WO2009109355A1 - Rotary union - Google Patents

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WO2009109355A1
WO2009109355A1 PCT/EP2009/001490 EP2009001490W WO2009109355A1 WO 2009109355 A1 WO2009109355 A1 WO 2009109355A1 EP 2009001490 W EP2009001490 W EP 2009001490W WO 2009109355 A1 WO2009109355 A1 WO 2009109355A1
Authority
WO
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rotary feedthrough
stator
sealing
rotor
feedthrough according
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/001490
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Daniel Birlinger
Original Assignee
Hunger Maschinen Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunger Maschinen Gmbh filed Critical Hunger Maschinen Gmbh
Publication of WO2009109355A1 publication Critical patent/WO2009109355A1/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L39/00Joints or fittings for double-walled or multi-channel pipes or pipe assemblies
    • F16L39/06Joints or fittings for double-walled or multi-channel pipes or pipe assemblies of the multiline swivel type, e.g. comprising a plurality of axially mounted modules
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/02Swivel joints in hose-lines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L27/00Adjustable joints, Joints allowing movement
    • F16L27/08Adjustable joints, Joints allowing movement allowing adjustment or movement only about the axis of one pipe
    • F16L27/087Joints with radial fluid passages

Definitions

  • the invention relates to a rotary feedthrough with a stator and a rotatably mounted in the stator by means of a rotationally symmetrical guide surface, rotatable about an axis rotor, wherein the stator at least a first fluid conduit and the rotor has at least one second fluid conduit, each opening in the guide surface and during rotation the rotor in the stator are in communication with each other, and further wherein axially adjacent to the mouth at least one annular seal is provided, in which an arranged in the stator or the rotor, annular sealing body is pressed with a predetermined contact pressure against the rotor or the stator.
  • the invention further relates to a method for operating a rotary feedthrough.
  • the invention relates to a use of a rotary feedthrough.
  • Rotary unions are well known, for example from DE 40 19 987 C2.
  • boring bars in derricks are successively screwed together in drilling down a borehole to form an increasingly longer drill string.
  • an aggregate is used, which is arranged around the end of a first boring bar to be screwed in and fixed in space.
  • the rotary union serves to supply a working fluid (or more) of, for example, 150 bar pressure and a control fluid (or more) of lower pressure to the boring tool for the boring bars.
  • the screwing in takes place at a relatively low speed in the range between 15 and 25 rpm, depending on the steepness of the respective thread.
  • the pressure is removed and drilling can continue.
  • the device remains on the drill rod, so it rotates with this idle.
  • drilling a much higher speed is set, for example, from 90 to 100 U / min.
  • Rotary feedthroughs are also known, for example from the already mentioned DE 40 19 987 C2, which use a hydrostatic seal, for example a gap seal.
  • a hydrostatic seal for example a gap seal.
  • the invention is based on the object, a rotary feedthrough, a use and a method of the type mentioned in such a way that the above-mentioned disadvantages are avoided.
  • the leakage rate of the rotary feedthrough should be low and in the idle phase, the seal friction low.
  • this object is achieved in that means are provided to selectively press the sealing body with at least two different contact pressures.
  • the object is achieved in that the rotary feedthrough is operated with high contact pressure and small peripheral speed of the guide surface when the fluid lines are subjected to a fluid under working pressure, and with low contact pressure and high peripheral speed is operated when the fluid lines are depressurized.
  • the contact pressure of the seals in the rotary feedthrough is set differently, namely in the working phase high and low in the idling phase.
  • the leak rate is kept low in the working phase and reduced in the idle phase, the seal wear, and the gaskets heat up only slightly.
  • a contact pressure is substantially equal to zero.
  • This measure has the advantage that at idle the wear and thus the heating of the seals are reduced to a minimum.
  • the sealing body arranged in the stator is out of contact with the rotor at a contact pressure or vice versa.
  • This measure has the advantage that during the working phase, the seal is fully biased and fully sealed almost without leakage. In the idle phase, however, the individual pressure rotary seals are not in contact with their respective mating surface.
  • This measure has the advantage that the rotary feedthrough is completely sealed to the outside even if the rotary pressure seals in the idle phase are not in contact with their respective mating surface.
  • the further seals are designed as shaft seals.
  • This measure has the advantage that commercially available components can be used.
  • stator has a relative to the stator movable sealing bush, wherein the sealing body is arranged in the sealing bush and the contact pressure varies depending on the position of the sealing bushing relative to the stator.
  • This measure has the advantage that the contact pressure can be changed by simply moving the sealing bushing.
  • the at least first fluid conduit in the sealing bushing contains a first annular groove, wherein the sealing bush is displaceable in the direction of the axis and the regions are formed as second annular grooves in the guide surface of the rotor adjacent to the first annular grooves.
  • This measure has the advantage that the mechanical adjustment can be performed by a simple axial movement.
  • annular grooves have a rounded cross-sectional shape, and that preferably the sealing body rests with a tapered bearing side on the guide surface.
  • This measure has the advantage that in the process of the sealing bush, the sealing body is continuous, i. without jerky transition, is relaxed from its biased position, in which he then preferably no longer touches its respective mating surface. In this case, the contact pressure can be reduced to virtually zero, when the tapered bearing side dips into the rounded cross-sectional shape.
  • the sealing bush is hydraulically displaceable.
  • This measure has the advantage that the displacement of the sealing bush and thus the change in the contact pressure can be remotely controlled and quickly.
  • the sealing bush is preferably formed at the end as an annular piston, and the annular piston runs in an annular cylinder formed by the stator. This measure has the advantage that a compact size is created.
  • the sealing bush is hydraulically displaceable by means of a fluid tapped from one of the fluid lines.
  • This measure has the advantage that the need for separate fluid lines for moving the sealing bush is eliminated.
  • a channel opens into the guide surface, and the channel is substantially depressurized.
  • This measure has the advantage that changes in shape in the area of the fluid lines and the seals can be kept low, in particular in the area of fluid lines which serve as control lines.
  • the channel leads to a lateral pressure chamber which is bounded on the one hand by a further seal and on the other hand by an annular seal.
  • This measure has the advantage that a possibly accumulating pressure by moving the sealing bushing can not affect the shaft seals, which typically only withstand a pressure of up to 5 bar.
  • the rotor is mounted in the stator by means of two bearings arranged axially on both sides of the sealing bush, wherein in each case a cavity is located between the bearings and the sealing bush, and the cavities are connected to one another via a leakage line.
  • the leakage line runs axially through the sealing bushing.
  • This measure has the advantage that the cable routing is particularly simple and short.
  • the leakage line extends axially through the rotor.
  • This measure has the advantage that more installation space is available. As a result, the leakage line can be dimensioned with a larger diameter. Accordingly, a pressure equalization is possible even with rapid changes in position of the sealing bush with a small time constant.
  • the bearings are preferably sealed on their side facing away from the sealing bushing to the outside via the other seals and preferably designed as shaft sealing rings. Further preferably, the shaft seals are provided with an axially inner sealing lip and with an axially outer dust protection lip.
  • This measure has the advantage that air ingress is avoided in the area of the shaft sealing rings, in particular in the event of a rapid change in position of the sealing bushing.
  • the dust protection lip then has the additional advantage that it rests on the vacuum side and provides protection against air ingress.
  • the small peripheral speed is below 0.5 m / s
  • the high contact pressure is between 100 and 200 bar, preferably about 150 bar, further preferably is the high peripheral speed above 0.5 m / s, and the low contact pressure is in particular less than 0.5 bar.
  • Figure 1 is a side view of an embodiment of an inventive
  • Figure 2 shows a longitudinal section through the rotary feedthrough of Figure 1 along the line II-II;
  • FIG. 3 shows a detail of FIG. 2 in a working phase on a greatly enlarged scale
  • Figure 4 is a view like Figure 3, but for an idle phase
  • Figure 5 in greatly enlarged scale a cross-sectional view of a
  • FIG. 1 and 2 designates a rotary union as a whole.
  • the rotary leadthrough 10 has a stator 12 and a rotor 14 rotatable in the stator 12.
  • the axis of rotation of the rotor 14 is denoted by 16, and the rotation is indicated by an arrow 18.
  • the stator 12 and the rotor 14 both preferably have substantially the shape of a hollow cylinder, as can be seen clearly from FIG.
  • the longitudinal axis of the hollow cylinder coincides with the axis of rotation 18.
  • the rotary feedthrough is about 600 mm long and has a diameter of about 420 mm.
  • this is just one of many possible examples.
  • the rotor 14 has a first sleeve 20.
  • Axial channels extend in the first sleeve 20, one of which is shown at 22 in FIG.
