KR20110053279A

KR20110053279A - 회전식 접합관

Info

Publication number: KR20110053279A
Application number: KR1020117008397A
Authority: KR
Inventors: 루에디겔 그리멜; 크리스토프 선덜만; 우베 베르콜쯔
Original assignee: 에스엠에스 지마크 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-05-19
Also published as: EP2359046A1; DE102009023741A1; ES2689736T3; RU2011123793A; US20110227334A1; KR101463408B1; BRPI0922094A2; JP5575785B2; CN102216663A; CN102216663B; EP2359046B1; WO2010054822A1; JP2012508359A; UA98743C2; RU2477815C2

Abstract

본 발명은, 회전하는 기계 부품의 축방향 공동부 내로 압력 상태의 매체를 공급하고, 그리고/또는 축방향 공동부로부터 압력 상태의 매체를 배출하기 위한 회전식 접합관으로서, 장치에 상대적으로 고정되어 회전하지 않는 접합관 부재(12)와; 회전하는 접합관 부재(15)와; 베어링 수단들뿐 아니라; 회전하는 접합관 부재(15)와, 장치에 상대적으로 고정된 접합관 부재(12) 사이의 반경 방향 실링 평면에서 기능하는 실링 수단들을; 포함하는 상기 회전식 접합관에 있어서, 베어링 수단들은 장치에 상대적으로 고정된 접합관 부재(12)와 회전하는 접합관 부재(15) 사이의 반경 방향 이격 간격을 고정하는 개별 스텝 베어링들(13, 14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 회전식 접합관에 관한 것이다.

Description

회전식 접합관{ROTARY UNION}

본 발명은, 회전하는 기계 부품의 축방향 공동부(axial cavity) 내로 압력 상태의 매체를 공급하고, 그리고/또는 그 축방향 공동부로부터 압력 상태의 매체를 배출하기 위한 회전식 접합관으로서, 장치에 상대적으로 고정되어 회전하지 않는 접합관 부재와; 회전하는 접합관 부재와; 베어링 수단들뿐 아니라; 회전하는 접합관 부재와, 장치에 상대적으로 고정된 접합관 부재 사이의 반경 방향 실링 평면에서 기능하는 실링 수단들을; 포함하는 상기 회전식 접합관에 관한 것이다.

회전식 접합관들은 일반적으로 장치에 상대적으로 고정되어 회전하지 않는 접합관 부재와, 회전하는 기계 부품과 함께 회전하는 접합관 부재를 포함하되, 실링 수단이 장치에 고정된 접합관 부재와 회전하는 접합관 부재 사이에 배치된다. 상기 회전식 접합관은 압연 롤들 또는 롤러들에 냉각제를 공급하기 위해 이용된다. 여기서 압연 롤들 또는 롤러들은 어느 정도 자체 단부들에서 베어링을 통해 지지되는 축들 또는 샤프트들을 나타낸다. 이와 같이 회전하는 기계 부품들은 육중한 하중 아래에서 소정의 축 편향을 겪으며, 이런 점은 축 또는 샤프트 단부들에서 이른바 각도 오차를 야기한다. 각도 오차는, 회전하는 기계 부품에서, 그에 따라 회전하는 접합관 부재가 상기 회전하는 기계 부품과 견고하게 결합된 경우라면 그 회전하는 접합관 부재에서도 발생하는 반경 방향 단부면의 변위 및 기울어짐을 의미한다. 이런 사항은 밀봉 문제를 야기한다.

