JP5264375B2

JP5264375B2 - 径方向回転伝達リードスルー

Info

Publication number: JP5264375B2
Application number: JP2008227508A
Authority: JP
Inventors: ホフ，デニス; オットー，シュテファン
Original assignee: ゲーアーテー・ゲゼルシヤフト・フユール・アントリーブステヒニック・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-09-04
Also published as: JP2009132992A; CN101413610A; DE102007043026A1; EP2039975A2; EP2039975A3; US20090066080A1; US7823929B2

Description

本発明は、シャフトの周面に開口する径方向境界開口部を有する少なくとも２本の略軸方向延在通路を有する回転シャフトと、ブシュを介して接続される通路の各々について少なくとも一つの径方向供給孔を有して境界開口部の範囲でシャフトを密着囲繞する少なくとも一つのガイドブシュとを備え、異なる通路がシャフトの異なる軸方向位置に径方向境界開口部を有する、径方向回転伝達リードスルーに関連する。

このタイプの径方向回転伝達リードスルーはすでに長く知られている。

前記ブシュの対応の径方向供給孔は、関連の供給孔が接続されるシャフトの通路の径方向境界開口部と同じ軸方向位置にある。こうして、気体または液体は、供給孔および径方向境界開口部を介してシャフトの関連通路へ導入されるか、逆に、対応の流体がシャフトの通路から境界開口部を介して供給孔へ、またここから関連の外部流体システムへ移動する。

対応の通路および供給孔は、圧力下にある相応の油圧流体を供給または除去することにより、前者に接続された油圧作動要素をシャフトの一端部で作動させる必要のあることが非常に多い。対応の供給孔で各々が構成される一対の供給開口部とシャフトの通路の径方向境界開口部との軸方向高さにおいて、シャフトとブシュとの間の密封面の範囲に周溝が設けられ、その結果、供給孔に対する境界開口部の相対的回転位置に関係なく、流体が連続的に通路へ供給されるか通路から除去されると、好都合である。したがって、異なる通路を分離させるには、異なる供給孔、そして異なる通路の異なる境界開口部が軸方向において相互に離間することが不可避である。

通路はほぼ軸方向にシャフトに延在し、これら通路は任意で、中央通路の周囲に、および／または中心の周りに同心状に位置する環状通路であってもよいが、やはり任意で、シャフトの長さに応じて、孔により直接形成されるか、コアおよびスリーブまたは中央管および外側管で構成されるシャフトにして、相応の軸方向の孔をシャフトに設けることができ、内側コアまたは管の外壁に、および／または（同じ直径を持つ）外側管の内壁に対応の溝が切削されて、二つの部分が合わされた後で対応の軸方向通路が形成されてもよい。

整合する径方向供給孔および境界開口部を回転伝達リードスルーの各位置に有するシャフトに、このような回転伝達リードスルーがいくつか軸方向に前後して配置されることが時々ある。あるいは、ブシュの異なる軸方向位置にいくつかの境界孔が設けられてもよい。しかし、軸方向に前後して配置された一連の回転伝達リードスルーは、比較的長いシャフト区分を必要とする。他方、複数の径方向供給孔を備える一つのブシュを備える回転伝達リードスルーは、これより短いが、それでもかなりの軸方向長さを持つが、それは、境界開口部および異なる通路の対応の供給孔はそれぞれ異なる軸方向位置になければならないため、そして各隣接通路／供給孔の溝も、軸方向に充分長い密封面区分により相互に概ね分離しなければならないため、通路の各々が所定の軸方向スペースを必要とするからである。このため、ブシュの内面はシャフトの外面と比較的密着した摺動嵌合状態になければならないことは言うまでもなく、本説明の枠組においてはブシュおよびシャフトのこれらの区分は密封面と呼ばれる。これらの密封面はそれぞれ、実質的に同じ直径を持つ円筒形の内面および外面であり、その結果、二つの部品の一方が他方に対して回転すると相互的に直接摺動し、シャフトは概して回転機械部品として形成される。しかし原理的には、シャフトが固定機械部品に接続され、一方、ブシュが回転機械部品に接続されてもよいが、この場合、軸方向通路はブシュに配置されるべきであり、ここでは中空シャフトであると好都合なシャフトに径方向供給孔が配置されなければならないだろう。