  • From the inner end of the axial channel 22 is a radial channel 24, which opens at an outer surface of the first sleeve 22.
  • the outer end of the axial channel 22 terminates in a port 26 in a left end side 28 of the rotor 14 in FIG.
  • a plurality of such channels 22, 24, 26 or lines over the circumference of the first sleeve 20 and the end face 28 may be distributed, for example, seven or nine such channels.
  • Working channels usually have a larger cross-section and conduct a working fluid, which is needed for example for actuating piston-cylinder units.
  • Control lines usually have a smaller cross-section and conduct a fluid which is needed for actuating control elements, in particular valves.
  • end bearings 32a and 32b are arranged, which rotatably support the rotor 14 in the stator 12.
  • the bearings 32a and 32b are in Figure 2 shown only schematically, because this type of storage is known in the art.
  • the stator 12 has a second sleeve 40, which is arranged coaxially with the first sleeve 20.
  • the second sleeve 40 is provided with a window 42.
  • the sealing bushing 50 is axially displaceably mounted between the sleeves 20 and 40, as indicated by a double arrow 51. In the direction of rotation 18, however, it is connected to the stator 12, so that it forms part of the stator 12.
  • the sealing bushing 50 is provided with a plurality of ports, namely working ports 52 and control ports 54 associated with the above-mentioned working or control ports.
  • the terminals 52 and 54 are accessible through the window 42, wherein the window 42 is dimensioned so that this accessibility over the full displacement (arrow 51) of the sealing bushing 50 is maintained.
  • the fluid lines connected to the ports 52 and 54 from the outside are formed at least over a certain length as flexible hose lines to follow the displacement of the sealing bushing 50 can.
  • the sealing bushing 50 Between the sealing bushing 50 and the bearings 32a and 32b, there are a right pressure chamber 58 and a left pressure chamber 60 in FIG. 2.
  • the sealing bushing 50 By introducing a fluid into one of the two pressure chambers 58 and 60, the sealing bushing 50 can be displaced axially in the direction of the arrow 51 , The required for the displacement fluid pressure in the pressure chambers 58 and 60 can be conveniently provided by the working or the control pressure is tapped in one of the working or control channels (not shown). This can be effected, for example, in that the pressure chambers 58 and 60 are pressurized earlier in time than a tapped annular groove 62 or 64. Then the sealing bushing 50 is already in the desired end position, if the corresponding other connections 52 and 54, respectively Pressure is given.
  • first annular grooves 62 are designed as working channels and second annular grooves 64 as control channels.
  • the first annular grooves 62 are outside the plane of the drawing of Figure 2 with the working ports 62, and the second annular grooves 64 are connected to the control terminals 54 in connection.
  • ring seals 66 may still be located in the inner peripheral surface of the sealing bushing 50, of which only four are shown next to the second annular grooves 64 in FIG. 2 for the sake of clarity.
  • one will provide the ring seals 66 only on both sides of the larger pressure annular grooves 62 and for reasons of space on both sides of the smaller control annular grooves 64 renounce.
  • further seals 68a, 68b are provided on the bearings 32a, 32b, which are preferably formed as shaft seals, as will be explained below with reference to FIG 5.
  • the further seals 68a, 68b are designed for the high rotational speeds of the leevierphase and, for example, for an operating pressure of 5 bar maximum.
  • radial pressure relief lines 70 may be provided in the sealing bushing, which open between the optional ring seals 66 in the inner peripheral surface of the sealing bushing 50.
  • the leftmost pressure relief line 70 in Figure 2 has a left axial branch 72a leading to a left pressure relief cavity 73a.
  • the cavity 73a is located between the left in Figure 2 bearing 32a and the adjacent thereto radial end face of the sealing bushing 50.
  • a right axial branch 72b and a right cavity 73b can be seen, the right Cavity 73b in the operating position shown in Figure 2 has the volume zero.
  • an axial manifold 78 is provided in the sealing bush 50.
  • the optionally provided pressure relief lines 70 are connected to the manifold 78. This is in turn connected to a terminal 80, which is also accessible through the window 42 from the outside.
  • the port 80 is connected to a pressureless fluid tank. Therefore, the line system formed from the lines 70, 72, 78 is depressurized or is at a very low pressure level of less than 0.5 bar.
  • the optional pressure relief lines 70 are arranged in particular between the annular grooves 64 belonging to the control connections 54.
  • the channels 70 ensure that, for example, an increase in pressure in an annular groove 64, the optional annular seal 66 deformed, but this does not affect the adjacent annular groove 64 in such a way that changes by a change in volume, the pressure in the adjacent annular groove 64, because the channel 70th depressurized and connected to a tank.
  • the pressure relief lines are useful in many cases, but they can be omitted in other cases.
  • the branches 72a and 72b, together with the manifold 78 as a leakage line connect the cavities 73a and 73b with each other.
  • an oil volume is moved because the volumes of the cavities 73a and 73b change in opposite directions.
  • an overpressure is created in the left-hand cavity 73a and a negative pressure in the right-hand cavity 73b.
  • the pressure compensation then takes place via the leakage line 72a-78-72b.
  • this pressure equalization depends on how fast the displaced oil volume can flow through the leakage line 72a-78-72b. Even if the cross section of the leakage line 72a-78-72b is made large, the time constant of the pressure compensation remains finite.
  • the leakage line 72a-78-72b passes through the sealing bushing 50.
  • the leakage line in the rotor 14 (not shown), wherein the leakage line then similar to the axial channel 22, so with a larger cross section and the cavities 73a and 73b would connect.
  • the non-pressurized port 80 would continue accordingly radially inward.
  • one has in the dimensioning and arrangement of the annular grooves 62 and 64 more degrees of freedom.
  • one will then place the larger pressure annular grooves 62 on one axial side and the smaller control annular grooves 64 on the other axial side and concentrate all the annular grooves 62, 64 in the axial center to avoid complicated holes near the end surfaces ,
  • the cavity 73a - and correspondingly also the cavity 73b - is bounded by the further seal 68a and in the working phase by the optional ring seal 66. This has the consequence that a possibly accumulating pressure by moving the sealing bushing 50 can not affect the further seal 68a, which, as mentioned, withstands only a lower operating pressure.
  • the ring seals 66 are formed by third, rectangular annular grooves 82, in whose base an elastic O-ring 84 is inserted. On the O-ring 84, an annular, largely inelastic sealing body 86 is placed. The sealing body is provided on its inner circumference with a support side 88, which is preferably designed to be tapered. Such ring seals are known in the art.
  • FIG. 3 shows a working state of the rotary feedthrough in which the working channels are pressurized, for example with an operating pressure of 150 bar, and in which the rotor 14 rotates in the stator 12 with low peripheral speed v of the outer peripheral surface of less than 0.5 m / s. In rotary unions of conventional size, as exemplified above, this corresponds to a speed range of, for example, 15 to 25 U / min.
  • Figure 4 shows an idle state of the rotary feedthrough in which the working channels are substantially unpressurized and in which rotates the rotor 14 in the stator 12 at high circumferential speed v of the outer peripheral surface 30 of more than 0.5 m / s, which in the aforementioned size one Speed range of, for example, 90 to 100 rev / min corresponds.
  • the rotary feedthrough 50 is preferably axially positioned so that the first annular grooves 62 are substantially aligned with the radial channels 24.
  • the working fluid can flow unhindered from the working ports 52 in the stator 12 to the axial channels 22 and the terminals 26 in the rotor 14, as indicated by arrows 92.
  • the bearing sides 88 of the ring seals 66 rest on the cylindrical outer peripheral surface 30 of the rotor 14.
  • the depth and the width of the third annular grooves 82 are dimensioned such that the O-rings 84 are radially compressed in this state, so that a high contact pressure of the bearing sides 88 on the outer peripheral surface 30 is formed and thus a high sealing effect or a low leakage rate in particular between the annular grooves 62 is effected.
  • the pressure relief acts through the pressure relief lines 70 between the annular seals 66.
  • the pressure relief bends, as mentioned, in particular an influence of the control annular grooves 64 with each other by changing the behavior of one ring seal 66 to the next ring seal 66 by deformation of the latter, because the adjacent ring seals 66 are separated from each other by one of the unpressurized pressure relief lines 70.
  • fourth annular grooves 94 are now introduced in the region of the annular seals 66, which preferably have a rounded axial profile at the bottom. These fourth annular grooves are inactive in the working state shown in FIG.
  • the annular grooves 94 are adapted to receive a non-preloaded annular seal 66, wherein the annular seal 66 preferably in a working position, which is determined by an axial end position of the sealing bushing 50 does not touch their mating surface in the outer peripheral surface 30.
