TW201833471A - 旋轉接頭以及曲軸配置 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種旋轉接頭，其包含：一靜止組件(2)、一旋轉組件(3)、精確一個軸承(4)，其在該靜止組件(2)上支撐該旋轉組件(3)，以及一密封配置(5)，其具有一碳環(50)及一彈性體環(51)，其中該碳環(50)配置於該旋轉組件(3)與該靜止組件(2)之間以便可在軸向方向(X-X)上移動，且其中該密封配置(5)具有該彈性體環上之一第一密封區(14)及該碳環上之一第二密封區(15)。

Description

旋轉接頭以及曲軸配置

本發明係關於一種具有旋轉組件及靜止組件之旋轉接頭，以及係關於一種具有此種類型之旋轉接頭之曲軸配置，且係關於一種內燃機。

旋轉接頭在各種實施例中自先前技術係已知的，且用以例如將介質自旋轉部分轉移至固定部分或將介質自固定部分轉移至旋轉部分。在此狀況下，必須將密封件設置於旋轉部分與固定部分之間，此通常係藉助於彈簧預負荷來達成。然而，此情形導致密封件處之摩擦力高，從而顯著減小設備及機械之效率。此外，必須將軸承配置設置於旋轉部分與固定部分之間，此通常係藉由供應兩個軸承來達成。然而，此情形引起在軸向方向上之總長度相對較大，從而相應地導致設備及機械較長。

與此對比，根據本發明之旋轉接頭，其具有如申請專利範圍第1項之特徵，且具有能夠僅使用一個軸承之優點。此外，亦有可能省去供應將預負荷施加於密封件上之彈簧或其類似者。根據本發明，密封區上之預負荷係藉助於旋轉接頭之內部區與外部區之間的壓力差來達成。根據本發明，此係借助於以下事實來達成：旋轉接頭包含一靜止組件及一旋轉組件以及精確一個軸 承，該軸承在該靜止組件上支撐該旋轉組件。另外，提供包含一碳環及一彈性體環之一密封配置。此處，該碳環配置於該旋轉組件與該靜止組件之間以便可在軸向方向上移動。該碳環較佳為一石墨環。此處，該密封配置包含該彈性體環上之一第一密封區及該碳環上之一第二密封區。

附屬請求項展示本發明之較佳實施。

該碳環較佳具有一凹槽，在該凹槽中配置有該彈性體環。藉此有可能將該密封配置提供為一緊湊組件，其結果為該密封配置僅佔據該旋轉接頭中之少量空間。

作為一另外較佳態樣，該凹槽經配置於該碳環之一外圓周區中。此處應觀測到，亦有可能將該凹槽配置於該碳環之一內圓周區中。

為了允許該密封配置儘可能平滑地軸向移動，該凹槽在該軸向方向上之一寬度大於該彈性體環之一寬度。此情形導致在該凹槽中存在移動空間，其結果為該彈性體環僅在一最小範圍內移動且在該密封配置之一軸向移動期間在操作中根本不移動，且該碳環在使用該凹槽中之該移動空間的同時執行該軸向移動。

為了進一步促進及輔助該軸向移動，該凹槽具有一凹槽基座，該凹槽基座相對於該旋轉接頭之一軸向方向而傾斜。該傾斜凹槽基座另外具有以下優點：在操作期間，該碳環被按壓抵靠具有由於由該彈性體環施加於該碳環上的彈性力之某一預負荷之該第二密封區以便達成可靠密封。

作為一另外較佳態樣，該密封配置經配置成緊鄰於該軸承。此處較佳的是，將該碳環上之該第二密封區設置於一軸承組件(詳言之一軸承內環或一軸承外環)與該碳環之間。

作為一特定較佳態樣，在此狀況下將該碳環上之該第二密封區設置於一旋轉軸承內環與在該軸向方向上定向之石墨環之一側之間。

作為一另外較佳態樣，該靜止組件具有一螺紋，詳言之一內螺紋。藉由此構件可使該靜止組件在另一組件(詳言之一曲軸)上之安全固定係可能的。

該旋轉接頭之該靜止組件較佳被插入至該旋轉組件之一內部區中。亦即，該旋轉組件在該靜止組件之外圓周上旋轉。藉此有可能例如在一曲軸上實施一應用，該曲軸可連接至該旋轉組件，亦即在本申請案中連接至該旋轉接頭之外組件。