多数の通路と、これに対応する多数の境界開口部および供給孔が存在すると、ブシュの軸方向長さもこれに対応して長くなければならないことと、比較的長い軸方向長さにわたって一定の等しい直径を持つ二つの部品を設けることは概して困難であることは言うまでもなく、結果的に、こうして設けられた密封面は非常に狭い密封間隙のみを形成し、例えば通路または供給孔から運ばれた流体による膜の上を摺動し、ブシュとシャフトとの間の摩擦が大きくなりすぎることも、密封リング面および通過する流体を含む周囲の過熱の可能性をもたらすこともない。しかし、他の方法では避けることのできない漏出率をできる限り小さくし、異なる通路からの流体を相互に混合させることなく、隣接通路の相互的加圧を生じさせないためには、密封間隙はできる限り小さく維持しなければならない。

概して、密封面の許容差を均等にするための対応のブシュは「浮動状態で」収容される、つまり（小さいが）径方向および軸方向の移動幅を含むように収容されるのである。しかし、対応の径方向移動スペースを必要とする密封面の許容偏差は必然的に、密封面の間のあそびまたは密封間隙が場所によっては比較的大きいことも意味し、その結果、これに応じて漏出率も大きい。軸方向移動幅が大きすぎるとブシュが傾くか倒れ、その結果、ブシュの斜め反対側の内縁がシャフトと非常に強く摩擦嵌合して、ブシュ内でシャフトが詰まるという好ましくない状況が起こる。

このような当該技術の現状と比較すると、本発明の目的は、軸方向長さが短く、摩擦が小さいにも関わらず漏出率が低下し、したがってブシュにシャフトが詰まる危険が最小となる、最初に挙げたタイプの径方向回転伝達リードスルーを提供することである。

この目的は、軸方向に異なる位置の異なる通路への接続のためシャフトを包囲するとともに、共通のブシュホルダに相互に独立して収容された少なくとも二つのブシュを有し、ブシュの少なくとも一方がいくつかの径方向供給孔を有する回転伝達リードスルーによって達成される。

従来の単一ブシュの代わりにここで設けられるいくつかのブシュは、対応する複数の供給孔を備える単一ブシュよりも、それ自体が軸方向に明らかに短く、合計しても著しく長くなることがなく、対応する短い軸方向長さの許容差が狭い状態で形成されるという密封面の条件を、より容易に満たすことができる。さらに、同一の傾斜角の場合、短いブシュの縁部の軌跡は長いブシュの場合よりも対応して短い。しかしこれは、ブシュの各々は共通のブシュホルダまたはその一つに相互に独立して収容され、ブシュの各々は独自の別々の（軸方向）ベアリング機構または支持体を有するが、異なるブシュのこれらベアリング機構または支持体も相互に接続され、あらゆる場合に同じ共通ホルダの一部であるとの仮定による。

しかし同時に、本発明により共通ブシュホルダにブシュを収容すると、シャフト上で軸方向に前後して配置された独自のホルダを各々が備える一連の個別回転伝達リードスルーよりも、この回転伝達リードスルー全体が軸方向にはるかに短くなることを意味する。

本発明の実施例によれば、ホルダが、ブシュの各々のために独立したベアリング要素を有するブシュを一緒に包囲するハウジングであることが提案される。以下の発明の長所を活用するため、ブシュの数は希望に応じて選択することができ、多数の通路（１０以下またはそれ以上の通路）のための従来周知の比較的長いブシュが、２個のみまたはせいぜい３個のブシュによって置き換えられ、その各々がいくつかの、合計すれば対応する長さのブシュと同数の供給孔を有するならば、実用目的には充分なはずであることは言うまでもない。理論的には、１本１本の通路に独自のブシュを与えることが可能なのは当然であるが、これらはすべて共通ホルダに収納されなければならない。

