TWI284724B - Radial rotary transfer assembly - Google Patents

Description

1284724 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種具有至少一個轉子至少一個靜止件的徑 向迴轉元件（以下稱徑向迴轉接頭），其中所述至少一個轉 子具有至少兩個軸向離開一定距離的密封面，且其中在靜 止件和轉子之間設有兩個具有總共至少兩個密封面的滑動 裱，其中滑動環的密封面和轉子密封面共同作甩，所述迴 轉接頭還具有至少一個在成對共同作用的密封面之間的徑 向輸入通道。 【先前技術】 由現有技術已知用來將流體從靜止的機器部件輸入轉鸯 的機器部件的迴轉接頭。所有迴轉接頭所要解決的技術没 題是，在兩個相對旋轉的部件之間形成密封的過渡。 、由現有技術已知的迴轉接頭或者是其中流體沿旋囀轴鱗 或者平行於該軸線輸入旋轉的機器部件的軸向接頭， 是徑向迴轉接頭1爲本申請基本概念的曰本專利“ JP091 96265A揭示一插泸搂认m 種沒樣的徑向迴轉接頭，其中流 垂直於轉動的機器部件的旋轉軸線方向從靜止 部 輸入旋轉的機器部件。其中在後文中稱爲轉子的旋轉^ 設有兩個環形凸台，其具有面向法線指向旋轉輪 牛 兹環繞地包圍轉子的旋轉袖線的軸向密封面。這裏 形凸台的密封面相互面對。兩個滑動環的密封面^_ 2 子的密封面上。滑動環^在靜止件上以防止 = 轉’且其密封面借助于支承在靜止件一個部分上的 壓靠在轉子的密封面上。流體的輸人通過兩個滑動環= 5 1284724 方向進行。 通過靜止件 具有非常複 軸連接的部 動環的轉子 轉子環配設 但是軸向浮 和安裝誤差 了女裝和支 滑動環之間 這種結構在 的通道沿垂直於轉子的 和兩個滑動環相互貼合 間的密封件防止流體流 由 JP09196265A 已知 大的結構。攜帶滑動密 向離開一定距離的分別 子環必須密封地固定在 動環，該滑動環雖然不 緊地安裝在軸上，以與 保證其滑動密封面密封 止件具有一徑向向内伸 將滑動環壓緊在轉子環 都需要較大的空間。 此外徑向（還有軸向 劑輸入。然而這種迴轉 在刀具主轴上需要相應 用於刀庫和轉塔頭架的 過用具有相應冷卻液輸 主軸來補充裝備冷卻液 迴轉接頭需要的空間。 旋轉軸線的 的密封面並 出。 的迴轉接頭 封面的與— 配設有一滑 轴上。每個 跟隨旋轉， 可能的構件 地貼合。致 出的設置在 上的凸台。 )迴轉接頭還用於機床 接頭的缺點是，其體積 的空間，這特別是對於 空間的現代加工中心是 入裝置的主軸替換未星 輸入裝置，通常也無^ 借助於轉子 和滑動環之 雜和體積龐 件由兩個軸 %組成。轉 一自已的滑 動並彈性預 無關地始終 承滑動環靜 並通過彈簧 轴向和徑向 的内部冷卻 比較大，並 本來就需要 不利的。通 有該裝置的 附加地据徂 發明内容 與所述現有技術不同’本發明的目的θ /、 疋，在結構 來設計一徑向迴轉接頭，使其便於裝入加工中心和 備在現有裝置上，而不會由於現有的狹小空間而無、、 這個目的通過這樣的方法實現，即提供—種具''有 6 1284724 個轉子和至少一個靜止件的徑向迴轉接頭， 具中所述牵 一個轉子具有至少兩個密封面，且其中在 仕静止件和轉子 間設置兩個具有總共至少兩個密封面的滑 j /月動％，其中、、典 環的密封面和轉子的密封面共同作用，所 〃 ^ 地硬轉接頭還 有至少一對在所述共同作用的密封面之間认/ ^ 〜间的徑向輪入 道’其中轉子的密封面的法線沿軸向指 . 