  • the sealing bush 50 shifts to the position shown in Figure 4. In this position, the working port 52 and the first annular groove 62 are offset axially by an amount .DELTA.z with respect to the radial channel 24.
  • the sealing bodies 86 can now constantly slide into this 94 due to the rounded shape of the fourth annular grooves.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of an embodiment of the further seal 68a, which embodiment can of course also be selected for the further seal 68b.
  • the seal 68a is designed with an annular groove 100 into which a shaft seal 102 is inserted.
  • Shaft seal of this type are known per se, for example from DE 867 189 C.
  • the shaft seal 102 has axially inside a sealing lip 104 which is biased by a sealing spring.
  • a dust protection lip 108 is provided axially on the outside. The lips 104 and 108 ride on a surface 110 of the first sleeve 20.

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Abstract

A rotary union has a stator (12) and a rotor (14), which is mounted in the stator (12) using a rotationally-symmetric guide face (30) and can be rotated about an axis (16). The stator (12) has at least one first fluid line (52, 54, 62, 64, 90) and the rotor (14) has at least one second fluid line (22, 24, 26), which each open into the guide face (30) and are connected to one another upon rotation of the rotor (14) in the stator (12). Furthermore, at least one annular seal (66) is provided axially adjacent to the mouth, in which an annular seal body (86), which is disposed in the stator (12) or the rotor (14), is pressed at predetermined contact pressure against the rotor (14) or stator (12). Means are provided in order to press on the seal body (86) alternately using at least two different contact pressures.

Description

Drehdurchführung Rotary union
Die Erfindung betrifft eine Drehdurchführung mit einem Stator und einem in dem Stator mittels einer rotationssymmetrischen Führungsfläche gelagerten, um eine Achse drehbaren Rotor, wobei der Stator mindestens eine erste Fluidleitung und der Rotor mindestens eine zweite Fluidleitung aufweist, die jeweils in der Führungsfläche münden und bei Rotation des Rotors im Stator miteinander in Verbindung stehen, und wobei ferner axial neben der Mündung mindestens eine Ringdichtung vorgesehen ist, bei der ein in dem Stator oder dem Rotor angeordneter, ringförmiger Dichtkörper mit vorgegebenem Anpressdruck gegen den Rotor oder den Stator gedrückt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Drehdurchführung.The invention relates to a rotary feedthrough with a stator and a rotatably mounted in the stator by means of a rotationally symmetrical guide surface, rotatable about an axis rotor, wherein the stator at least a first fluid conduit and the rotor has at least one second fluid conduit, each opening in the guide surface and during rotation the rotor in the stator are in communication with each other, and further wherein axially adjacent to the mouth at least one annular seal is provided, in which an arranged in the stator or the rotor, annular sealing body is pressed with a predetermined contact pressure against the rotor or the stator. The invention further relates to a method for operating a rotary feedthrough.
Die Erfindung betrifft schließlich eine Verwendung einer Drehdurchführung.Finally, the invention relates to a use of a rotary feedthrough.
Wenn in einem gehäusefesten Aggregat ein unter Druck stehendes Fluid zu einer relativ zum Aggregat rotierenden Vorrichtung übertragen werden soll, wird eine Drehdurchführung verwendet. Drehdurchführungen sind allgemein bekannt, beispielsweise aus der DE 40 19 987 C2.When a fluid under pressure is to be transferred to a device rotating relative to the unit in a housing-fixed unit, a rotary feedthrough is used. Rotary unions are well known, for example from DE 40 19 987 C2.
Bei einem im Rahmen der vorliegenden Erfindung typischen Anwendungsfall werden Bohrstangen in Bohrtürmen beim Niederbringen einer Bohrung sukzessiv aneinander geschraubt, um ein immer längeres Bohrgestänge zu bilden. Zum endseitigen Ver- schrauben der Bohrstangen wird ein Aggregat verwendet, das um das einzuschraubende Ende einer ersten Bohrstange herum angeordnet und raumfest ist. In dem Aggregat befindet sich eine Vorrichtung, die fest mit dem einzuschraubenden Ende verbunden ist und sich beim Einschrauben mit diesem dreht. Die Drehdurchführung dient dazu, ein Arbeitsfluid (oder mehrere) von beispielsweise 150 bar Druck sowie ein Steuerfluid (oder mehrere) mit niedrigerem Druck dem Hebewerkzeug für die Bohrstangen zuzuführen.In a typical application in the context of the present invention, boring bars in derricks are successively screwed together in drilling down a borehole to form an increasingly longer drill string. For end screwing the boring bars an aggregate is used, which is arranged around the end of a first boring bar to be screwed in and fixed in space. In the unit is a device that is firmly connected to the end to be screwed and rotates when screwed with this. The rotary union serves to supply a working fluid (or more) of, for example, 150 bar pressure and a control fluid (or more) of lower pressure to the boring tool for the boring bars.
Das Einschrauben erfolgt mit relativ niedriger Drehzahl im Bereich zwischen 15 und 25 U/min, je nach Steilheit des jeweiligen Gewindes. Wenn das einzuschraubende Ende in das gegenüberliegende Ende der nächsten Bohrstange vollständig eingeschraubt ist, wird der Druck weggenommen, und der Bohrvorgang kann fortgesetzt werden. Die Vorrichtung verbleibt dabei an der Bohrstange, dreht sich also mit dieser im Leerlauf mit. Beim Bohren wird eine wesentlich höhere Drehzahl eingestellt, beispielsweise von 90 bis 100 U/min.The screwing in takes place at a relatively low speed in the range between 15 and 25 rpm, depending on the steepness of the respective thread. When the end to be screwed is fully threaded into the opposite end of the next drill rod, the pressure is removed and drilling can continue. The device remains on the drill rod, so it rotates with this idle. When drilling a much higher speed is set, for example, from 90 to 100 U / min.
Bei dieser und zahlreichen anderen Anwendungen besteht ein Problem darin, dass die in der Drehdurchführung vorgesehenen Dichtungen dann, wenn in einer Arbeitsphase Fluid unter hohem Druck durch die Drehdurchführung fließt, mit hohem Anpressdruck betrieben werden müssen, um zu verhindern, dass das unter hohem Druck stehende Fluid austritt. Solange die Drehdurchführung dabei mit niedriger Drehzahl und für begrenzte Zeiträume läuft, stellt dies kein Problem dar. Wenn die Drehzahl in einer anschließenden Leerlaufphase erhöht wird, dann stellt sich ein erhöhter Dichtungsverschleiß ein, auch dann, wenn während der Leerlaufphase kein Arbeitsdruck ansteht und die Dichtung nur durch eine Vorspannung angepresst wird. Die Dichtungen erwärmen sich dabei sehr stark, beispielsweise auf über 100 0C, was zu einer chemischen Veränderung und als Folge davon zu einer Unbrauchbarkeit des Fluids führt.In this and many other applications, there is a problem that the seals provided in the rotary feedthrough, when in a working phase fluid under high pressure flows through the rotary union, with high Contact pressure must be operated to prevent the high-pressure fluid escapes. As long as the rotary feedthrough is running at low speed and for limited periods of time, this poses no problem. If the speed is increased in a subsequent idling phase, then increased gasket wear sets in, even if there is no working pressure during the idling phase and the seal only pressed by a bias. The seals heat up very strongly, for example to over 100 ° C., which leads to a chemical change and, as a consequence, to a uselessness of the fluid.
Es sind auch Drehdurchführungen bekannt, beispielsweise aus der bereits genannten DE 40 19 987 C2, die eine hydrostatische Dichtung, beispielsweise eine Spaltdichtung, verwenden. Hier kommt es in der Leerlaufphase und in der Arbeitsphase zu keiner Dichtungsreibung. In der Arbeitsphase jedoch ist die Leckrate derartiger Dichtungen beträchtlich.Rotary feedthroughs are also known, for example from the already mentioned DE 40 19 987 C2, which use a hydrostatic seal, for example a gap seal. Here there is no seal friction in the idling phase and in the working phase. In the working phase, however, the leakage rate of such seals is considerable.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Drehdurchführung, eine Verwendung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend erläuterten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll in der Arbeitsphase die Leckrate der Drehdurchführung niedrig und in der Leerlaufphase die Dichtungsreibung gering sein.The invention is based on the object, a rotary feedthrough, a use and a method of the type mentioned in such a way that the above-mentioned disadvantages are avoided. In particular, in the working phase, the leakage rate of the rotary feedthrough should be low and in the idle phase, the seal friction low.
