TW464742B - Rotary joint for alternating media - Google Patents

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S άΊ 4 2 A7 B7 五、發明説明（彳） 發明領域 本發明有關於一種旋轉接頭，其允許潤滑媒質與非潤 滑媒質輪流通過，潤滑媒質與非潤滑媒質從靜止機械零件 流到旋轉機械零件，旋轉接頭有第一密封件，第一密封件 的形式是兩個相對彼此滑動的平環狀滑動密封面，這些密 封面與旋轉機械零件的旋轉軸線同心，並可能軸向分開， 以致它們在旋轉機械零件的相對旋轉中不接觸彼此》 發明背景 這類旋轉接頭（又稱爲「乾轉安全旋轉接頭」）是已 知的。若提供潤滑媒質，則雨個平滑動密封面被迫接觸彼 此，潤滑媒質在相對彼此滑動的密封面之間形成潤滑膜， 以確保即使在高轉速仍不產生過量摩擦熱，過量摩擦熱極 易損壞滑動密封面。 然而，若旋轉機械零件未接受潤滑媒質而在特定速度 旋轉，則須使這些滑動密封面軸向分開。在此例中，無潤 滑膜能在滑動密封面之間形成，乾滑動密封面（通常由陶 瓷材料做成y迅速變熱且可能因此被損壞，即使旋轉機械 零件的轉速極低並遠低於它被設計成有潤滑媒質時的最大 轉速。 因此，達成乾轉安全的方式如後：使兩個滑動密封面 彼此分開一小段距離，增加的密封間在任何情況中都須足 以確保滑動密封面在無潤滑媒質的期間不接觸，即使把設 備的全部元件可能呈現的公差都列入考慮。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4规格（210X297公釐） n·^ ^^^^1 ^^^^1 ^^^^1 1,J (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局％K工消f合作社印製 -4- 經濟部苜葸財產局員工消費合作钍印奴 46 47 4 2 A 7 · _ B7五、發明说明（2 ) 有一系列應用須在旋轉機械零件的旋轉中提供另一媒 質（無潤滑特性）。舉例而言，可能在第一作業階段中把 水/油乳劑經空心軸（一端連到旋轉接頭的旋轉部分或構 成此旋轉部）送到工具機作爲冷却劑及潤滑劑，在另一作 業階段中，以高壓空氣吹過一個被鑽出的孔或把工具機的 工作區吹乾淨，同時工具機繼續作業。 然而1在非潤滑媒質的供應期間中爲保護滑動密封面 而刻意放大密封間隙有缺點：可能有大量高壓空氣衝過密 封間隙，這不只造成壓力降而降低高壓空氣的效率，還造 成可觀的能量損失。 發明槪論 基於這些先前技術，本發明的目的是提供上述的型式 的旋轉接頭，但它的所謂的乾轉安全只呈現小外漏損失， 即使在非潤滑媒質的通過中，且即使旋轉機械零件以高轉 速作業。 達成此目的的方式是除第一平密封件，還提供桶狀密 封件，它的多個密封面是同軸的桶狀面且其間有窄密封間 隙，桶狀密封件安排在旋轉接頭的流道（flow channel )與 第一密封件之間的潛在外漏流（，leakage flow )的方向中》 上述的特點確保非潤滑媒質，在通過平密封件的放大 的軸向間隙之前，須通過桶狀面形成的密封件及其間的窄 密封間隙，在提供非潤滑媒質時，可能保持此窄密封間隙 比在平滑動密封面之間的軸向間隙更窄且更小。 ^IBi n —Μ ^^^^1 ^^^^1 ^^^^1 ^^^^1 ^^^^1 In —tf— 2·ϋ m^i ^^^^1 Ϊ.. H .1¾ . ,? (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家揉iMCNS) A姑t格（210X297公釐） 464742 ^ A7 B7 五、發明説明（3 ) {請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 因此，可能以更窄、更小公差做桶狀密封面，因在有 適當小直徑的桶狀面的情況中可能觀察極緊的公差。相反 地，在平滑動密封面之間的軸向距離被與它相連的全部元 件影響，它可能很長，以致須在軸向面建立較大安全間隙 以使旋轉接頭安全乾轉。