互运離的 向，其中滑動環的密封面的法線沿軸向指向相對白、 採用這種結構轉子的滑動密封面可設署 、向 息隹同_個構 上’採用這種結構的一個特別的優點是，可 了以以一較小 軸向高度提供所述結構。 在本發明的一種較佳實施例中，輛向高声、 门厌即迴轉接瑪 平行於轉子的旋轉軸線方向的尺寸小於4n 瓜in ’ 尤盆是 於20mm，特別較佳地小於1 8mm。通過斟欠 …尺 ^ 對各個構件的和 優化，在20mm至約l〇〇mm的相應軸的音、 .的吊用公稱直徑纪 況下’根據按本發明的結構可以亳無困難地實現。、 這種小的軸向結構高度使得在輛的舳 J神7JC之間的 可以直接安裝在機床中主轴轴承本身之間， 雕兔 何額外的空間。由於其係設置在軸承之間，因u此不需要 位所用的迴轉接頭完全無泄漏以便影：:果在這催 有利的。 如響相鄰的軸承則 因此爲了防止影響相鄰的結構元件，、回 一 绾密封件軸向外部的泄漏腔用環形地土接碩位於滑 密封件密封是適宜的。 #在轴上的池漏 如果軸的直徑與迴轉接頭的軸向高产 是大於1.5’特別較佳地大於2,通常：比大於1，尤 大的軸徑這也保證迴轉接頭較小的安二：。的。即使對 少 之 動 具 通 方 〇 件 的 沿 小 應 情 時 任 部 是 動 腔 其 於 7 1284724 果、\轉3接頭彳k向厚度和軸的直徑之間最大的比例小於 _ 、疋疋】於1 /5 ’特別較佳小於1 / 6 ,則是適宜的。 這樣即使在軸比較大技— 以大時傻向安裝尺寸也保持在一定限度 内。 此外如果轉子係為一冑，也是適宜的。這在轉子的製造 和尤其是在裝配時節省時間和成本。 △較佳採用本發明這樣一實施例，其中轉子具有一環形凸 八側或‘側的部分形成密封面。因爲兩個密封面是 衣形凸D的部分，需要比在爲每値密封面分別採用一個支 表件的It况小的空間。此外環形凸台在軸向可以設計得較 薄，因爲密封面位於相對的環形凸台的蓋面上，從而作用 在密封面上的力相互平衡。由此還節省軸向的結構高度。 然而凸台的軸向高度必須足以在由凸台的端側構成的滑動 密封面之間可以加工一個徑向的孔或通道，所述孔或通道 也可以具有一非圓形的窄長橫截面，例如長孔。 在本發明另一種的實施例中轉子係設計成多件，其中轉 子具有至少一個芯部和至少一個套裝上的環。其中套上的 環的、側或端側的部分形成密封面。這禮結構是有利的， 因爲其允許方便地製造和裝配轉子。這裏套上的環最好形 成或具有環形凸台，軸向密封面設置在所述凸臺上。 其中如果所述至少一個套上的環通過裏少一個被動銷與 所述至少一個芯部連接，則是特別有利的。這樣芯部的和 套上的環的旋轉運動相互聯結。 根據本發明一種特別有利的實施例，在這種實施例中靜 止件具有一 ϋ形輪廓的橫截面，並構成/環形環繞的保持 件’其中U形輪廓的分支軸向從外部包圜作用在滑動環和 8 1284724 轉子或轉子的部分上 式。 這樣就形成一種特別緊湊 ⑹果靜止件由—具有L形輪廓的橫截面备 口疋在其上將L形補充成u形的環組成，則是入、 樣f止件直至環可以係為單件。在安裝其餘部 该％ ’並將L形補充成_包圍作用在滑動環和轉子 的部分上的U形。所述環最好在其外侧上具有一起 借助於該螺紋部可將所述環擰入L形件内^作爲另 擇可用附加的螺釘將該環固定在L形件上。也可以 焊接、釺焊或粘接連接。 攻裏迴轉接頭的（單件）轉子和靜止件最好都在 迴轉接頭的整個高度上延伸，其中轉子沿徑向設置 件内部，並且轉子的環形凸台與靜止件向内伸出的 支徑向重疊，且滑動環設置在所述重疊部分之間， 個滑動環可以和靜止件係為一體。 取订対赏動環密封 相同尺寸 繞流動， 滑動環是 面上滑動 的距離的 在滑動環 側上的力 簧之外通 在第二密 滑動環上 的相對端側 那麼由於從 不受力的。 