本発明の実施例によれば、ブシュの少なくともいくつかは軸方向の弾性をもってホルダに収容され、全体的長さを確実に短くするため、実際には、任意で必要とされる対応のばね行程が非常に短く、その結果、一実施例によれば、このようなばねが例えば若干波形のばねワッシャまたは円錐形のばねワッシャなどで構成されるならば好都合であり、独立したベアリング機構には充分でもある。軸方向に長い他のばねの使用も、もちろん除外されない。個々のブシュのベアリング要素は軸方向に非常に短く、例えばホルダ内でシャフトに嵌着されるカラーまたは半円形ワッシャで構成され、ホルダは、各ブシュを独立して、軸方向に狭いあそびをもって支持または収容するため、一つのブシュに面する側、任意で両側に、シャフトばねワッシャまたは円錐ばねワッシャを有する。

当該技術の現状から原則としてすでに周知であるように、本発明の実施例によれば、径方向境界開口部および供給孔は、シャフトおよびブシュの密封面の境界にそれぞれ設けられた溝に開口し、溝はそれぞれ、供給孔および境界開口部でそれぞれ構成される一対の開口部に割り当てられている。関連するブシュに対するシャフトの相対的回転位置から独立して、通路への流体の供給および通路からの液体の除去が、こうしてそれぞれ確保される。理論的には、シャフトの外面と関連するブシュの内面の両方に溝を設けることができるが、本発明の実施例によれば、ブシュの内面のみとシャフトの外面のみのいずれかに関連の溝が設けられる。二つの部品の一方のみに周溝が形成されるのであれば、ブシュおよびシャフトの形成がはるかに低コストとなることは言うまでもない。

本発明の実施例によれば、軸方向に隣接する供給孔の少なくともいくつかの間に、排出孔の少なくともいくつかに共通して設けられた漏出通路と流通状態にある径方向排出孔が設けられることがさらに考えられる。この場合、関連の漏出通路は、例えばブシュに密着接続されたハウジング内で、ブシュに、またはブシュの外側にも軸方向に延在すると好都合である。

このような排出孔は、シャフトとブシュとの間の密封面の境界で周溝により相互に接続されるべきであり、そうすると好都合である。これらの排出孔は溝にも開口し、排出孔のために設けられた溝の場合にも、実施例による溝は、ブシュの内面のみとシャフトの外面のみのいずれかに設けられる。同じ部品のそれぞれの排出孔の溝と全く同じように、流体の移動のために溝が形成されるべきであり、そうすると好都合である。排出孔の少なくともいくつかは、ブシュの内側またはハウジングの内側において同じ軸方向排出通路に接続され、排出孔を通して除去されなければならない流体の性質に応じて、すべての排出孔は同一の排出通路に接続可能でもなければならない。これは、同じ油圧流体によってすべてが作動する油圧作動要素のために通路すべてが設けられるような同一の流体の場合に（または空気または気体による空気システムの場合に）、特に当てはまる。しかし、圧力工学の見地から言うと、隣接する供給孔を分断しているため、それでも排出孔は目的を果たす、つまり、排出通路ではすでに予め減圧が保証されているので、永続的に維持される流体通路の１本での比較的高い圧力が、密封面の間に残る不可避の漏出によって隣接の供給管に接続された通路へ伝達されることはないのである。

それぞれの場合に、漏出液体または漏出流体の収集および除去のための漏出室が隣接ブシュの間に設けられても好都合である。隣接ブシュのベアリング要素の間の対応の距離を比較的狭く維持することによって簡単にこれが達成され、その結果、いかなる場合にも、漏出室として機能する囲繞環状スペースがブシュの間に残る。