DE 10 2004 056 818 B3으로부터는 회전하는 접합관 부재가 슬리브를 포함하는 그런 회전식 접합관이 공지되었다. 회전하는 기계 부품은 공동부 인서트(cavity insert)를 구비한 축방향 공동부를 포함한다. 부시(bush)는 공동부에 적합하게 형성된 외측면을 보유한다. 회전하는 기계 부품은 축 단부의 소정의 회동을 허용하는 베어링을 통해 지지된다. 공동부 인서트의 부시는 공 모양의 내측면으로 형성된다. 회전하는 접합관 부재의 슬리브는 부시의 공 모양 내측면의 최소 직경에 부합하는 외경을 구비하는 방식으로 형성된다. 이와 같은 구성에서 장치에 상대적으로 고정된 기계 부품과 회전하는 기계 부품 사이의 실링 수단들은 반경 방향 평면에서 회전하는 접합관 부재의 축에 상대적으로 기능하고, 서로 대항하여 변위될 수 있는 반면에, 그와 동시에 상기 실링 수단들은 상호 간에 상대적으로 회전한다. 만일 강한 하중이 가해질 시에 회전하는 기계 부품이 휘어지면서 축 단부를 회동시키면, 회전하는 접합관 부재는 부시의 공 모양 내측면에서 각도 오차의 값만큼 롤링할 수 있으며, 그럼으로써 회전하는 접합관 부재는 축에 평행하게 유지되고, 반경 방향 실링 평면 내에서 실링 수단들은 비틀어지지 않게 된다. 그렇게 함으로써 반경 방향 실링 평면 내에서는 일정하게 양호한 실링 효과가 기대된다고 한다. DE 10 2004 056 818 B3으로부터 공지된 회전식 접합관은 선단면에 플랜지 결합된 회전식 접합관으로서 형성된다. 그러나 종종 선단측 어댑터를 장착할 수 없다. 특히 구동 장치 기술에서 대형 샤프트의 경우, 특히 압연 롤 구동 장치의 경우, 외부로부터 샤프트 내로, 예컨대 기어 조인트 스핀들이 결합되는 샤프트에 매체를 유입하는 것을 가능하게 하기 위해 반경 방향 회전식 접합관(radial rotary union)을 이용한다. 이런 경우 위치 고정된 접합관 부재는 공급 링을 포함하되, 공급 링은 위치 고정된 접합관 부재의 안쪽에서 회전하는 접합관 부재에 대향하여 미끄럼 베어링을 통해 지지된다. 윤활제는 반경 방향 공급부에 의해 공급 링을 통과하여 두 접합관 부재 사이의 공동부 내로 유입되고, 그런 다음 공동부로부터, 회전하는 접합관 부재 내에서 연장되는 반경 방향 라인을 통해, 그 회전하는 접합관 부재의 내부로 유입된다. 선행 기술에 따르는 상기 회전식 접합관(1)(도 1에 사시도로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 절단선 A-A에 상응하게 단면도로 도시되어 있다)은 장치에 상대적으로 고정된 접합관 부재(2)를 포함하고, 이 접합관 부재(2)는 회전하는 접합관 부재(3)를, 다시 말해 샤프트를 원주의 형태로 반경 방향에서 둘러싼다. 접합관 부재(2)의 하우징(4) 내부에는 반경 방향으로 연장되는 매체 공급 라인(5)이 장착된다. 매체 공급 라인(5)은 하우징(4)과 함께 회전하는 슬라이딩 링(6)을 통과하여 접합관 부재(3)를 링 형태로 둘러싸는 챔버(7)로 매체를 공급한다. 반경 방향으로 연장되고 접합관 부재(3)와 함께 회전하는 추가 매체 공급 라인(8)을 통해서는 중공 챔버(7)가 접합관 부재(3)의 종축 방향으로 연장되는 매체 라인(9)과 연통된다. 슬라이딩 링(6)은 접합관 부재(3)의 외부면과 함께 약 0.5mm 높이의 윤활 간극(6a)을 형성하고, 선단측에서 접합관 부재(3)에 장착되는 실링들(10, 11)을 통해서는 바깥쪽을 향해 밀봉된다. 이와 같은 구성에서는 슬라이딩 링(6)과 접합관 부재(3) 사이에서 높은 윤활제 압력의 형성을 허용하지 않는 비교적 큰 유격을 감수할 수밖에 없다. 위와 같은 해결 방법 및 또 다른 공지된 해결 방법에서는, 항상 베어링과 샤프트 사이에 유격이 존재하는 단점이 있다. 또한, 베어링의 자체 윤활제 소모 역시도 바람직하지 못하다. 또 다른 단점은 작동이 진행됨에 따라 이용되는 매체의 온도가 상승할 뿐 아니라, 회전하는 접합관 부재와 위치 고정된 회전식 접합관 매체 사이의 큰 유격에 의해 야기되는 밀봉 문제가 발생한다는 점에 있다.