的密封面上 增加而減小 的上下側面 。如果不對 過在壓力作 封Φ上，在 下側上被流 靜力平 一種用 衡/補償。 壓力載入 的滑動環被 兩側作用在滑動環上的力 樣 一滑動環的在一旋轉部分相對 的流體靜座力隨離填充有流體 ’並在滑動環的另一端上爲零 積相等時滑動面一 這種力的不平衡進 用下的流體滑動環 極端情況下可能空 體環繞流動的面的 側上的力小 行補償，那 被非常牢固 轉並咬死。 尺寸確定成 結構形 環和一 .的。這 ，固定 或轉子 紋部， 一種選 設想一 軸向在 在靜止 U形分 其中一 果具有 流體環 ，從而 的滑動 的腔室 。因此 於相對 麼除彈 地壓靠 通過將 使作用 9 1284724 力相互平衡，這是可以避免的 徑向下降。這裏如果滑動環密 90%至1〇0%之間，尤其是約 是有利的。 ’儘管在滑動面上的壓力沿 封件幾乎完全一即實際上在 95% —得到流體靜力補償， 較佳採用 在這種實施 這種陶瓷或 同時又只産 術所知的那 本發明其 對一種較佳 【實施方 在圖1和 由四個主要 或旋轉部分 一至少部分 環形保持件 和轉子4並 擰入的環5 本發明這，一種實施例用於確定流體的流通， 例中滑動％由一種工業陶瓷或硬質合金製成。 硬質合金？高強度，並具有良好的滑動性能， 生小的磨相。作爲另一種選擇可以像由現有技 樣由鋼/青銅合金製成滑動環。 他的特徵’優點和應用可能性由以下結合附圖 實施例的說明中得到。 式】 2中所示的根據本發明的迴轉接頭的實施例係 功能7G件，即靜止件丨、滑動環2、3以及轉子 4組成。迴轉接頭的靜止件1設計成使其形成 地包圍作用在其他元件上並將其保持在一起的 (Klammer )。爲了能夠安裝兩個滑動環2、3 在兩側支承它們，靜止件1的上端側設有一可 ，爲了使流體不會通過環5的螺紋部向外流出， 所述螺紋部在其下端用一環繞的〇形環6密封。轉子4在 所示實施例中設計成單件，並具有一基本上中空圓枉形的 形狀，其中在圓枉體外側上高度的一半處對稱地設置/環 形凸台7。中空圓枉形的轉子4可以套在一中空軸上，其 中兩個徑向的環形〇形密封環8、9相對於軸密封轉子。 如果轉子除了坐靠在0形環8、9上以外還應該固定在軸 上，那麼轉子可以通過粘接或螺紋固定。靜止件1和轉子 10 1284724 4具有大致相同的軸向高度或者說長度，&設置在同一-向平面内。由此它們也限定了迴轉接頭的軸向魄 爲了使流體能夠流入軸内，在所本 又 干田門仕所不實施例中的轉子膂有 兩個相對設置的流通通道1 0 , u ^ ^ 1所述通道相對於環形凸 台7的中部對稱地設置。當然也 & 丄 』以5又置僅一個通道或多 個在周向上分佈的通道，因爲空腔 形地包圍凸台7。 4作爲-連通的體積環 爲了防止流體從轉子4和軸之間流出，〇形密封環8、9 沿軸向没置在流通通道1〇、U的兩 體的尺寸基本上選擇成使其外徑小於靜的中空圓柱 是環形凸纟7以其外徑伸入由靜1的内徑。只 (Klammer)中。 形成的環形保持件 和轉子4 一樣靜止件1也具有使靜生 止件〗形成的保持件的内腔14連 ^ 1的外側與由靜 >爪體從保持件的内腔夏4經過轉子4 a 、 3。 入轴内，或者按相反的方向流動。爲、二通通道i〇、η流 腔^和流通通道^卜^^相^現靜止件^内 域的密封，在流通通道1〇、u、12、 《迴轉接頭外部區 置一滑動環密封件。滑動環密封件主1 ^方和下方分別設 合地相對運動或滑動的滑動面15、1分別由兩個相互貼 果首先僅觀察上部的滑動環密封件，6 ^ 17、18組成。如 件i和轉子4之間設有一以小的間隙二:以看到’在靜止 轉件4之間的；L形滑動環2。