同数の通路を持つ単一のブシュと比較して、排出孔および付加的ベアリング要素をブシュの間に設けるのに必要な距離のためにいくらか大きくなるスペース要件は、実際にはせいぜい５％から１０％以下となり、その結果、スリーブの嵌着を改良することによる長所がいずれにしてもこれを上回る。

本発明の実施例により、シャフトを回転自在に収容する二つのボールベアリングの外側ボールベアリングリングの間において、ブシュが弾性による軸方向の予負荷状態でクランプされる。こうして、あらゆる位置において、例えば回転伝達リードスルーが水平でなく垂直な中心軸と整合されてもシャフトがセンタリングされたままである一定の平衡位置が確立され、例えば波形リングの形のばね要素が、ブシュの下でブシュの重量によってさらに負荷を受けるが、それは、この位置でも（ブシュの重量による負荷を受けていない）上方ばねも同様に、張力を受けるようにばねが選択されるべきであるが、ブシュの軸方向長さが無負荷状態のばねの間の間隙距離より長く、ばね行程がブシュの重量により対応して短く維持されるからに過ぎない。

発明の実施例によれば、シャフトまたは密封面を含むシャフト区分は、ボールベアリングの内側リングの間で軸方向にクランプされ、ブシュを収納するハウジングの軸方向端部では、二つの浮動リングシールがさらにハウジングに装着され、ブシュの軸方向外側（ボールベアリングの軸方向外側）でシャフトの表面と密封嵌合する。これらのシールも漏出室に接続され、その結果、ブシュに面する内側のこれらシールで収集される流体を除去することができる。

本発明のさらなる長所、特徴、適用可能性は、好適な実施例についての以下の説明および関連の図面によって明らかとなるだろう。

図１には、この場合には中空シャフトとして形成され、本発明の実施例によれば、１００ｍｍを超える、例えば３００ｍｍの比較的長い外径を持つ回転シャフト１が見られ、この測定値は密封面１１の直径に関連している。

シャフト１は、ハウジング１０にまたはハウジング内で二つのボールベアリング２０，２１の上に収容され、ボールベアリング２０，２１の内側ボールベアリングリングとの嵌合のため、シャフトは一端部に肩部２５を、他端部にロックリング２６を有する。ハウジング１０に対するシャフト１の軸方向位置がこうして固定される。ハウジング１０におけるボールベアリング２０，２１、より正確には対応の外側ベアリングリングの軸方向位置が対応の肩部またはロックリングによりハウジング１０にも固定されていることは言うまでもない。ハウジング１０において、またはハウジングに支持されたボールベアリング２０，２１の外側リングとブシュ２，２ａの間のカラー８との間において、軸方向に予負荷を受けたばね要素２７とベアリング要素８，２８，２９（そのいくつかはロックリング等でもある）とを介して収容された二つのブシュ２，２ａが、ボールベアリング２０，２１の間に軸方向に前後して見られる。ばね要素２７は、ブシュに対向するロックリング２８，２９の面にも設けられる。ブシュ２，２ａは、ばね要素２７の設計によって決定される軸方向の狭いあそびを軸方向に持つ。

ブシュはそれぞれ、図１の図面の平面上ですべてずれており、断面図の上部でブシュに見られる供給孔６，６ａ，６’を有する。排出孔１６のすべても図面の平面上でずれており、したがってブシュ２，２ａの下半分に見られる、つまり供給孔６の径方向反対側に位置しているのである。

供給孔６，６ａ，６’と排出孔１６とは実際には同じ角度方向および軸により画定される共通の平面上に位置するが、実用的な理由から、これらの孔を異なる角位置へ周方向にずらすとしばしば好都合であることは言うまでもない。

