenlaufringteilen 6 und 7 je ein Arbeitsdrosselspalt 24 (druck­ seitiger Spalt) und 25 (leckseitiger Spalt) vorgesehen. Die sich axial gegenüberliegenden Arbeitsdrosselspalte 24, 25 sind über einen Zwischen­ druckraum, bestehend aus Ringraum 26 und der Zwischendrucknut 27 miteinander verbunden. Im Ringraum 26 ist, zwischen den gegeneinander bewegten Teilen wie Gegenlaufring 4 und Gleitring 5, ein Gleitlager bzw. Radialgleitlager 28 angeordnet. Diese Anordnung ist derart, daß das Radialgleitlager 28 mit seinem Außenumfang am Distanzring 8 anliegt. Zwischen dem Gleitring 5 und der Gleitfläche 29 des Gleitlagers 28 ist ein Spalt S vorhanden, wobei die Spalthöhe dem eines normalen Lagerspiels entspricht.

Der Arbeitsdrosselspalt 25 wird ausreichend über den Spalt S, gebildet aus dem Ringraum 26, mit Druckmedium versorgt, so daß sich die auf beiden Seiten des Gleitringes 5 aufbauenden Druckfelder im Gleichgewicht befinden. Das somit vorhandene Kräftegleichgewicht auf beiden Seiten des Gleitringes 5 stellt gleichzeitig eine axiale Lagerung zwischen Gegenlaufring 4 und Gleitring 5 dar. Dies, in Verbindung mit der Anordnung des Gleitlagers 28, bildet eine vollständig gelagerte Drehdurchführungseinheit mit inverser Spaltregelung.

Claims (4)

1. In Axialrichtung hydrostatisch schwebende Drehdurchführung für die Zuführung und Abführung eines Mediums von einem stehenden (2) in ein rotierendes Maschinenteil (1), bestehend aus einem Gegenlaufring (4) und einem Gleitring (5), die wechselweise an stehendem (2) und rotierendem Maschinenteil (1) angeordnet sind und in Radialrichtung derartig ineinandergreifen, daß zwischen ihnen sich axial gegenüberliegend angeordnete Arbeitsdrosselspalte (24, 25) gebildet werden, welche durch einen parallel zur Achse der Durchführung verlaufenden Ringraum (26) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringraum (26) zwischen Gegenlaufring (4) und Gleitring (5) ein Radiallager (28) vorgesehen ist.

2. Hydrostatische Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Radiallager (28) ein Gleitlager ist.

3. Hydrostatische Drehdurchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleit-Radiallager (28) eine im Gegenlaufring (4) angeordnete Gleitlagerbuchse ist.

4. Hydrostatische Drehdurchführung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Versorgung des Arbeitsdrosselspaltes (25) mit Druckmedium ausgehend vom Arbeits­ drosselspalt (24) über den Spalt zwischen Gleit-Radiallager (28) und Gleitring (5).