作為一另外較佳態樣，該旋轉組件在一外圓周上具有一工具應用區。舉例而言，該工具應用區係一多邊形(尤其是一六邊形)，或具有凹槽或其類似者之一工具應用區。

作為一另外較佳態樣，該旋轉接頭另外包含一保護性包裝，例如一灰塵保護包裝，其較佳配置成直接鄰近於該密封配置。結果，該密封配置配置於該保護性包裝與該軸承之間。

該密封配置之該彈性體環較佳係一O形環。該O形環較佳具有一圓形橫截面或一矩形橫截面。然而，該圓形橫截面係較佳的，此係由於該密封配置之軸向移動性藉此得以簡化。作為一替代方案，該彈性體環被提供為一穿孔橡膠圓盤，該穿孔橡膠圓盤之一徑向寬度大於該穿孔橡膠圓盤之一厚度。詳言之，該穿孔橡膠圓盤經由在該軸向方向上之變形提供該密封配置之軸向移動性。

本發明另外係關於一種曲軸配置，其具有一曲軸及根據本發明之一旋轉接頭。該旋轉接頭配置於該曲軸之一自由端上。作為此處之一特定偏好，將一螺紋接點設置於該曲軸與該旋轉接頭之間。在該旋轉組件上，該旋轉接頭因此具有一螺紋，該螺紋形成與該曲軸上之一螺紋之一螺紋接點。在此配置中，可將一內螺紋設置於該旋轉組件上且將一外螺紋設置於該曲軸上，或將 一外螺紋設置於該旋轉組件上且將一內螺紋設置於該曲軸上。

本發明另外係關於一種內燃機，其具有根據本發明之一曲軸配置與一旋轉接頭。此處，該曲軸較佳配置於該內燃機之一減壓區中，且該旋轉接頭提供至一真空源之一連接，例如該內燃機之一泵或一進入區。一線(詳言之一軟管或其類似者)較佳配置於該旋轉接頭之該靜止組件上。

作為一特定偏好，根據本發明之該旋轉接頭較佳在一曲軸之一個軸向端上用於小型內燃機中。詳言之，該等小型內燃機為具有兩個輪子之內燃機。該旋轉接頭之應用較佳為一真空應用，其中在該旋轉接頭之內部存在低於環境壓力之一真空。

以下參考隨附圖式詳細描述本發明之較佳說明性實施例。此處，相同或功能上相同的部分各自係由相同參考符號表示。在圖式中：圖1展示根據本發明之第一說明性實施例的通過旋轉接頭之示意性剖面，圖2展示通過圖1之旋轉接頭之放大部分區段，圖3展示根據本發明之第二說明性實施例的通過旋轉接頭之示意性剖面，圖4至圖6展示第二說明性實施例之旋轉接頭之個別組件的示意性透視圖，以及圖7展示根據本發明之第三說明性實施例的通過旋轉接頭之示意性剖面。

根據本發明之第一較佳說明性實施例之旋轉接頭1在下文參看圖1及圖2加以詳細描述。

如自圖1可看到，旋轉接頭1包含靜止組件2及旋轉組件3。在此 說明性實施例中，靜止組件2為經配置有軟管13之管剖面。

旋轉組件3因此圍繞靜止組件2之外圓周而配置且具有凹座，該凹座將在旋轉接頭之軸向方向X-X上設置且具有內螺紋9。

旋轉接頭1另外包含精確一個軸承4，該軸承配置於靜止組件2與旋轉組件3之間。

該軸承4包含許多滾動元件40、一軸承內環41及一軸承外環42。軸承內環41連接至靜止組件2，且軸承外環42連接至旋轉組件3。在此狀況下，軸承4配置於旋轉組件3中之第一肩部30上。

因此，靜止組件2藉助於軸承4而支撐於旋轉組件3中。為了在旋轉組件3與靜止組件2之間形成密封，設置密封配置5。該密封配置5包含在此說明性實施例中為石墨環的碳環50，以及彈性體環51。

如自圖1及圖2可看到，彈性體環51為具有圓形橫截面之O形環。彈性體環51配置於碳環50中之凹槽52中。凹槽52設置於碳環50之外圓周上。

凹槽52具有凹槽基座53，該凹槽基座相對於軸向方向X-X傾斜。由於凹槽基座53之此斜率，彈性體環51將某一預負荷力施加於碳環50上，此預負荷力係用於在碳環50之密封側50a上進行密封。如圖2中所說明，此處碳環50在軸承內環41上形成密封。