ブシュ２，２ａはそれぞれ、径方向境界開口部５と供給孔６との間の相対的角度位置に関係なく、供給孔６と関連通路４との間の接続を確保する周溝９を、内側密封面１２の各供給孔６，６ａ，６’の範囲に有する。例えば、シャフト１のいくつかの通路４’は、図の上半分に見られて一つが６’と記された供給孔に属するブシュ２の溝９に接続され、一方、他の通路４は、６または６ａと記されたブシュ２ａの供給孔に属するブシュ２ａの溝９に接続される。そのため、供給孔６，６ａ，６’の各々はそれぞれ、シャフト１上で軸方向に延びる別の通路に接続され、図１の通路４，４’は別にして、断面に見られる通路４，４’と異なる周方向位置にあるので残りの通路は見えない。あるいは、または加えて、シャフト１の円筒形外面または密封面１１に溝９が設けられてもよい。

図２は、図１の回転伝達リードスルーを左から見た図に相当する、回転伝達リードスルーの端面図を示す。中空シャフト１が中央に見える。シャフト１に軸方向に設けられたいくつかの孔も見られるが、ここでは孔のうち、図１においてそれぞれ６，６’と記された供給孔に関係する二つのみが４，４’と記されている。

図２には、共通の円によって描かれたシャフト１またはブシュ２，２ａの密封面１１，１２の位置が見られる。

少なくともいくつかの径方向排出孔１６のための共通漏出通路である軸方向に延在する漏出通路１５と流通状態にある径方向排出孔１６が、軸方向に隣接する供給孔６，６ａ，６’の間においてブシュ２，２ａに設けられていることも、図１から分かる。この漏出通路１５は、漏出液体を収集および除去するため二つのブシュ２，２ａの間に設けられた漏出室１８に開口する。少なくともいくつかの排出孔が、同じ軸方向排出通路１５にブシュ２，２ａ内で接続されている。

排出孔１６は、シャフト１とブシュ２，２ａの間の密封面１１，１２の境界において、直近の溝９から密封面１１，１２の間を通過した流体をシャフトの周面全体にわたって捕捉する周溝１７にも接続されている。

浮動リングシール２３，２４が、ブシュを収納するハウジング１０の軸方向両端部でハウジング（１０）に装着され、ブシュ（２，２ａ）の軸方向外側においてシャフト１の表面と嵌合する。

ブシュ２，２ａは、エラストマシール１４によって密封された状態でハウジング１０に収納され、こうしてブシュは、実質的に回転が制限された状態でハウジング１０に固定される。シール１４はブシュ２，２ａの外面１３において、個々の通路の間での漏出流体の溢流をここでも防止するために個々の溝３を分離する。ハウジング１０は、ブシュ２，２ａの対応供給孔６，６ａ，６’への接続のための径方向供給孔７を有し、この供給孔も同様に異なる角位置に設けられるため、その結果、図１ではこのような供給孔７が一つしか見えない。ブシュ２，２ａの外面１３および／またはハウジング１０の内面の溝３は、ハウジングの供給孔７とブシュ２，２ａの径方向供給孔６，６ａ，６’の間の接続を、孔７，６等の周方向角位置が一致していなくても、確保する。

出願時開示を目的として、本説明、図面、請求項から当該技術の熟練者に明らかとなるすべての特徴は、固有の追加特徴との関連性でのみ明記されたとしても、明白に禁止されているか技術的な事情からその組合せが不可能または無意味である場合を除いて、ここに開示される他の特徴または一連の特徴と、個別に、また何らかの混合で組み合わされてもよいことを指摘しておく。考えられるすべての特徴の組合せを包括的かつ明白に記載することは、説明の簡潔性および読み易さのみのために省略されている。

本発明による、二つのブシュを有する径方向回転伝達リードスルーの軸方向縦断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。

符号の説明

１シャフト
２ブシュ
２ａブシュ
３溝
４通路
４‘ 通路
５径方向境界開口部
６供給孔
６ａ供給孔
６‘ 供給孔
７供給孔
８カラー
９溝
１０ハウジング
１１密封面
１２密封面
１３外面
１４エラストマシール
１５漏出通路
１６排出孔
１７溝
１８漏出室
２０ボールベアリング
２１ボールベアリング
２３浮動リングシール
２４浮動リングシール
２５肩部
２６ロックリング
２７ばね要素
２８ベアリング要素
２９ベアリング要素