본 발명의 목적은, 선행 기술의 단점들을 방지하고, 이에 추가로 상대적으로 더욱 높은 압력을 위해, 특히 2bar 이상의 압력을 위해 실링들을 이용할 수 있도록 하는 가능성을 제공하는 것에 있다.

상기 목적은, 최초에 언급한 형식의 회전식 접합관에 있어서, 본 발명에 따라 베어링 수단들이, 장치에 상대적으로 고정된 접합관 부재와 회전하는 접합관 부재 사이의 반경 방향 이격 간격을 고정하는 개별 스텝 베어링들을 포함하는 것을 통해 달성된다.

그로 인해, 선행 기술에 따라 제공된 바와 같이 회전식 베어링 대신에, 지점별 지지 부재들만이 필요하며, 이런 점은 선행 기술에 비해 마찰 열의 생성을 분명히 감소시켜 준다. 본 발명에 의해 선행 기술의 단점들은 극복된다. 또한, 본 발명에 의해 플랫 저널 스핀들 내에 적절히 기능하는 회전식 접합관을 장착할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 개선 실시예들은 종속항들로부터 교시된다.

바람직한 것으로 입증된 바에 따라 스텝 베어링은 지지 롤러로서 형성된다. 지지 롤러들의 이용을 통해 위치 고정된 접합관 부재에 대향하여 회전하는 접합관 부재의 견고한 지지가 제공되며, 이런 점은 베어링의 영역에서 안정성이 높은 조건에서 미끄럼 마찰 대신에 롤링 마찰만을 야기하며, 그로 인해 선행 기술에서의 경우보다 냉각 및 윤활 매체의 열을 추가로 더욱 감소시킨다. 더욱이 실제로 그로 인해 더욱 높은 압력 상태가 가능한 조건에서 예컨대 0.2mm 미만의 극미한 반경 방향 편차만을 보상하면 되는 실링들이 이용될 수 있다. 그러므로 회전식 접합관과 샤프트 사이의 실제 반경 방향 편차는 심지어 상기 값보다 분명히 더욱 작아야 한다. 그러나 본 발명을 이용하는 경우, 상기와 같이 작은 반경 방향 편차가 달성되는 것으로 확인된다. 본 발명에 따라 고정된 접합관 부재의 하중은, 매체 공급부 내에 장착되는 실링이 샤프트의, 즉 회전하는 접합관 부재의 외부면 벽부 상에 정확하게 안착하고 그로 인해 실링 립(sealing lip)의 극미한 운동성만이 필요할 정도로, 적어도 2개의 롤러 또는 롤러 쌍, 즉 지지 롤러들로부터 샤프트 상으로 전달된다. 그로 인해, 상대적으로 더욱 높은 압력을 위한 실링으로서, 적은 가요성만을 보유하는 그런 실링들이 이용될 수 있다.

지지 롤러들을 형성하는 롤러들 또는 롤러 쌍들은 통과할 윤활 매체에 의한 윤활과는 무관하다. 다시 말하면, 본 발명에 따른 회전식 접합관을 이용하면, 임의의 액상 또는 기상 매체가 통과할 수 있다.

바람직하게는 지지 롤러들은, 축들, 샤프트들, 허브들에 의해, 그리고/또는 선단측 가이드 수단들에 의해, 특히 칼라부들(collars)에 의해 안내된다.