如自圖2另外可看到，密封配置5配置於旋轉組件3之第二肩部31上。

根據本發明，碳環50配置於旋轉組件與靜止組件之間以便可在軸向方向X-X上移動。此移動性確保不需要設置彈簧元件或其類似者以便將恆定高彈簧力施加於密封配置上。此處，在操作期間藉由大氣側100與密封配置上之內側之間的壓力差來確保密封。在此狀況下，真空及超壓兩者可提供於旋 轉接頭之內部中。由於不需要提供彈簧元件或其類似者，故旋轉接頭1具有極小的總大小。

此外，可軸向移動之密封配置1可確保可補償例如軸承4之翻滾移動及/或連接至旋轉接頭1之組件之移動。

如自圖2可看到，碳環50中之凹槽52之凹槽寬度B2大於彈性體環51之寬度B1。結果，在凹槽52中存在移動空間6，該移動空間確保密封配置之軸向移動性，此係藉由圖2中之雙箭頭A指示。

圖2展示其中真空在旋轉接頭1之內部區中占主導的操作狀態。如由圖2中之箭頭所說明，真空P0作用於碳環，其結果為密封配置5借助於環境壓力P1在軸承4之方向上被推動。此處，環境壓力P1占主導所處之間隙7設置於保護性包裝8與密封配置5之間。應注意，環境壓力亦可經由保護性包裝8作用於密封配置5。

因此，在密封配置5上，第一密封區14係在彈性體環51處獲得且第二密封區15係在碳環50之密封側50a與軸承4(在此說明性實施例中，軸承之軸承內環41)之間獲得。

此說明性實施例中之旋轉接頭1係用於曲軸配置中，該曲軸配置除了具有旋轉接頭1以外亦具有曲軸11。旋轉接頭1藉助於螺紋接點連接至曲軸11。在此狀況下，旋轉接頭1具有旋轉組件3上之內螺紋9，且曲軸11具有與內螺紋9嚙合之外螺紋12。為了將旋轉接頭1可靠地且簡單地固定於曲軸11上，旋轉接頭1另外具有工具應用區10。工具應用區10設置於旋轉組件3之外圓周上且較佳為多邊形。

另外應注意，旋轉組件與靜止組件之間的軸承4可藉助於非正接合(nonpositive joint)配置於靜止組件2上及旋轉組件3上。作為替代方案，亦有可能將軸承4提供為浮動軸承，而並不非剛性地連接至靜止組件及/或旋轉組 件。

在圖1及圖2中所展示之第一說明性實施例中，軸承4中之洩漏由此得以利用，從而導致橫越密封配置5之環境壓力P1與內部壓力P0之間的壓力差。在此說明性實施例中，密封配置5連同旋轉組件3一起旋轉。密封配置5在軸承4之方向上的軸向移動因此導致碳環50與軸承內環41處之第二密封區15中之軸承內環之間的密封。密封配置5之軸向移動性因此導致用於在軸承4處進行密封的類活塞密封配置。

根據本發明之第二說明性實施例之旋轉接頭1在下文參看圖3至圖6加以詳細描述。

第二說明性實施例之旋轉接頭1實質上對應於第一說明性實施例，但密封配置5屬於不同設計。如自圖3可看到，密封配置5具有碳環50，其同樣地被提供為石墨環。凹槽52形成於該碳環50中，且在此說明性實施例中，該凹槽具有平行於軸向方向X-X之凹槽基座53。彈性體環51設置於該凹槽52中，該彈性體環在第二說明性實施例中經設計為穿孔橡膠圓盤。該穿孔橡膠圓盤之徑向寬度H大於該穿孔橡膠圓盤之厚度D。密封配置5另外具有支承墊圈16，其在圖6中加以展示。支承墊圈16係自例如金屬材料之剛性材料產生，且在軸向方向上支撐穿孔橡膠圓盤。如自圖3可看到，軸承4與密封配置5之間的配置在第二說明性實施例中另外係反轉的。亦即，軸承4配置於旋轉接頭1之外側上，且密封配置5配置於軸承4與旋轉組件3之第一肩部30之間。此處，第二說明性實施例之旋轉接頭1針對真空應用及針對超壓應用兩者係合適的。在此狀況下，壓力線17另外設置於旋轉組件3中，超壓及/或真空可經由該壓力線17而施加。若施加高於作用於軸承4之外側的環境壓力之超壓，則可軸向移動之密封配置5在軸承4之方向上移動。此處，軸承內環41接著再次充當用於碳環50之密封側50a之摩擦搭配物。在此配置中，由於環境壓力與超壓之間的壓力差 相比於在施加真空時可顯著較高，支承墊圈16尤其防止穿孔橡膠圓盤膨脹。若將真空施加至密封配置5，則在密封配置之面向外側(亦即，面向軸承4之側)與內側之間產生壓力差。結果，使密封配置5在第一肩部30之方向上移動。在此配置中，充當具有碳環50之密封表面的環形套環20設置於靜止組件2上。涉及真空之此狀態在圖3中加以說明。孔16a設置於支承墊圈16中，因此允許環境壓力直接作用於穿孔橡膠圓盤。