此外，在本發明的較佳實施例中 任何情況，桶狀面的半徑小於第一密封件的平環狀滑動密 封面的內直徑。因這些桶狀面的小半徑，在相對的密封面 之間的相對速度也是較低的且在輕微接觸的情況中只產生 少量摩擦熱。 以此方式確保，即使旋轉機械零件相對靜止機械零件 以高速（例如2 0 0 0 0轉/分）旋轉，仍可能以極低外 漏損失使有極小黏度的媒質（例如高壓空氣）通過旋轉接 頭。 若提供潤滑媒質·則該媒質自然滲入在桶狀密封面之 間的窄輻向密封間隙並進入在平滑動密封面之間的軸向間 隙，然而，在此例中把滑動面壓在一起而把密封間隙減成 潤滑媒質產生的潤滑膜的厚度。 經濟部智慧財1局Μκχ消費合作社印敦 第二密封件的外桶狀面適當連到旋轉機械零件，第二 密封件的內桶狀面連到靜止機械零件。不必說，相反的安 排也是可能的》 然而，在任何情況中，內桶狀面軸向蓋住第一平密封 件的區域是適當的。換言之，內桶狀面（在管子上）連到 靜止機械零件或旋轉機械零件，且有平密封面的密封件包 括這根管子，每一平密封面分別連到靜止機械零件或旋轉 本紙張尺度適用中國國家橾率（CNS ) Α4规格（210X297公釐） -6 - A7 464742 _B7 五、發明説明（4 ) 機械零件。這根管子的軸向伸到第一平密封件以外的部分 形成第二密封件的內或外密封面。 n^i 1^—^— ^^^^1 ^^^^1 ^—v H ^^^^1 ^li^J mf n^i ^^^^1 ^^^^1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 平密封面預先受彈性應力也是適當的。這表示平滑動 密封面正常以定義良好的接觸壓力彼此接觸，以致旋轉接 頭適合提供潤滑媒質，爲提供非潤滑媒質，須對抗彈簧力 軸向推開滑動密封面。在許多應用例中，這是較短工作循 環。 密封面或零件（直接或間隙承載這些密封面）被設計 成：在平密封面之間的軸向密封間隙寬度至少是在第二密 封件的桶狀面之間的輻向密封間隙的1 0倍。 相反地，在任何連續運轉的情況中，桶狀面的輻向密 封間隙寬度最多達到第一密封件的必要的輻向密封間隙寬 度（爲乾轉安全而須建立）的十分之一。考慮桶狀面的較 小半徑（與平滑動密封面比），並考慮沿桶狀密封面的輻 向流徑（與在平滑動密封面之間的輻向流徑比），上述的 構造確保在本發明的構造中的外漏率至少被減到只有平密 封件（有大密封間隙）的外漏率的百分之一。 铋濟部智惡財4局員工消旁合作社印製 本發明的一較佳實施例有若干滾動軸承被用在旋轉接 頭中，還有空心軸可轉地被設在滾動軸承中並一體地連到 外桶狀面。 在此實施例中，能達成桶狀密封面的精確引導|以致 能以緊公差製造後者•因此可能使輻向密封間隙變成特別 窄。 有關於平滑動密封面，在本發明的一實施例中，這些 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4规格（210X297公釐） A7 46 47 4 2 B7 五、發明説明（5 ) 滑動密封面被安排在滑動密封環上，它們可能以牢固的不 外漏的方式連到靜止機械零件或旋轉機械零件。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 既然滑動密封面經常是以特殊材料（例如陶瓷）做成 ’把滑動密封面放在分離的環上的安排就特別有用。 此外，在本發明的一方便的實施例中第一密封件的內 或外桶狀面被設成在輻向有彈性。依此方式，相對的密封 面呈現的輕微公差變化及圓度誤差可能輕易被補償而不對 桶狀面造成過量或足夠的摩擦及摩損。 爲氣體或非潤滑媒質在旋轉接頭提供輻向入口，並爲 潤滑媒質在旋轉接頭的一端的中心提供軸向入口，是有利 的，然而，這些位置能交換而無困難。 因此，可能獨立進行媒質的供應而無互相干擾|本發 明的此實施例還爲氣體或非潤滑媒質入口，並爲潤滑媒質 入口，提供止逆閥，以防止與進給方向相反的流動。