본 발명의 기본 원칙에 따라, 매체 공급을 위한 외부 공급 링 표면의 반경 방향 평면에서, 회전하지 않는 접합관 부재에 대향하여 지지되는 회전하는 접합관 부재의 샤프트 축 상부에 적어도 2개의 지지 롤러가 배치된다.

대체되는 실시예에 따라 상기 적어도 2개의 지지 롤러는 상호 간에 예각 또는 둔각을 이루는 상태로 배치된다.

본 발명의 특히 바람직한 구현예에 따라, 3개의 지지 롤러가 특히 상호 간에 동일한 이격 간격으로 제공된다. 기본적으로 베어링 지지는 대칭 또는 비대칭을 이루는 형태로 이루어질 수 있다.

예컨대 지지 롤러들의 롤러 베어링의 유격 없는 예압을 이용하는 것을 통해, 동심성이 정확하게 조정된 상태에서, 회전하는 접합관 부재의 유격 없는 작동이 달성된다.

또한, 지지 롤러들은 각각 자신들을 지탱하는 하우징 내에, 특히 캐리지 내에 통합되는 점이 제공될 수 있다.

스텝 베어링은 매체가 통과하는 공간의 내부 또는 그 외부에 배치된다.

본 발명은, 본 발명에 따라, 특히 다음의 설명에 따라 도시된 바와 같이 회전식 접합관을 포함하는 구동 유닛, 특히 압연 롤 구동 장치에 관한 것이다.

본 발명은 다음에서 일 실시예에 따라 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 선행 기술에 따르는 회전식 접합관을 도시한 사시도이다.
도 2는 선행 기술에 따르는 회전식 접합관을 도 1의 절단선 A-A를 따라 절단하여 도시한 단면도이다.
도 3은, 장치에 상대적으로 고정된 접합관 부재가 회전하는 접합관 부재에 대향하여 2개의 지지 롤러를 통해 지지되어 있는 그런 회전식 접합관의 제1 실시예를 도시한 측면의 평면도이다.
도 4는 도 3의 회전식 접합관을 도 3의 절단선 A-A를 따라 절단하여 도시한 단면도이다.
도 5는 장치에 상대적으로 고정된 접합관 부재가 회전하는 접합관 부재에 대향하여 상호 간에 동일한 간격으로 이격된 3개의 지지 롤러를 통해 지지되어 있는 그런 회전식 접합관의 추가 실시예를 도시한 측면의 평면도이다.
도 6은, 동일한 간격으로 이격된 4개의 지지 롤러가 회전하는 접합관 부재에 대향하여 장치에 상대적으로 고정된 접합관 부재를 지지하는 그런 본 발명의 제3 실시예를 도시한 측면의 평면도이다.
도 7은 도 6에 따른 제3 실시예를 도 6의 절단선 B-B를 따라 절단하여 도시한 단면도이다.
도 8은 제3 실시예의 변형예를 도시한 측면의 평면도이다.
도 9는 도 8에 따른 변형예를 도 8의 절단선 B-B를 따라 절단하여 도시한 단면도이다.

본 발명의 제1 실시예(도 3 및 4)에 따라, 회전식 접합관은 장치에 상대적으로 고정된 접합관 부재(12)를 포함하되, 이 접합관 부재(12)는, 선단측으로부터 접합관 부재(12)에 장착된 지지 롤러(13, 14)의 2개의 쌍을 통해, 회전하는 접합관 부재(15)에 대향하여 지지된다. 두 쌍의 지지 롤러(13, 14)는 상호 간에 직각을 이루는 상태로 배치된다. 지지 롤러들(13, 14)의 위치는, 샤프트 또는 측면 고정 수단을 통해, 접합관 부재(15)의 하우징 부재(16)에 대향하여 고정된다. 롤러 축(17)과 외부면 부재(18) 사이에는 각각의 링 모양 베어링(19)이 위치한다.