Bei einer Drehdurchführung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Mittel vorgesehen sind, um den Dichtkörper wahlweise mit mindestens zwei unterschiedlichen Anpressdrücken anzudrücken.In a rotary feedthrough of the type mentioned above, this object is achieved in that means are provided to selectively press the sealing body with at least two different contact pressures.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Drehdurchführung mit hohem Anpressdruck und kleiner Umfangsgeschwindigkeit der Führungsfläche betrieben wird, wenn die Fluidleitun- gen mit einem unter Arbeitsdruck stehenden Fluid beaufschlagt sind, und mit niedri- gern Anpressdruck und hoher Umfangsgeschwindigkeit betrieben wird, wenn die Fluidleitungen drucklos sind.In a method of the type mentioned above, the object is achieved in that the rotary feedthrough is operated with high contact pressure and small peripheral speed of the guide surface when the fluid lines are subjected to a fluid under working pressure, and with low contact pressure and high peripheral speed is operated when the fluid lines are depressurized.
Schließlich wir die Aufgabe gelöst durch eine Verwendung einer Drehdurchführung der vorstehend genannten Art zum Verschrauben von Bohrstangen von Bohrtürmen, beispielsweise für Erdöl- oder Erdgasbohrungen, insbesondere im Offshore-Bereich.Finally, we solved the problem by using a rotary feedthrough of the type mentioned above for screwing drill rods of derricks, for example, for oil or gas wells, especially in the offshore area.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object underlying the invention is completely solved in this way.
Erfindungsgemäß wird nämlich der Anpressdruck der Dichtungen in der Drehdurchführung unterschiedlich eingestellt, nämlich in der Arbeitsphase hoch und in der Leerlaufphase niedrig. Dadurch wird in der Arbeitsphase die Leckrate niedrig gehalten und in der Leerlaufphase der Dichtungsverschleiß vermindert, und die Dichtungen erhitzen sich nur unwesentlich. Dies macht die erfindungsgemäße Drehdurchführung besonders geeignet für den oben beschriebenen Anwendungsfall des Ver- schraubens von Bohrstangen von Bohrtürmen, beispielsweise von Erdöl- oder Erdgasbohrungen, insbesondere im Offshore-Bereich, allgemein gesprochen für alle Anwendungsfälle, in denen mit zwei unterschiedlichen Arbeitsgängen gearbeitet wird, wovon der eine sich durch eine niedrige Drehzahl mit unter Druck stehenden Kanälen und der andere durch eine hohe Drehzahl mit drucklosen Kanälen auszeichnet.According to the invention, namely, the contact pressure of the seals in the rotary feedthrough is set differently, namely in the working phase high and low in the idling phase. As a result, the leak rate is kept low in the working phase and reduced in the idle phase, the seal wear, and the gaskets heat up only slightly. This makes the rotary union according to the invention particularly suitable for the above-described application of screwing boring bars of derricks, for example oil or gas wells, in particular in the offshore sector, generally speaking for all applications in which two different operations are used, of which one characterized by a low speed with pressurized channels and the other by a high speed with no-pressure channels.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Anpressdruck im Wesentlichen gleich Null.In a preferred embodiment of the invention, a contact pressure is substantially equal to zero.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass im Leerlauf die Abnutzung und damit die Erwärmung der Dichtungen auf ein Minimum reduziert werden.This measure has the advantage that at idle the wear and thus the heating of the seals are reduced to a minimum.
Bevorzugt ist der im Stator angeordnete Dichtkörper bei einem Anpressdruck außer Kontakt mit dem Rotor bzw. umgekehrt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass während der Arbeitsphase die Dichtung voll vorgespannt ist und nahezu ohne Leckage voll abdichtet. In der Leerlaufphase hingegen sind die einzelnen Druck-Rotationsdichtungen nicht in Anlage an ihrer jeweiligen Gegenfläche.Preferably, the sealing body arranged in the stator is out of contact with the rotor at a contact pressure or vice versa. This measure has the advantage that during the working phase, the seal is fully biased and fully sealed almost without leakage. In the idle phase, however, the individual pressure rotary seals are not in contact with their respective mating surface.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn im stirnseitigen Bereich zwischen Stator und Rotor weitere Dichtungen vorgesehen sind.It is particularly preferred if further seals are provided in the frontal region between the stator and the rotor.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Drehdurchführung auch dann vollkommen nach außen abgedichtet ist, wenn sich die Rotations-Druckdichtungen in der Leerlaufphase nicht in Anlage an ihrer jeweiligen Gegenfläche befinden.This measure has the advantage that the rotary feedthrough is completely sealed to the outside even if the rotary pressure seals in the idle phase are not in contact with their respective mating surface.
Bei einer praktischen Realisierung dieses Ausführungsbeispiels sind die weiteren Dichtungen als Wellendichtringe ausgebildet.In a practical realization of this embodiment, the further seals are designed as shaft seals.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass handelsübliche Bauteile verwendet werden können.This measure has the advantage that commercially available components can be used.
Erfindungsgemäß ist weiter bevorzugt, wenn der Stator eine relativ zum Stator bewegliche Dichtungsbuchse aufweist, wobei der Dichtkörper in der Dichtungsbuchse angeordnet ist und der Anpressdruck in Abhängigkeit von der Position der Dichtungsbuchse relativ zum Stator variiert.According to the invention it is further preferred if the stator has a relative to the stator movable sealing bush, wherein the sealing body is arranged in the sealing bush and the contact pressure varies depending on the position of the sealing bushing relative to the stator.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der Anpressdruck durch einfaches Bewegen der Dichtungsbuchse verändert werden kann.This measure has the advantage that the contact pressure can be changed by simply moving the sealing bushing.
Dies gilt insbesondere dann, wenn der Rotor in der Führungsfläche mit Bereichen unterschiedlicher radialer Höhe versehen ist und der Dichtkörper bei einer Bewegung der Dichtungsbuchse über die Bereiche verfahren wird. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass das Verfahren der Dichtungsbuchse und damit die Veränderung des Anpressdrucks durch eine einfache Mechanik bewirkt werden kann.This is especially true when the rotor is provided in the guide surface with regions of different radial height and the sealing body is moved in a movement of the sealing bushing over the areas. This measure has the advantage that the method of the sealing bushing and thus the change of the contact pressure can be effected by a simple mechanism.
Bei einem bevorzugten praktischen Ausführungsbeispiel enthält die mindestens erste Fluidleitung in der Dichtungsbuchse eine erste Ringnut, wobei die Dichtungsbuchse in Richtung der Achse verschiebbar ist und die Bereiche als zweite Ringnuten in der Führungsfläche des Rotors neben den ersten Ringnuten ausgebildet sind.In a preferred practical embodiment, the at least first fluid conduit in the sealing bushing contains a first annular groove, wherein the sealing bush is displaceable in the direction of the axis and the regions are formed as second annular grooves in the guide surface of the rotor adjacent to the first annular grooves.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die mechanische Einstellung durch eine einfache axiale Bewegung ausgeführt werden kann.This measure has the advantage that the mechanical adjustment can be performed by a simple axial movement.
Eine besonders gute Wirkung wird in diesem Falle dadurch erzielt, dass die Ringnuten eine gerundete Querschnittsform aufweisen, und dass vorzugsweise der Dichtkörper mit einer sich verjüngenden Auflageseite auf der Führungsfläche aufliegt.A particularly good effect is achieved in this case that the annular grooves have a rounded cross-sectional shape, and that preferably the sealing body rests with a tapered bearing side on the guide surface.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass beim Verfahren der Dichtungsbuchse der Dichtkörper stetig, d.h. ohne ruckartigen Übergang, aus seiner vorgespannten Lage entspannt wird, in der er dann vorzugsweise seine jeweilige Gegenfläche nicht mehr berührt. Dabei kann der Anpressdruck praktisch auf Null reduziert werden, wenn die sich verjüngende Auflageseite in die gerundete Querschnittsform eintaucht.This measure has the advantage that in the process of the sealing bush, the sealing body is continuous, i. without jerky transition, is relaxed from its biased position, in which he then preferably no longer touches its respective mating surface. In this case, the contact pressure can be reduced to virtually zero, when the tapered bearing side dips into the rounded cross-sectional shape.
Besonders bevorzugt ist bei diesem Ausführungsbeispiel ferner, wenn die Dichtungsbuchse hydraulisch verschiebbar ist.In this embodiment, it is also particularly preferred if the sealing bush is hydraulically displaceable.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Verschiebung der Dichtungsbuchse und damit die Veränderung des Anpressdrucks ferngesteuert und schnell bewirkt werden kann.This measure has the advantage that the displacement of the sealing bush and thus the change in the contact pressure can be remotely controlled and quickly.