Claims

回転シャフトの周面に開口する径方向境界開口部（５）を有する少なくとも２本の略軸方向延在通路（４，４'）を有する回転シャフトと、ガイドブシュ（２，２ａ）を介して接続される該通路（４，４'）の各々のための少なくとも一つの径方向供給孔を有する、該境界開口部（５）の範囲で該シャフト（１）を密着囲繞する少なくとも一つのガイドブシュ（２，２ａ）とを備え、異なる通路（４，４'）が、該シャフト（１）の異なる軸方向位置に径方向境界開口部（５）を有する、径方向回転伝達リードスルーにおいて、軸方向に異なる位置の前記異なる通路（４，４'）との接続のため前記シャフト（１）を包囲するとともに、共通ブシュホルダ（１０）に相互に独立して収容される少なくとも二つの前記ブシュ（２，２ａ）を前記回転伝達リードスルーが有し、該ブシュの少なくとも一つがいくつかの径方向供給孔（６，６ａ，６'）を有することを特徴とする、径方向回転伝達リードスルー。
前記ホルダが、前記ブシュ（２，２ａ）の各々について独立したベアリング要素（８，２７，２８，２９）を有して該ブシュ（２，２ａ）を一緒に包囲するハウジングであることを特徴とする、請求項１に記載の径方向回転伝達リードスルー。
前記ブシュ（２，２ａ）の少なくともいくつかが軸方向の弾性を持って前記ホルダに収容されることを特徴とする、請求項１または２に記載の径方向回転伝達リードスルー。
前記径方向境界開口部（５）および前記供給孔（６）が、シャフト（１）および／またはブシュ（２，２ａ）の密封面（１１，１２）に設けられた周溝（９）に開口することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の径方向回転伝達リードスルー。
前記ブシュ（２，２ａ）の内面と前記シャフト（１）の外面のいずれかに、境界開口部（５）と供給孔（６）とを含む対に属する溝（９）が設けられることを特徴とする、請求項４に記載の径方向回転伝達リードスルー。
少なくともいくつかの径方向排出孔（１６）の共通漏出通路である漏出通路（１５）との流通状態にある径方向排出孔が、軸方向に隣接する供給孔（６，６ａ）の間において前記ブシュ（２，２ａ）に設けられることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の径方向回転伝達リードスルー。
シャフト（１）とブシュ（２，２ａ）との間の前記密封面（１１，１２）の境界において前記排出孔（１６）が周溝（１７）に接続されることを特徴とする、請求項６に記載の径方向回転伝達リードスルー。
前記排出孔の少なくともいくつかが前記ブシュ（２，２ａ）内で同じ軸方向排出通路（１５）に接続されることを特徴とする、請求項６又は７に記載の径方向回転伝達リードスルー。
除去漏出液体を収集するための漏出室（１８）が前記少なくとも二つのブシュの間に設けられることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載の径方向回転伝達リードスルー。
前記シャフトを回転自在に収容する二つのボールベアリング（２０，２１）の外側ボールベアリングリングの間において、前記ブシュ（２，２ａ）が弾性予負荷状態で軸方向にクランプされることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の径方向回転伝達リードスルー。
前記ボールベアリング（２０，２１）の前記内側リングの間に前記シャフトまたは該シャフトの一区分が軸方向にクランプされ、前記ブシュを収納する前記ハウジング（１０）の軸方向端部において、浮動リングシール（２３，２４）が前記ハウジングに装着されるとともに、該ブシュ（２，２ａ）の軸方向外側で該シャフト（１）の表面と密封嵌合することを特徴とする、請求項１０に記載の径方向回転伝達リードスルー。
前記ブシュ（２，２ａ）が、エラストマシールによって密封された状態で前記ハウジング（１０）に収納され、該ブシュ（２，２ａ）の対応供給孔（６，６ａ，６’）との接続のための径方向供給孔（７）を該ハウジング（１０）が有することを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載の径方向回転伝達リードスルー。