지지 롤러들(13, 14)은 실링들(20, 21)에 의해 밀봉된 링 모양 공동부(22)의 외부에 위치하며, 이 공동부는 접합관 부재(15)를 둘러싼다. 하우징 부재(16) 내부에는 매체 공급부(23)가 장착되고 공동부(22)로 이어진다. 그리고 공동부로부터 윤활 및/또는 냉각의 역할을 하는 매체가 반경 방향으로 연장되는 채널(24)을 통해 접합관 부재(15)의 내부로 전달된다. 채널(24)은 접합관 부재(15)의 종축 방향으로 연장되는 채널(25) 내로 개방된다.

위와 유사한 방식으로 본 발명에 따른 회전식 접합관의 제2 실시예도 구성된다(도 5). 그러나 여기서는 동일한 이격 간격으로 배치되는 3개의 지지 롤러(26, 27, 28)가 제공되며, 그럼으로써 그 지지 롤러들의 각각의 중심점은 등변 삼각형의 꼭짓점을 형성한다. 그로 인해 상기 구조는, 구성의 안정성이 위치 고정된 접합관 부재의 자기 중량에 의해서만 정의되는 도 3 및 4에 도시된 구성에 비해, 균일한 작동이 보장되는 장점이 있다. 게다가 지지 롤러들(26, 27, 28)의 축 위치들을 변경하는 것을 통해서, 접합관 부재(15)에 대향하여 접합관 부재(12)와 그에 따른 실링들(20, 21)의 유격 없는 작동이 설정될 수 있다.

회전식 접합관의 추가 실시예(도 6 및 7)는 4개의 지지 롤러(29, 30, 31, 32)를 포함하되, 이 지지 롤러들의 각각의 중심점은 정사각형의 각각의 꼭짓점을 형성한다. 도 3에 도시된 실시예와 다르게, 지지 롤러들(29, 30, 31, 32)의 축은 샤프트(33)(도 7)에 의해 형성되되, 이 샤프트는 샤프트 저널 또는 칼라부(34)를 통해 하우징 부재(16)에 대향하여 측면으로 지지된다. 그 밖에 상기 실시예는 구성과 관련하여 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예와 다르지 않다. 상기 실시예의 장점은 상대적으로 더욱 큰 축방향 힘이 전달될 수 있다는 점에 있다.

마지막 실시예(도 8 및 9)에 따라서는, 마찬가지로 4 쌍의 지지 롤러(29 내지 32)를 포함하는 접합관 부재(12) 내에서, 지지 롤러들(29 내지 32)의 쌍들이 앞서 설명한 실시예와 다르게 상호 간에 대향하여 접합관 부재(12)의 양쪽 선단측 상에 장착되는 것이 아니라, 상호 간에 나란하게, 그리고 공동의 샤프트(35)에 의해 상호 간에 연결되어 양쪽 선단측 중 일측 선단측 상에 장착된다. 그 외에는 다른 실시예들에서와 같이 지지 롤러들(29 내지 32)은 하우징 부재(16)의 외부에 위치한다. 자명한 사실로서, 지지 롤러들(29 내지 32)이 트윈 롤러(twin roller)로서 형성될 시에 상호 간에 180°만큼 상호 간에 대향하는 지지 롤러들(29, 31)은 예컨대 일측 선단측에 배치되고, 마찬가지로 180°만큼 상호 간에 대향하는 또 다른 두 지지 롤러(30, 31)는 타측 선단측에 배치될 수 있다.

상기 실시예는 더욱 용이하게 실링들(20, 21)에 각각 접근할 수 있다는 장점이 있다. 그 외에도 상기 실시예는 공간 조건이 제한된 경우에도 이용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따라, 지지 롤러로서, 그 외부면 부재(18)가 공 모양, 다시 말해 볼록한 외부 윤곽을 보유하여 두 접합관 부재 상에 그에 상응하게 형성된 윤곽 내에서 롤링하는 그런 상기 지지 롤러도 이용될 수 있다.