圖7展示根據本發明之第三說明性實施例之旋轉接頭1。與先前說明性實施例形成對比，該第三說明性實施例中之彈性體環51配置於旋轉組件3之外殼凹槽35中。在此說明性實施例中，碳環50被提供為不具有凹槽。此處，彈性體環51之橫截面為正方形。密封配置5再次配置於軸承4與旋轉組件3上之第一肩部30之間。此處，操作模式與第二說明性實施例中之操作模式相同。該第三說明性實施例之旋轉接頭1針對旋轉接頭1內部中之超壓及針對真空兩者係合適的。為了避免軸承4尤其在旋轉接頭內部中之超壓之狀況下被擠出，將第一扣環61及第二扣環62設置於軸承4上。

因此，根據本發明，有可能提供可尤其用於具有曲軸11之曲軸配置中的旋轉接頭。旋轉接頭1可藉助於螺紋接點而安全地緊固於曲軸11之軸向端上，而不佔據大軸向安裝空間。同時，旋轉接頭1針對超壓及真空操作兩者係合適的。

Claims (15)

1. 一種旋轉接頭，其包含：一靜止組件(2)，一旋轉組件(3)，精確一個軸承(4)，其在該靜止組件(2)上支撐該旋轉組件(3)，以及一密封配置(5)，其具有一碳環(50)及一彈性體環(51)，其中該碳環(50)配置於該旋轉組件(3)與該靜止組件(2)之間以便可在軸向方向(X-X)上移動，且其中該密封配置(5)具有該彈性體環上之一第一密封區(14)及該碳環上之一第二密封區(15)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉接頭，其中該碳環(50)具有一凹槽(52)，在該凹槽中配置有該彈性體環(51)。
3. 如請求項2所述之旋轉接頭，其中該凹槽(52)配置於該碳環(50)之一外圓周區中。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之旋轉接頭，其中該凹槽(52)在該軸向方向(X-X)上之一寬度(B2)大於該彈性體環(51)之一寬度(B1)。
5. 如申請專利範圍第2至4項中任一項所述之旋轉接頭，其中該凹槽(52)具有一凹槽基座(53)，該凹槽基座相對於該旋轉接頭之一軸向方向(X-X)傾斜。
6. 如前述申請專利範圍中任一項所述之旋轉接頭，其中該密封配置(5)配置成緊鄰於該軸承(4)。
7. 如前述申請專利範圍中任一項所述之旋轉接頭，其中該第二密 封區(15)設置於該碳環(50)與一軸承內環(41)上之該軸承(4)或該軸承(4)之一軸承外環(42)之間。
8. 如前述申請專利範圍中任一項所述之旋轉接頭，其中該旋轉組件(3)具有一螺紋(9)，詳言之一內螺紋。
9. 如前述請求項中任一項所述之旋轉接頭，其中該靜止組件(2)被插入至該旋轉組件(3)之一內部區中。
10. 如前述申請專利範圍中任一項所述之旋轉接頭，其中該旋轉組件(3)在一外圓周上具有一工具應用區(10)。
11. 如前述申請專利範圍中任一項所述之旋轉接頭，其進一步包含一保護性包裝(8)，其中該碳環(51)配置於該軸承(4)與該保護性包裝(8)之間。
12. 如前述申請專利範圍中任一項所述之旋轉接頭，其中該彈性體環(51)為一O形環。
13. 如前述申請專利範圍中任一項所述之旋轉接頭，其中該彈性體環(51)為一穿孔橡膠圓盤，該穿孔橡膠圓盤之一徑向寬度(H)大於該穿孔橡膠圓盤之一厚度(D)。
14. 一種曲軸配置，其包含一曲軸(11)以及一如前述申請專利範圍中任一項所述之旋轉接頭(1)。
15. 如請求項14所述之曲軸配置，其中該旋轉接頭固定於該曲軸(11)之一個軸向端上。