Hierzu ist vorzugsweise die Dichtungsbuchse endseitig als Ringkolben ausgebildet, und der Ringkolben läuft in einem durch den Stator gebildeten Ringzylinder. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine kompakte Baugröße entsteht.For this purpose, the sealing bush is preferably formed at the end as an annular piston, and the annular piston runs in an annular cylinder formed by the stator. This measure has the advantage that a compact size is created.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Dichtungsbuchse mittels eines aus einer der Fluidleitungen abgezapften Fluids hydraulisch verschiebbar.In a further embodiment of the invention, the sealing bush is hydraulically displaceable by means of a fluid tapped from one of the fluid lines.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Notwendigkeit gesonderter Fluidleitungen für das Verschieben der Dichtungsbuchse entfällt.This measure has the advantage that the need for separate fluid lines for moving the sealing bush is eliminated.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel mündet neben mindestens einer Ringdichtung ein Kanal in die Führungsfläche, und der Kanal ist im Wesentlichen drucklos.In another embodiment, in addition to at least one ring seal, a channel opens into the guide surface, and the channel is substantially depressurized.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass Formänderungen im Bereich der Fluidleitungen und der Dichtungen gering gehalten werden können, insbesondere im Bereich von Fluidleitungen, die als Steuerleitungen dienen.This measure has the advantage that changes in shape in the area of the fluid lines and the seals can be kept low, in particular in the area of fluid lines which serve as control lines.
Dabei ist bevorzugt, wenn der Kanal zu einem seitlichen Druckraum führt, der einerseits durch eine weitere Dichtung und andererseits durch eine Ringdichtung begrenzt ist.It is preferred if the channel leads to a lateral pressure chamber which is bounded on the one hand by a further seal and on the other hand by an annular seal.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass ein sich eventuell aufstauender Druck durch das Verschieben der Dichtungsbuchse sich nicht auf die Wellendichtringe auswirken kann, die typischerweise nur einem Druck von bis zu 5 bar standhalten.This measure has the advantage that a possibly accumulating pressure by moving the sealing bushing can not affect the shaft seals, which typically only withstand a pressure of up to 5 bar.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Rotor im Stator mittels zweier axial beidseits der Dichtungsbuchse angeordneter Lager gelagert, wobei sich zwischen den Lagern und der Dichtungsbuchse jeweils ein Hohlraum befindet, und die Hohlräume über eine Leckageleitung miteinander in Verbindung stehen. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass beim Verschieben der Dichtungsbuchse ein Druckausgleich zwischen den ringförmigen Hohlräumen an den beiden axialen Enden der Dichtungsbuchse stattfinden kann.In a further exemplary embodiment of the invention, the rotor is mounted in the stator by means of two bearings arranged axially on both sides of the sealing bush, wherein in each case a cavity is located between the bearings and the sealing bush, and the cavities are connected to one another via a leakage line. This measure has the advantage that during displacement of the sealing bush, pressure equalization can take place between the annular cavities at the two axial ends of the sealing bush.
Bei einer ersten Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels verläuft die Leckageleitung axial durch die Dichtungsbuchse.In a first development of this embodiment, the leakage line runs axially through the sealing bushing.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Leitungsführung besonders einfach und kurz ist.This measure has the advantage that the cable routing is particularly simple and short.
Bei einer zweiten Weiterbildung des Ausführungsbeispiels hingegen verläuft die Leckageleitung axial durch den Rotor.In a second embodiment of the embodiment, however, the leakage line extends axially through the rotor.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass mehr Einbauraum zur Verfügung steht. Dadurch kann die Leckageleitung mit größerem Durchmesser dimensioniert werden. Demzufolge ist ein Druckausgleich auch bei schnellen Lageänderungen der Dichtungsbuchse mit geringer Zeitkonstante möglich.This measure has the advantage that more installation space is available. As a result, the leakage line can be dimensioned with a larger diameter. Accordingly, a pressure equalization is possible even with rapid changes in position of the sealing bush with a small time constant.
Die Lager sind vorzugsweise auf ihrer von der Dichtungsbuchse abgewandten Seite nach außen über die weiteren Dichtungen abgedichtet und vorzugsweise als Wellen- dichtringe ausgebildet. Weiter vorzugsweise sind dabei die Wellendichtringe mit einer axial innen liegenden Dichtlippe sowie mit einer axial außen liegenden Staubschutzlippe versehen.The bearings are preferably sealed on their side facing away from the sealing bushing to the outside via the other seals and preferably designed as shaft sealing rings. Further preferably, the shaft seals are provided with an axially inner sealing lip and with an axially outer dust protection lip.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass im Bereich der Wellendichtringe ein Lufteintritt vermieden wird, insbesondere bei schneller Lageänderung der Dichtungsbuchse. Die Staubschutzlippe hat dann nämlich den zusätzlichen Vorteil, dass sie sich auf der Unterdruckseite anlegt und einen Schutz gegen Lufteintritt darstellt.This measure has the advantage that air ingress is avoided in the area of the shaft sealing rings, in particular in the event of a rapid change in position of the sealing bushing. The dust protection lip then has the additional advantage that it rests on the vacuum side and provides protection against air ingress.
Bei Ausfuhrungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt die kleine Umfangsgeschwindigkeit unterhalb von 0,5 m/s, und der hohe Anpressdruck beträgt zwischen 100 und 200 bar, vorzugsweise etwa 150 bar, ferner liegt vorzugsweise die hohe Umfangsgeschwindigkeit oberhalb von 0,5 m/s, und der niedrige Anpressdruck beträgt insbesondere weniger als 0,5 bar.In embodiments of the method according to the invention, the small peripheral speed is below 0.5 m / s, and the high contact pressure is between 100 and 200 bar, preferably about 150 bar, further preferably is the high peripheral speed above 0.5 m / s, and the low contact pressure is in particular less than 0.5 bar.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description. Show it:
Figur 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßenFigure 1 is a side view of an embodiment of an inventive
Drehdurchführung;Rotary union;
Figur 2 einen Längsschnitt durch die Drehdurchführung von Figur 1 entlang der Linie II-II;Figure 2 shows a longitudinal section through the rotary feedthrough of Figure 1 along the line II-II;
Figur 3 in stark vergrößertem Maßstab ein Detail aus Figur 2 in einer Arbeitsphase;FIG. 3 shows a detail of FIG. 2 in a working phase on a greatly enlarged scale;
Figur 4 eine Darstellung wie Figur 3, jedoch für eine Leerlaufphase; undFigure 4 is a view like Figure 3, but for an idle phase; and
Figur 5 in stark vergrößertem Maßstab eine Querschnittsdarstellung einesFigure 5 in greatly enlarged scale a cross-sectional view of a
Wellendichtrings, wie er vorzugsweise zum axialen Abdichten der Lager zwischen Stator und Rotor der erfindungsgemäßen Drehdurchführung verwendet werden kann. In Figur 1 und 2 bezeichnet 10 als Ganzes eine Drehdurchführung. Die Drehdurch- führung 10 weist einen Stator 12 und einen im Stator 12 drehbaren Rotor 14 auf. Die Drehachse des Rotors 14 ist mit 16 bezeichnet, und die Drehung ist mit einem Pfeil 18 angedeutet. Der Stator 12 und der Rotor 14 haben beide vorzugsweise im Wesentlichen die Gestalt eines Hohlzylinders, wie man deutlich aus Figur 2 erkennt. Die Längsachse der Hohlzylinder fällt mit der Drehachse 18 zusammen.Shaft seal, as it can be preferably used for axial sealing of the bearings between the stator and rotor of the rotary feedthrough according to the invention. In Fig. 1 and 2, 10 designates a rotary union as a whole. The rotary leadthrough 10 has a stator 12 and a rotor 14 rotatable in the stator 12. The axis of rotation of the rotor 14 is denoted by 16, and the rotation is indicated by an arrow 18. The stator 12 and the rotor 14 both preferably have substantially the shape of a hollow cylinder, as can be seen clearly from FIG. The longitudinal axis of the hollow cylinder coincides with the axis of rotation 18.
In einem praktischen Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Verwendung im Offshore-Bereich ist die Drehdurchführung etwa 600 mm lang und hat einen Durchmesser von etwa 420 mm. Es versteht sich jedoch, dass dies lediglich eines von vielen möglichen Beispielen ist.In a practical embodiment for the use according to the invention in the offshore sector, the rotary feedthrough is about 600 mm long and has a diameter of about 420 mm. However, it should be understood that this is just one of many possible examples.