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 軸向提供潤滑媒質並輻向提供非潤滑媒質給一個襯管 是有用的，襯管不能轉地但能軸同移動地被設在靜止機械 零件中，並攜帶第一、二密封件的靜止機械零件密封面》 在此實施例中*在軸向進給潤滑媒質的例子中，壓力被施 於能軸向移動的襯管，藉此，在襯管開口及襯管上的止逆 閥軸向被壓而使它的平滑動密封面貼著旋轉機械零件的滑 動密封面，以致提供潤滑媒質時•建立所要的窄密封間隙 。若停止供應潤滑媒質|以致軸向施於襯管的壓力退去， 且成透過輻向入口提供非潤滑媒質到襯管，則其壓力不只 打開第二止逆閥，還沿軸以與潤滑媒質相反的向施於第一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4洗格（210Χ297公釐） -8 - 經濟部智慧財產局W工消費合作社印製 464742 A7 _B7_五、發明説明（6 ) 止逆閥，藉此’襯管軸向後退且二平滑動密封面因此分開 。以此方式，藉由改變潤滑及非潤滑媒質的供應而自動建 立所要的密封面的位置。 然而，若只用旋轉接頭處理一種媒質，則可能以彈簧 預施應力於靜止機械零件的襯管（攜帶滑動密封面）而對 抗潤滑媒質的壓縮力，以致在正常情形中，無潤滑媒質的 進給時，平滑動密封面4及6分開且不接觸彼此。 圖式簡單說明 圖1是本發明的旋轉接頭的軸向縱向剖開圖。 圖2是在進給潤滑媒質時若干攜帶密封面的區域的放 大圖。 圖3與圖2顯示相同部分，但進給非潤滑媒質。 圖4近似圖1 ，但顯示有滾動軸承的實施例。 主要元件對照表 (請先閲讀背面之注意事項苒填寫本頁) 1 - 旋 轉 機 械 零 件 3 ‘殼 / 靜 止 機 械零件 4 滑 動 密 封 面 5 輻 向 入 □ 6 滑 動 密 封 面 7 徑 向 密 封 件 /密封間 10 旋 轉 軸 11 进 彌 管 本紙張尺度適用中國B家標率（CNS) A4規格（2丨0X297公釐） -9 - 46 47 4 2 A7 B7 五、發明説明（7 ) 1 2 連 接 部 1 3 空 心 軸 1 4 桶 狀密 封 面 1 5 _1_ 角 凹 部 1 6 桶狀 密 封 面 1 7 圓 同 狀 密 封件 1 9 止 逆 閥 2 0 通 孔 2 1 止 逆 閥 2 2 軸 承 2 3 軸 承 2 4 滑 動 密封 壞 2 5 軸 向 入 □ 2 6 滑動 密 封 環 3 3 止 動 凸 緣 n- HD —^^1 ^^^1 HI t n ^Jm ί ^^^1--sl (請先M讀背面之注意事項再填寫本f) 經濟部智慧財產局負工消费合作社印製 圖1顯示旋轉接頭的殼3 ，該殼，3亦是一靜止機械零 I’或是連接到此種零件者。圖1亦顯示能旋轉的機械零 件1 ’它有空心軸1 3，空心軸1 3有通道20。通道 2 0可能選擇連到輻向入口 5或軸向入口 2 5，它們分別 有止逆閥1 9及2 1防止逆流，特別是其它媒質的逆流。 琴止機械零件3及旋轉機械零件1相對彼此旋轉並藉 第一、徑向密封件7及第二、徑向圓筒狀密封件17連在 本紙張又度適用中.國國家搮準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -10 - A7 B7 五、發明説明（8 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一起。徑向密封件7由二滑動碟或滑動環2 4及2 6形成 ，滑動環2 4及2 6分別有滑動密封面4及6 ，它們躺在 旋轉接頭的輻向平面中》徑向密封件7係由介於兩相對密 封表面之間的一狹窄間隙所界定，該兩相對的密封表面幾 乎相互接觸，但容許液體薄膜流通其間，而界定出該間隙 。徑向密封件7在下文中簡稱爲「密封間媢」。 標號2 5表示潤滑媒質所用的軸向入口。止逆閥2 1 被設在入口 2 5的下游（依流向），使潤滑媒質流入旋轉 接頭的壓力打開止逆閥2 1。在同時，作用在止逆閥2 1 及襯管1 1的端部及階段式部分上的壓力把襯管1 1軸向 移動到圖中的左方，以致在密封面4及6之間的密封間隙 7關閉，如圖2所示，襯管1 1的止動凸緣3 3從在殻上 的對應動凸緣被移開一個間隙a。