办在靜止件1和旋 乙艰滑動瑗 直於旋轉軸線徑向向外延伸。滑動環2 A的一個分支垂 的分支的底側具有一環形環繞的凸^ 3在其垂直於旋轉軸 面15形成滑動環密封件的第一密"〇 ’該凸台平的下部 、面。滑動環2的密封面 11 1284724 1 5在一由轉子4的環形凸台7的頂面形成的第二滑動面1 6 上滑動。在流通通道1 〇、1 1、1 2、1 3下方的第二滑動環密 封件具有和第一滑動環密封件相同的特徵，但是該第二密 封件相對於流通通道1 0、1 1、1 2、1 3的軸線鏡像對稱。爲 了使相互滑動的密封面1 5，1 6和1 7，1 8能夠起密封作用， 滑動環2、3由分佈在密封件周向上的支承在靜止件1上的 彈簧19、20壓靠在轉子4的環形凸台7的密封面16、18 上。L形滑動環2、3的第二側借助於環形密封環2 1、22 相對於靜止件密封。其中密封環21，22設置在L形滑動 環2、3平行於旋轉軸線的分支上。密封環2 1、22具有一 基本上U形的橫截面，從而滑動環2、3可以沿密封環2 1、 22輕便地移動。爲了防止滑動環2、3跟隨轉子4旋轉， 在靜止件1上設置銷2 3、24，所述銷從靜止件1的上或下 分支伸入内腔1 4，並穿過滑動環2、3，從而所述滑動環不 可再相對於靜止件1旋轉。 在所示實施例中滑動環2、3由一種工業陶瓷製成。這種 陶瓷在高強度和耐磨損的同時具有良好的滑動性能。 滑動環2、3的L形造型和其垂直於旋轉軸的分支在上 側27和下側2 8上都被流體環繞流動的事實使得可對滑動 環2、3進行流體靜力補償。流體靜力補償的功能可以特別 簡單地借助於圖2理解。L形的滑動環3垂直於旋轉軸線 的分支位於徑向外部的端部2 5離靜止件1具有足夠的距 離，從而形成一通道2 6，流體可以通過此通道從環形腔2 4 流到垂直於旋轉軸線的分支的上側27上。這裏壓強是恒 定，且在滑動環3的每一側都一樣大。除彈簧2 0的力外， 作用在垂直於旋轉軸線的分支上側27的面3 2上的力等於 12 1284724 壓強（力）和上部面3 2面積的乘積。在垂直於旋轉軸線的 分支的下側2 8上同樣作用一流體靜力。下側2 8的面由兩 部分組成：分支在徑向位於外部的端部2 5和環形凸台3 0 起始處之間的面和環形凸台3 0的密封面1 5。作用在面2 9 上的力也等於流體的壓強（力）和麵2 9的面積的乘積。相 反，爲了計算作用在密封面1 5上的力必須考慮到，即壓強 沿密封面1 5隨著離空腔24距離的增加而減小。因此作用 在面上的力計算成壓強在面上的積分。因爲密封面15與轉 子的密封面1 6共同作用防止流體在位於環形凸台3 0後面 的區域3 1内流出，在那裏沒有流體靜力作用在分支上。作 用在分支下側 2 8上的總的力等於兩個量之和。如果表面 29和密封面15之和等於分支的上部面27，因此由於沿密 封面1 5的壓力下降一個力有效地從上方作用在分支上。現 在這樣選擇密封面的位置，使得從下方和從上方作用在臂 上的力正好抵消。這種狀態稱爲流體靜力補償/平衡。在所 示實施例中對第二滑動環3也進行流體靜力補償。 在補償狀態下密封環2、3僅僅由彈簧19、20壓緊在轉 子密封面1 6、1 8上，從而防止滑動環密封件的空運轉。 圖3表示本發明的另一種實施例，其中附加地以環形的 泄漏腔密封件3 5 ’、3 6 ’相對於迴轉接頭的外部環境3 7 ’ 密封在滑動環密封件1 5 ’ 、1 6 ’和1 7 ’ 、1 8 ’ 之外的泄漏 腔3 1’ 、33’ 、3 4’ 。因此不可避免地通過滑動環密封件 15’ 、1 6 ’和1 7 ’ 、1 8 ’ 流出的流體不會到達迴轉接頭之 外的區域3 7 ’内。 