Der Rotor 14 weist eine erste Hülse 20 auf. In der ersten Hülse 20 verlaufen axiale Kanäle, von denen in Figur 2 einer bei 22 dargestellt ist. Vom inneren Ende des axialen Kanals 22 geht ein radialer Kanal 24 ab, der an einer Außenoberfläche der ersten Hülse 22 mündet. Das äußere Ende des axialen Kanals 22 endet in einem Anschluss 26 in einer in Figur 2 linken Stirnseite 28 des Rotors 14.The rotor 14 has a first sleeve 20. Axial channels extend in the first sleeve 20, one of which is shown at 22 in FIG. From the inner end of the axial channel 22 is a radial channel 24, which opens at an outer surface of the first sleeve 22. The outer end of the axial channel 22 terminates in a port 26 in a left end side 28 of the rotor 14 in FIG.
Es versteht sich, dass eine Vielzahl derartiger Kanäle 22, 24, 26 oder Leitungen über den Umfang der ersten Hülse 20 bzw. der Stirnseite 28 verteilt sein kann, beispielsweise sieben oder neun derartige Kanäle. Dabei unterscheidet man zwischen Arbeitskanälen und Steuerkanälen. Arbeitskanäle haben üblicherweise einen größeren Querschnitt und leiten ein Arbeitsfluid, das beispielsweise zum Betätigen von Kolben- Zylinder-Einheiten benötigt wird. Steuerleitungen hingegen haben üblicherweise einen kleineren Querschnitt und leiten ein Fluid, das zum Betätigen von Steuerelementen, insbesondere von Ventilen, benötigt wird.It is understood that a plurality of such channels 22, 24, 26 or lines over the circumference of the first sleeve 20 and the end face 28 may be distributed, for example, seven or nine such channels. A distinction is made between working channels and control channels. Working channels usually have a larger cross-section and conduct a working fluid, which is needed for example for actuating piston-cylinder units. Control lines, on the other hand, usually have a smaller cross-section and conduct a fluid which is needed for actuating control elements, in particular valves.
Auf einer Außenumfangsfläche 30 des Rotors 14, die zugleich als Führungsfläche zwischen Stator 12 und Rotor 14 dient, sind endseitige Lager 32a und 32b angeordnet, die den Rotor 14 drehbar im Stator 12 lagern. Die Lager 32a und 32b sind in Figur 2 nur schematisch eingezeichnet, weil diese Art der Lagerung dem Fachmann bekannt ist.On an outer peripheral surface 30 of the rotor 14, which also serves as a guide surface between the stator 12 and the rotor 14, end bearings 32a and 32b are arranged, which rotatably support the rotor 14 in the stator 12. The bearings 32a and 32b are in Figure 2 shown only schematically, because this type of storage is known in the art.
Der Stator 12 weist eine zweite Hülse 40 auf, die koaxial zur ersten Hülse 20 angeordnet ist. Die zweite Hülse 40 ist mit einem Fenster 42 versehen.The stator 12 has a second sleeve 40, which is arranged coaxially with the first sleeve 20. The second sleeve 40 is provided with a window 42.
Zwischen der zweiten Hülse 40 und der ersten Hülse 20 befindet sich eine Dichtungsbuchse 50. Die Dichtungsbuchse 50 ist zwischen den Hülsen 20 und 40 axial verschiebbar gelagert, wie mit einem Doppelpfeil 51 angedeutet. In Drehrichtung 18 ist sie jedoch mit dem Stator 12 verbunden, so dass sie einen Bestandteil des Stators 12 bildet. Die Dichtungsbuchse 50 ist mit einer Mehrzahl von Anschlüssen versehen, nämlich mit Arbeitsanschlüssen 52 und mit Steueranschlüssen 54, die zu den oben erwähnten Arbeits- bzw. Steuerkanälen gehören. Die Anschlüsse 52 und 54 sind durch das Fenster 42 zugänglich, wobei das Fenster 42 so dimensioniert ist, dass diese Zugänglichkeit über den vollen Verschiebeweg (Pfeil 51) der Dichtungsbuchse 50 erhalten bleibt. Die an die Anschlüsse 52 und 54 von außen angeschlossenen Fluid- leitungen sind zumindest über eine bestimmte Länge als flexible Schlauchleitungen ausgebildet, um dem Verschiebeweg der Dichtungsbuchse 50 folgen zu können.Between the second sleeve 40 and the first sleeve 20 is a sealing bush 50. The sealing bushing 50 is axially displaceably mounted between the sleeves 20 and 40, as indicated by a double arrow 51. In the direction of rotation 18, however, it is connected to the stator 12, so that it forms part of the stator 12. The sealing bushing 50 is provided with a plurality of ports, namely working ports 52 and control ports 54 associated with the above-mentioned working or control ports. The terminals 52 and 54 are accessible through the window 42, wherein the window 42 is dimensioned so that this accessibility over the full displacement (arrow 51) of the sealing bushing 50 is maintained. The fluid lines connected to the ports 52 and 54 from the outside are formed at least over a certain length as flexible hose lines to follow the displacement of the sealing bushing 50 can.
Zwischen der Dichtungsbuchse 50 und den Lagern 32a und 32b befinden sich ein in Figur 2 rechter Druckraum 58 sowie ein linker Druckraum 60. Durch Einleiten eines Fluids in einen der beiden Druckräume 58 bzw. 60 kann die Dichtungsbuchse 50 in Richtung des Pfeils 51 axial verschoben werden. Der für das Verschieben erforderliche Fluiddruck in den Druckräumen 58 bzw. 60 kann zweckmäßigerweise dadurch bereitgestellt werden, dass der Arbeits- oder der Steuerdruck in einem der Arbeits- oder Steuerkanäle angezapft wird (nicht dargestellt). Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass die Druckräume 58 bzw. 60 zeitlich früher mit Druck beaufschlagt werden als eine angezapfte Ringnut 62 oder 64. Dann befindet sich die Dichtungsbuchse 50 bereits in der gewünschten Endlage, wenn auf die entsprechenden anderen Anschlüsse 52 bzw. 54 Druck gegeben wird. Auf der Innenumfangsfläche der Dichtungsbuchse 50 sind erste Ringnuten 62 als Arbeitskanäle sowie zweite Ringnuten 64 als Steuerkanäle ausgebildet. Die ersten Ringnuten 62 stehen außerhalb der Zeichenebene der Figur 2 mit den Arbeitsanschlüssen 62, und die zweiten Ringnuten 64 stehen mit den Steueranschlüssen 54 in Verbindung.Between the sealing bushing 50 and the bearings 32a and 32b, there are a right pressure chamber 58 and a left pressure chamber 60 in FIG. 2. By introducing a fluid into one of the two pressure chambers 58 and 60, the sealing bushing 50 can be displaced axially in the direction of the arrow 51 , The required for the displacement fluid pressure in the pressure chambers 58 and 60 can be conveniently provided by the working or the control pressure is tapped in one of the working or control channels (not shown). This can be effected, for example, in that the pressure chambers 58 and 60 are pressurized earlier in time than a tapped annular groove 62 or 64. Then the sealing bushing 50 is already in the desired end position, if the corresponding other connections 52 and 54, respectively Pressure is given. On the inner peripheral surface of the sealing bush 50, first annular grooves 62 are designed as working channels and second annular grooves 64 as control channels. The first annular grooves 62 are outside the plane of the drawing of Figure 2 with the working ports 62, and the second annular grooves 64 are connected to the control terminals 54 in connection.
Beidseits der Ringnuten 62 und 64 können sich in der Innenumfangsfläche der Dichtungsbuchse 50 noch Ringdichtungen 66 befinden, von denen in Figur 2 der Übersichtlichkeit halber nur vier neben den zweiten Ringnuten 64 dargestellt sind. Bevorzugt wird man die Ringdichtungen 66 nur beidseits der größeren Druck- Ringnuten 62 vorsehen und aus Platzgründen darauf beidseits der kleineren Steuer- Ringnuten 64 verzichten.On both sides of the annular grooves 62 and 64, ring seals 66 may still be located in the inner peripheral surface of the sealing bushing 50, of which only four are shown next to the second annular grooves 64 in FIG. 2 for the sake of clarity. Preferably, one will provide the ring seals 66 only on both sides of the larger pressure annular grooves 62 and for reasons of space on both sides of the smaller control annular grooves 64 renounce.
Im stirnseitigen Bereich der Drehdurchführung 10 sind an den Lagern 32a, 32b noch weitere Dichtungen 68a, 68b vorgesehen, die vorzugsweise als Wellendichtringe ausgebildet sind, wie weiter unten noch anhand der Figur 5 erläutert werden wird. Die weiteren Dichtungen 68a, 68b sind für die hohen Drehzahlen der Leelaufphase und beispielsweise für einen Betriebsdruck von maximal 5 bar ausgelegt.In the end region of the rotary feedthrough 10 further seals 68a, 68b are provided on the bearings 32a, 32b, which are preferably formed as shaft seals, as will be explained below with reference to FIG 5. The further seals 68a, 68b are designed for the high rotational speeds of the leelaufphase and, for example, for an operating pressure of 5 bar maximum.