如圖所示，若干固定螺 釘把凸緣3 3固定在殼或靜止機械零件3，使其不旋轉。 經濟部智毪財產局員工消費合作社印製 隨後，潤滑媒質可能依使用點方向流過中心通道孔 .2 0。藉由在潤滑媒質中的壓力，在進給中的止逆閥1 9 爲另一·個打開，同時保持潤滑媒質關閉。潤滑媒質可能還 通過輻向封間隙（在桶狀密封面1 4與1 6之間）並最終 滲入在滑動密封面4與6之間的間隙，以在該處形成潤滑 膜，潤滑膜同時有密封效果。一洩漏空間環繞滑動密封環 2 4及2 6 ，使得外流的媒質可被收集在洩漏空間內，並 藉由只顯示在圖4的洩漏連接部1 2來排放。然而，由於 本發明密封件的特殊構造，故外漏的量極少。 若要停止潤滑媒質的進給，在入口 2 5的媒質的壓力 本纸張尺度遘用中國國家梂準（CNS ) Α4ΛΙ格（2丨0X297公釐） -11 - 經濟部眢慧財4笱員工涓贫合作社印裂 ^ 4 6 A 7 4 2 A7 B7 五、發明説明（9 ) 被減到一定程度’以致止逆閥關閉。另一媒質（例如高壓 空氣）可能隨後被送過輻向入口 5 。一旦留在通道2 0中 的潤滑媒質的量被進入的高壓空氣推出，隨後透過通道 2 0輸送高壓空氣。藉由非潤滑媒質的壓力（輻向被送入 襯管11或與其緊連並攜帶止逆閥21的管止逆閥 2 1受到與潤滑媒質供應方向反向的壓力，以致襯管1 1 向移回（到圖不的右方）並進入圖3所不的位置。在凸 緣3 3與靜止的殼3之間的間隙a閉合，而另一對應的間 隙s則在滑動密封面4與6之間開啓。在滑動密封面4與 6之間的距離a ，它通常比在面14與16之間的徑向距 離s —大1 5倍。此外，止逆閥2 1被高壓氣的壓力閥閉 ，同時閥19因此壓力而開啓。高壓空氣可能與潤滑媒質 透過相同外漏通道在它之前逃逸，然而，在此例中，介於 滑動密封面4與6之間的軸向間隙s較大。然而，在桶狀 面1 4與1 6之間的窄間隙提供足夠的流量阻力（flow resistance )而使壓縮空氣的損失維持在極輕微的狀況，且 若是縮-壓空氣可直接經在密封面4與6之間的軸向間隙逃 逸的話，則上述損失將更少。 徑向密封面1 6被設在襯管1 1的空心延伸部.（以不 外漏的方式被插入旋轉接頭）並因此如上述能徑向移動。 桶狀面1 4的一端在空心軸1 3的孔中，空心軸1 3 還界定通道2 0與這個孔同軸。然而，可能使空心軸1 3 能軸向移動在軸端停止部之間以啓動夾具或類似裝置3圖 中其他元件只爲提供最簡單可能製造及組合且不需要進一 - - - -I 1· ^^^1 *§ I ^^^1 1^1 ^^^1 m VIJ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家梂牟（CNS } A4规格（210X297公釐） -12- A7 B7 五、發明説明（10) 步描述。 圖4顯示本發明的一實施例，它在許多方面與圖1描 繪的實施例相同，但呈現一些差異a舉例而言，在殼的後 端的中心連接部2 5係徑向延伸，雖然此媒質的進給方向 最終是軸向並朝向中心。然而，與圖1的實施例相比較， 其主要差異是空心軸1 3 —係藉滾珠軸承系統固持在殼 3 —中。以此方式，可更有利的引導空心軸，此引導極接 近桶狀密封面1 4及1 6，且軸承2 2及2 3係倂入密封 面1 6固定其中之相同的殼。以此方式，桶狀面丨4及1 6可以較嚴苛的公差製造，惟却可對非潤滑媒質提供較少 的洩漏損失。 在空心軸1 3 >中的孔中的六角孔（S0Cket ) 1 5驅 動容置在空心軸中的能軸向移動的拉力桿。密封面之一的 安裝可能在輻向無彈性或略具彈性以補償面1 4及1 6的 圓度的公差變化。 (請先閱讀背面之注意事項再球寫本頁) 訂 經濟部智葸財產局員工消費合作社印製 本紙法尺度遘用中囷國家揉準（CNS ) A4规格（21〇><297公釐） -13-

Claims (1)