圖4表示在圖1和2中所示的迴轉接頭的實施例的另一 種可選的實施例，其中轉子4”係為二件式。所述轉子由一 13 1284724 中空圓柱形芯部38”和一套在芯部38”一半高度上的環39” 組成，這樣轉子4”的兩個部分38”和3 9”一起具有和圖1 和2中的單件轉子4大致相同的形狀。套上的環3 9 ”相對 於芯部3 8 ”具有一間隙，兩個元件3 8 ”、3 9 ”之間的過渡部 借助兩個0形環40”和41”相對於外界密封。套上的環39” 具有用於流體的流通孔，所述流通孔和晶片 3 8 ’’的孔對 齊，以使流體可流入軸内。爲了使套上的環 3 9”可以和軸 及轉子4 ”的芯部3 8 ” 一起旋轉，所述環借助於兩個設置在 迴轉接頭相對側上的被動銷42”與芯部38”連接。和單件 轉子4的環形凸台7的情況一樣，套上的環3 9 ”的端面也 形成轉子4”的密封面16” 、18” 。 【圖式簡單說明】 圖1表示本發明的一種較佳實施例。 圖2表示圖1中本發明實施例斷開的放大圖。 圖3表示本發明的第二實施例。 圖 4表 示 本 發明的一 種 可選的實施 例 〇 【元 件， 氏 表 符號簡 單 說明】 1 靜 止 件 2 滑 動 環 3 滑 動 環 4 轉 子 5 環 6 0 形 環 7 環 形 凸 台 8 0 形 環 密封件 9 0 形 環 密封件 10 流 通 通 道 11 流 通 通 道 12 流 通 通 道 13 流 通 通 道 14 内 腔 14 1284724 15 滑動面 17 滑動面 19 彈簧 21 密封環 23 銷 25 位於外部的末端 27 上側 29 面 31 環形凸台後的區域 33 滑動環密封件之外的 區域 3 5’ 摩擦密封件 37’ 迴轉接頭的週邊區域 3 9” 套上的環 41” 0形環密封件 滑動面 滑動面 彈簧 密封環 銷 通道 下側 環形凸台 上側27的面 滑動環密封件之外的 區域 摩擦密封件 兩件式轉子的芯部 0形環密封件 被動銷 15

Claims (1)

1284724 十、申請專利範圍： 1 · 一種徑向迴轉接頭，具有至少一轉子（4 )和至少 止件（1)，其中該至少一轉子（4)具有至少兩 面，且其中在該靜止件和該轉子之間設有兩具有 至少兩密封面的滑動環（2，3 )，其中該滑動環 3)的密封面（15，17)與該轉子的密封面（16 共同作用，該迴轉接頭還具有至少一對在該共同 的密封面（15，16 ; 17，18 )之間的徑向輸入通 其中該轉子（4 )密封面的法線沿軸向指向相互遠 方向，該滑動環（2，3 )的密封面的法線沿軸向 相向的方向，其特徵在於對該滑動環進行流體靜 償。 2. 根據申請專利範圍第1項之徑向迴轉接頭，其 爲：對該滑動環進行90%至100%之間，尤其是 %的流體靜力補償。 3. 根據申請專利範圍第1項之徑向迴轉接頭，其 爲：該轉子（4)係為單件。 4. 根據申請專利範圍第1項之徑向迴轉接頭，其 爲：該轉子（4)具有一環形凸台（7)，該凸台 側或端側的部分形成或具有密封面。 5. 根據申請專利範圍第1項之徑向迴轉接頭，其 爲：該靜止件（1 )具有U形輪廓的橫截面並形 一靜 密封 總共 (2， 18 ) 作用 道， 離的 指向 力補 特徵 約95 特徵 特徵 的端 特徵 成一 16 1284724 環形環繞的保持件，其中該U形輪廓的分支在外 向包圍作用在該滑動環（2，3 )和該轉子（4 )或 子的部分上。 6. 根據申請專利範圍第5項之徑向迴轉接頭，其 爲：該靜止件（1 )由一具有L形輪廓的橫截面 和一固定在其上面的將L形輪廓補充成一 U形輪 環（5 )組成。 