Weiterhin können in der Dichtungsbuchse 50 radiale Druckentlastungsleitungen 70 vorgesehen sein, die zwischen den optionalen Ringdichtungen 66 in der Innenumfangsfläche der Dichtungsbuchse 50 münden. Die in Figur 2 ganz links gelegene Druckentlastungsleitung 70 hat eine linke axiale Abzweigung 72a, die zu einem linken Druckentlastungs-Hohlraum 73a führt. Der Hohlraum 73a befindet sich zwischen dem in Figur 2 linken Lager 32a und der dazu benachbarten radialen Stirnfläche der Dichtungsbuchse 50. In entsprechender Weise sind auf der rechten Seite der Dichtungsbuchse 50 eine rechte axiale Abzweigung 72b sowie ein rechter Hohlraum 73b zu erkennen, wobei der rechte Hohlraum 73b in der in Figur 2 dargestellten Betriebsstellung das Volumen Null hat. In der Dichtungsbuchse 50 ist eine axiale Sammelleitung 78 vorgesehen. Die optional vorgesehenen Druckentlastungsleitungen 70 sind mit der Sammelleitung 78 verbunden. Diese ist ihrerseits an einen Anschluss 80 angeschlossen, der ebenfalls durch das Fenster 42 von außen zugänglich ist. Der Anschluss 80 ist an einen drucklosen Fluidtank angeschlossen. Daher ist das aus den Leitungen 70, 72, 78 gebildete Leitungssystem drucklos bzw. befindet sich auf einem sehr niedrigen Druckniveau von weniger als 0,5 bar.Furthermore, 50 radial pressure relief lines 70 may be provided in the sealing bushing, which open between the optional ring seals 66 in the inner peripheral surface of the sealing bushing 50. The leftmost pressure relief line 70 in Figure 2 has a left axial branch 72a leading to a left pressure relief cavity 73a. The cavity 73a is located between the left in Figure 2 bearing 32a and the adjacent thereto radial end face of the sealing bushing 50. Similarly, on the right side of the sealing bushing 50, a right axial branch 72b and a right cavity 73b can be seen, the right Cavity 73b in the operating position shown in Figure 2 has the volume zero. In the sealing bush 50, an axial manifold 78 is provided. The optionally provided pressure relief lines 70 are connected to the manifold 78. This is in turn connected to a terminal 80, which is also accessible through the window 42 from the outside. The port 80 is connected to a pressureless fluid tank. Therefore, the line system formed from the lines 70, 72, 78 is depressurized or is at a very low pressure level of less than 0.5 bar.
Die optionalen Druckentlastungsleitungen 70 sind insbesondere zwischen den zu den Steueranschlüssen 54 gehörenden Ringnuten 64 angeordnet. Die Kanäle 70 sorgen dafür, dass beispielsweise eine Druckerhöhung in einer Ringnut 64 die optionale Ringdichtung 66 verformt, dies aber die benachbarte Ringnut 64 nicht in der Weise beeinflusst, dass sich durch eine Volumenveränderung der Druck in der benachbarten Ringnut 64 verändert, weil der Kanal 70 drucklos und mit einem Tank verbunden ist. Die Druckentlastungsleitungen sind in vielen Fällen zweckmäßig, sie können aber in anderen Fällen auch entfallen.The optional pressure relief lines 70 are arranged in particular between the annular grooves 64 belonging to the control connections 54. The channels 70 ensure that, for example, an increase in pressure in an annular groove 64, the optional annular seal 66 deformed, but this does not affect the adjacent annular groove 64 in such a way that changes by a change in volume, the pressure in the adjacent annular groove 64, because the channel 70th depressurized and connected to a tank. The pressure relief lines are useful in many cases, but they can be omitted in other cases.
Die Abzweigungen 72a und 72b verbinden zusammen mit der Sammelleitung 78 als Leckageleitung die Hohlräume 73a und 73b miteinander. Beim axialen Verfahren der Dichtungsbuchse 50 wird ein Ölvolumen bewegt, weil sich die Volumina der Hohlräume 73a und 73b gegenläufig ändern. Wird die Dichtungsbuchse 50 beispielsweise aus der in Figur 2 gezeigten Stellung nach links bewegt, dann entsteht im linken Hohlraum 73a ein Überdruck und im rechten Hohlraum 73b ein Unterdruck. Der Druckausgleich findet dann über die Leckageleitung 72a-78-72b statt. Dieser Druckausgleich ist natürlich davon abhängig, wie schnell das verdrängte Ölvolumen durch die Leckageleitung 72a-78-72b fließen kann. Auch wenn der Querschnitt der Leckageleitung 72a-78-72b groß gewählt wird, bleibt die Zeitkonstante des Druckausgleichs endlich.The branches 72a and 72b, together with the manifold 78 as a leakage line connect the cavities 73a and 73b with each other. In the axial movement of the sealing bushing 50, an oil volume is moved because the volumes of the cavities 73a and 73b change in opposite directions. If the sealing bushing 50 is moved to the left, for example, from the position shown in FIG. 2, an overpressure is created in the left-hand cavity 73a and a negative pressure in the right-hand cavity 73b. The pressure compensation then takes place via the leakage line 72a-78-72b. Of course, this pressure equalization depends on how fast the displaced oil volume can flow through the leakage line 72a-78-72b. Even if the cross section of the leakage line 72a-78-72b is made large, the time constant of the pressure compensation remains finite.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Leckageleitung 72a- 78-72b durch die Dichtungsbuchse 50. Das ergibt zwar einen kurzen Leitungsverlauf ohne Abknickungen, der Dimensionierung des Querschnitts sind aber Grenzen gesetzt, weil die Dichtungsbuchse 50 nur eine begrenzte radiale Dicke haben kann.In the embodiment shown in Figure 2, the leakage line 72a-78-72b passes through the sealing bushing 50. Although this results in a short line course without kinking, but the dimensioning of the cross section are limited, because the sealing bushing 50 can only have a limited radial thickness.
Alternativ kann daher vorgesehen sein, die Leckageleitung im Rotor 14 anzuordnen (nicht dargestellt), wobei die Leckageleitung dann ähnlich wie der axiale Kanal 22, also mit größerem Querschnitt verlaufen und die Hohlräume 73a und 73b miteinander verbinden würde. In diesem Falle würde der drucklose Anschluss 80 entsprechend radial nach innen weiter geführt.Alternatively, it can therefore be provided to arrange the leakage line in the rotor 14 (not shown), wherein the leakage line then similar to the axial channel 22, so with a larger cross section and the cavities 73a and 73b would connect. In this case, the non-pressurized port 80 would continue accordingly radially inward.
In diesem Falle hat man in der Dimensionierung und Anordnung der Ringnuten 62 und 64 mehr Freiheitsgrade. Bevorzugt wird man dann die größeren Druck- Ringnuten 62 auf der einen axialen Seite und die kleineren Steuer-Ringnuten 64 auf der anderen axialen Seite anordnen sowie alle Ringnuten 62, 64 in der axialen Mitte konzentrieren, um komplizierte Bohrungen in der Nähe der Stirnflächen zu vermeiden.In this case, one has in the dimensioning and arrangement of the annular grooves 62 and 64 more degrees of freedom. Preferably, one will then place the larger pressure annular grooves 62 on one axial side and the smaller control annular grooves 64 on the other axial side and concentrate all the annular grooves 62, 64 in the axial center to avoid complicated holes near the end surfaces ,
Der Hohlraum 73a - und entsprechend auch der Hohlraum 73b - wird durch die weitere Dichtung 68a und in der Arbeitsphase durch die optionale Ringdichtung 66 begrenzt. Dies hat zur Folge, dass ein sich eventuell aufstauender Druck durch das Verschieben der Dichtungsbuchse 50 sich nicht auf die weitere Dichtung 68a auswirken kann, die, wie erwähnt, nur einem niedrigeren Betriebsdruck standhält.The cavity 73a - and correspondingly also the cavity 73b - is bounded by the further seal 68a and in the working phase by the optional ring seal 66. This has the consequence that a possibly accumulating pressure by moving the sealing bushing 50 can not affect the further seal 68a, which, as mentioned, withstands only a lower operating pressure.