1. 46 47 4 2 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 —種供媒質交替通過之瘦轉接頭，其允許一潤滑 媒質及一非潤滑媒質輪流通過，這些媒質從靜止機械零件 (3 )流到旋轉機械零件（1 )，該旋轉接頭有第一密封 件（7 )，其係以二片可相對彼此滑動、呈平面圓環狀的 滑動密封面（4及6)，密封面（4及6)與旋轉機械零 件（1 )的旋轉軸心（1 0 )同軸心，並能在旋轉機械零 件旋轉時軸向的分開足夠距離而不致互相接觸，其特徵是 設有另一圓筒狀密封件（17)，其密封面是由兩個同軸 心配置|並相距一狹窄密封間隙的桶狀面（14及16) 構成，圓筒狀密封件（1 7 )係設於旋轉接頭的通道（ 2 0 )與第一密封件（7)之間，沿著洩漏方向設置。 2 .如申請專利範圍第1項之旋轉接頭，其中，環狀 滑動密封面（4及6 )的內直徑大於圓筒狀密封面（1 7 )之桶狀面（14及16)的直徑。 3 .如申請專利範圍第1項之旋轉接頭，其中|外桶 狀面（1 4 )與旋轉機械零件C 1 )相連，且內桶狀面（ 1 6 )與靜止機械零件（3 )相連。 4 .如申請專利範圍第2項之旋轉接頭，其中，內桶 狀面（1 6 )沿軸向方向與扁平之第一密封件（7)的面 積相重疊》 5 ·如申請專利範圍第1項之旋轉接頭，其中該等扁 平密封面（4及6 )係預先的彈性拉緊使其等相互抵壓3 6 .如申請專利範圍第1項之旋轉接頭，其中，平密 封面（4及6 )能分開而形成軸向密封間隙寬度，軸向密 (請先K讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. -3 本紙張·尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4洗格（210X297公釐） 14 - 8 88 8 ABCD Δ6 47 4 2 六、申請專利範圍 封間隙寬度最少在桶狀面（1 4及1 6 )之間的軸向密封 間隙寬度的1 0倍。 7 .如申請專利範圍第i至6項中任一項所述之旋轉 接頭’還包括一體的滾動軸承（2 2及2 3 )及在滾動軸 承中的空心軸（13)，空心軸（13)與外桶狀面（ 1 4 ) 一體地相連。 8.如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之旋轉 接頭’其中’平坦的滑動密封面（4及6 )分別被安排在 滑動密封環（2 4及2 6 )上，這些滑動密封環可能分別 牢固地並防漏地與靜止機械零件及旋轉機械零件相連。 9 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之旋轉 接頭，其中，桶狀面（1 4及1 6 )之一的設置在輻向中 有彈性。 10.如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之旋 轉接頭，其中，氣體或非潤滑媒質所用的輻向入口（ 5 ) 及潤滑媒質所用的軸向入口（ 2 5 )被設在旋轉接頭殼中 *旋轉·接頭殼與靜止機械零件牢固相連。 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項之旋轉接頭，其中， 氣體或非潤滑媒質所用的輻向入口（ 5 )及潤滑媒質所用 的輻向入口（ 2 5 )各有一個止逆閥在其中。 1 2 如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之旋 轉接頭，其中，靜止機械零件的密封面（6及1 6 )被安 排在襯管（1 1 )上而能軸向移動’襯管（1 1 )還攜帶 軸向流動的潤滑媒質所用的止逆閥（2 1 )而非潤滑媒質 --------裝-- (讀先W讀背面之注意事項再填寫本頁) "° 經濟部智葸財產局員工消費合作钍印製 本紙張尺度適用中國«家梂準（CNS >八4規格（210X297公釐） -15 - 4 6 47 4 2 ABCD 六、申請專利範圍流過輻向孔，其在止逆閥與密封面之間釋放。 裝------訂-------'v (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4*Ui-( 210X297^*) - 16 -