7. 根據申請專利範圍第5項之徑向迴轉接頭，其 爲：該滑動環（2，3 )設置在該U形靜止件（1 臂和該轉子（4 )的環形凸台（7 )之間。 8. 根據申請專利範圍第6項之徑向迴轉接頭，其 爲：該滑動環（2，3 )設置在U形靜止件（1 ) 和該轉子（4)的環形凸台（7)之間。 9. 根據申請專利範圍第1項之徑向迴轉接頭，其 爲：該滑動環（2，3 )由一種工業陶瓷或硬質合 成。 10. 根據申請專利範圍第1項之徑向迴轉接頭，其 爲：用環形的泄漏腔密封件（3 5 ’，3 6 ’）相對於 區域（37’），密封迴轉接頭位於滑動環密封件（ 1 6 ’ 和 1 7 ’，1 8 ’）之外的泄漏腔（3 1 ’，3 3 ’，3 4 ’） 1 1.根據申請專利範圍第4項之徑向迴轉接頭，其 爲：轉子（4”）係為多件式，並具有至少一芯部（ 部軸 該轉 特徵 的環 廓的 特徵 )的 特徵 的臂 特徵 金製 特徵 週邊 15，， 〇 特徵 3 8”） 17 1284724 和至少一套上的壤（3 ， 太 的端側或端側的〜 套上的,裏（39”） 幻°卩分形成或具有密封面。 1 2 ·根據申清專利範圍μ 固第π項之徑向迴轉 Α 爲：該至少一套上& 符伐頌具特徵 去上的環（39，，）用 盥該至少一芯邻r 至 一被動銷（42，，） ，、 夕〜。P ( 38”）連接。 1 3 ·根據申請專利範圍链 固第1至1 2項中饪— _ 頭，其特徵爲：兮、π & 員之徑向迴轉接 成迴轉接頭呈右1 ^ 小於20mm，特別’、、於40mm，尤其是 特別較佳爲18mm的輪向· 14·根據申請專利範 X 圓第Ϊ至12項中任一 頭，其待徵爲··公^ + 一項之徑向迴轉接 A辦直徑即軸的吉你^ 高度之比大於；[，，甘 直^與迴轉接頭軸向 疋其是大於1.5，牲則“ 15·根據申請專利範園 ，較佳大於2。 间罘1至1 2項中任一 一 頭，其特徵爲：迴M & 貝之徑向迴轉接 k轉接頭的徑向厚声盥甘、 間的最大比值小於 、 又〜八么稱直徑之 ，尤其是小於1 小於1/6。 ' ’特別較佳地 16·根據申請專利範圍 Μ _ 項之控向迴轉拉筛 爲··公稱直徑即軸碩，其特徵 #… 的直挺與迴轉接頭轴向汽声+ 於1，尤其是大於1 5好 Π阿度之比大 5，特別較佳大於2。 •根據申請專利範圍第 項之徑向迴轉接涵 爲：迴轉接頭的徑向厚6 碩，其特徵 U予度與其公稱直栌 值小於1/3,尤其是小 ：之間的最大比 丨於1/4’特別較佳地小於1/6。 18 1284724 1 8.根據申請專利範圍第1 6項之徑向迴轉接頭，其特徵 爲：迴轉接頭的徑向厚度與其公稱直徑之間的最大比 值小於1/3，尤其是小於1/4，特別較佳地小於1/6。 19 1284724 七、指定代表圖： (一） 、本案指定代表圖為：第1圖。 (二） 、本代表圖之元件代表符號簡單說明： 1 靜 止 件 2 滑 動 環 3 滑 動 環 4 轉 子 5 環 6 0 形 環 7 環 形 凸 台 8 0 形 環 密封件 9 0 形 環 密封件 10 流 通 通 道 11 流 通 通 道 12 流 通 通 道 13 流 通 通 道 14 内 腔 15 滑 動 面 16 滑 動 面 17 滑 動 面 18 滑 動 面 19 彈 簧 20 彈 簧 21 密 封 環 22 密 封 環 2 3 銷 24 銷 41” 0 形 環 密封件 42” 被 動 銷 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示 發明特徵的化學式： 本案無化學式 4