모든 실시예에서 장치에 상대적으로 고정된 접합관 부재(12)는 위치 고정된 구조 부재들에 대향하여 토크 지지부(torque support)를 통해 지지된다.

1: 회전식 접합관
2: 장치에 상대적으로 고정된 접합관 부재
3: 회전하는 접합관 부재
4: 하우징
5: 매체 공급 라인
6: 슬라이딩 링
6a: 윤활 간극
7: 챔버
8: 매체 공급 라인
9: 매체 라인
10: 실링
11: 실링
12: 장치에 상대적으로 고정된 접합관 부재
13: 지지 롤러
14: 지지 롤러
15: 회전하는 접합관 부재
16: 하우징 부재
17: 축
18: 외부면 부재(perpheral part)
19: 링 모양 베어링
20: 실링
21: 실링
22: 공동부(cavity)
23: 매체 공급부
24: 매체 공급 라인
25: 매체 라인
26: 지지 롤러
27: 지지 롤러
28: 지지 롤러
29: 지지 롤러
30: 지지 롤러
31: 지지 롤러
32: 지지 롤러
33: 샤프트
34: 칼라부(collar)
35: 샤프트

Claims

회전하는 기계 부품의 축방향 공동부 내로 압력 상태의 매체를 공급하고, 그리고/또는 상기 축방향 공동부로부터 상기 압력 상태의 매체를 배출하기 위한 회전식 접합관으로서,
장치에 상대적으로 고정되어 회전하지 않는 접합관 부재(12)와; 회전하는 접합관 부재(15)와; 베어링 수단들뿐 아니라; 상기 회전하는 접합관 부재(15)와, 장치에 상대적으로 고정된 상기 접합관 부재(12) 사이의 반경 방향 실링 평면에서 기능하는 실링 수단들(20, 21)을; 포함하는 상기 회전식 접합관에 있어서,
상기 베어링 수단들은, 장치에 상대적으로 고정된 상기 접합관 부재(12)와 상기 회전하는 접합관 부재(15) 사이의 반경 방향 이격 간격을 고정하는 개별 스텝 베어링들(13, 14, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 접합관.
제1항에 있어서, 상기 스텝 베어링들은 지지 롤러들(13, 14, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 회전식 접합관.
제2항에 있어서, 상기 지지 롤러들(13, 14, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32)은 축들, 샤프트들(33), 허브들에 의해, 그리고/또는 선단측 가이드 수단들에 의해, 특히 칼라부들(34)에 의해 안내되는 것을 특징으로 하는 회전식 접합관.
제3항에 있어서, 반경 방향 평면에서, 상기 회전하지 않는 접합관 부재(12)에 대향하여 지지되는 상기 회전하는 접합관 부재(15)의 샤프트 축 상부에 적어도 2개의 지지 롤러(13, 14)가 배치되는 것을 특징으로 하는 회전식 접합관.
제4항에 있어서, 상기 지지 롤러들(13, 14, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32)은 상호 간에 예각 또는 둔각을 이루는 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 회전식 접합관.
제5항에 있어서, 3개의 지지 롤러(26, 27, 28)가 특히 상호 간에 동일한 이격 간격으로 제공되는 것을 특징으로 하는 회전식 접합관.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 스텝 베어링들은 예압 상태로 존재하는 것을 특징으로 하는 회전식 접합관.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 지지 롤러들은 각각 자신들을 지탱하는 하우징 내에, 특히 캐리지 내에 통합되는 것을 특징으로 하는 회전식 접합관.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 스텝 베어링들은 매체가 통과하는 공간의 내부 또는 그 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전식 접합관.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따르는 회전식 접합관을 포함하는 구동 유닛, 특히 압연 롤 구동 장치.