In den Figuren 3 und 4 sind Einzelheiten der erfindungsgemäßen Ringdichtungen 66 dargestellt.Details of the ring seals 66 according to the invention are shown in FIGS. 3 and 4.
Die Ringdichtungen 66 werden durch dritte, rechteckige Ringnuten 82 gebildet, in deren Grund ein elastischer O-Ring 84 eingelegt ist. Auf den O-Ring 84 ist ein ringförmiger, weitgehend unelastischer Dichtkörper 86 aufgelegt. Der Dichtkörper ist an seinem Innenumfang mit einer Auflageseite 88 versehen, die vorzugsweise verjüngt ausgebildet ist. Derartige Ringdichtungen sind dem Fachmann bekannt. Figur 3 zeigt einen Arbeitszustand der Drehdurchführung, in dem die Arbeitskanäle druckbeaufschlagt sind, beispielsweise mit 150 bar Betriebsdruck, und in dem sich der Rotor 14 im Stator 12 mit niedriger Umfangsgeschwindigkeit v der Außen - umfangsfläche von weniger als 0,5 m/s dreht. Bei Drehdurchführungen üblicher Baugröße, wie weiter oben beispielhaft angegeben, entspricht dies einem Drehzahlbereich von beispielsweise 15 bis 25 U/min.The ring seals 66 are formed by third, rectangular annular grooves 82, in whose base an elastic O-ring 84 is inserted. On the O-ring 84, an annular, largely inelastic sealing body 86 is placed. The sealing body is provided on its inner circumference with a support side 88, which is preferably designed to be tapered. Such ring seals are known in the art. FIG. 3 shows a working state of the rotary feedthrough in which the working channels are pressurized, for example with an operating pressure of 150 bar, and in which the rotor 14 rotates in the stator 12 with low peripheral speed v of the outer peripheral surface of less than 0.5 m / s. In rotary unions of conventional size, as exemplified above, this corresponds to a speed range of, for example, 15 to 25 U / min.
Figur 4 zeigt einen Leerlaufzustand der Drehdurchführung, in dem die Arbeitskanäle im Wesentlichen drucklos sind und in dem sich der Rotor 14 im Stator 12 mit hoher Umfangsgeschwindigkeit v der Außenumfangsfläche 30 von mehr als 0,5 m/s dreht, was bei der genannten Baugröße einem Drehzahlbereich von beispielsweise 90 bis 100 U/min entspricht.Figure 4 shows an idle state of the rotary feedthrough in which the working channels are substantially unpressurized and in which rotates the rotor 14 in the stator 12 at high circumferential speed v of the outer peripheral surface 30 of more than 0.5 m / s, which in the aforementioned size one Speed range of, for example, 90 to 100 rev / min corresponds.
Im Arbeitszustand der Figur 3 ist die Drehdurchführung 50 axial vorzugsweise so positioniert, dass die ersten Ringnuten 62 mit den radialen Kanälen 24 im Wesentlichen fluchten. Das Arbeitsfluid kann nun ungehindert von den Arbeitsanschlüssen 52 im Stator 12 zu den axialen Kanälen 22 und den Anschlüssen 26 im Rotor 14 strömen, wie mit Pfeilen 92 angedeutet.In the working state of FIG. 3, the rotary feedthrough 50 is preferably axially positioned so that the first annular grooves 62 are substantially aligned with the radial channels 24. The working fluid can flow unhindered from the working ports 52 in the stator 12 to the axial channels 22 and the terminals 26 in the rotor 14, as indicated by arrows 92.
In diesem Arbeitszustand liegen die Auflageseiten 88 der Ringdichtungen 66 auf der zylindrischen Außenumfangsfläche 30 des Rotors 14 auf. Die Tiefe und die Breite der dritten Ringnuten 82 sind dabei derart bemessen, dass die O-Ringe 84 in diesem Zustand radial zusammengedrückt werden, so dass ein hoher Anpressdruck der Auflageseiten 88 an der Außenumfangsfläche 30 entsteht und damit eine hohe Dichtwirkung bzw. eine niedrige Leckrate insbesondere zwischen den Ringnuten 62 bewirkt wird.In this working state, the bearing sides 88 of the ring seals 66 rest on the cylindrical outer peripheral surface 30 of the rotor 14. The depth and the width of the third annular grooves 82 are dimensioned such that the O-rings 84 are radially compressed in this state, so that a high contact pressure of the bearing sides 88 on the outer peripheral surface 30 is formed and thus a high sealing effect or a low leakage rate in particular between the annular grooves 62 is effected.
In diesem Zustand der mit hohem Fluiddruck beaufschlagten ersten und zweiten Ringnuten 62, 64 wirkt sich die Druckentlastung durch die Druckentlastungsleitungen 70 zwischen den Ringdichtungen 66 aus. Die Druckentlastung beugt, wie erwähnt, insbesondere einer Beeinflussung der Steuer-Ringnuten 64 untereinander durch Änderung des Verhaltens einer Ringdichtung 66 zur nächsten Ringdichtung 66 durch Verformung der Letzteren vor, weil die benachbarten Ringdichtungen 66 durch eine der drucklosen Druckentlastungsleitungen 70 voneinander getrennt sind.In this state of the high fluid pressure acted upon first and second annular grooves 62, 64, the pressure relief acts through the pressure relief lines 70 between the annular seals 66. The pressure relief bends, as mentioned, in particular an influence of the control annular grooves 64 with each other by changing the behavior of one ring seal 66 to the next ring seal 66 by deformation of the latter, because the adjacent ring seals 66 are separated from each other by one of the unpressurized pressure relief lines 70.
In der Außenumfangsfläche 30 sind nun im Bereich der Ringdichtungen 66 noch vierte Ringnuten 94 eingebracht, die vorzugsweise ein am Grund gerundetes Axialprofil aufweisen. Diese vierten Ringnuten sind in dem in Figur 3 dargestellten Arbeitszustand inaktiv. Die Ringnuten 94 sind so ausgelegt, dass sie eine nicht vorgespannte Ringdichtung 66 aufnehmen können, wobei die Ringdichtung 66 vorzugsweise in einer Arbeitsstellung, die durch eine axiale Endlage der Dichtungsbuchse 50 bestimmt ist, ihre Gegenlauffläche in der Außenumfangsfläche 30 nicht berührt.In the outer peripheral surface 30 fourth annular grooves 94 are now introduced in the region of the annular seals 66, which preferably have a rounded axial profile at the bottom. These fourth annular grooves are inactive in the working state shown in FIG. The annular grooves 94 are adapted to receive a non-preloaded annular seal 66, wherein the annular seal 66 preferably in a working position, which is determined by an axial end position of the sealing bushing 50 does not touch their mating surface in the outer peripheral surface 30.
Wenn nun vom Arbeitszustand in den Leerlaufzustand gewechselt wird, dann verschiebt sich die Dichtungsbuchse 50 in die in Figur 4 gezeigte Stellung. In dieser Stellung sind der Arbeitsanschluss 52 und die erste Ringnut 62 axial um einen Betrag Δz gegenüber dem radialen Kanal 24 versetzt. Die Dichtkörper 86 können nun infolge der abgerundeten Form der vierten Ringnuten 94 stetig in diese hineingleiten.If now is changed from the working state to the idle state, then the sealing bush 50 shifts to the position shown in Figure 4. In this position, the working port 52 and the first annular groove 62 are offset axially by an amount .DELTA.z with respect to the radial channel 24. The sealing bodies 86 can now constantly slide into this 94 due to the rounded shape of the fourth annular grooves.
In dieser Leerlaufstellung fluchten die vierten Ringnuten 94 mit den Ringdichtungen 66. Dies führt dazu, dass die Dichtkörper 86 mit ihrer Auflageseite 88 in die vierten Ringnuten 94 eingetreten sind. Dadurch entspannen sich die O-Ringe von 84 (Figur 3) nach 84' (Figur 4). Der Anpressdruck der Ringdichtungen 66 wird dadurch erheblich vermindert und kann sogar auf den Wert Null absinken. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Dichtkörper 86 in der Leerlaufstellung keinen Kontakt mit dem Rotor 14 haben, wie in Figur 4 dargestellt.In this neutral position, the fourth annular grooves 94 are aligned with the annular seals 66. This results in that the sealing bodies 86 have entered with their support side 88 in the fourth annular grooves 94. As a result, the O-rings relax from 84 (FIG. 3) to 84 '(FIG. 4). The contact pressure of the ring seals 66 is thereby significantly reduced and may even drop to zero. It is particularly preferred if the sealing body 86 in the idle position have no contact with the rotor 14, as shown in Figure 4.
Es versteht sich, dass die Erfindung durch die vorstehende Schilderung eines Ausfüh- rungsbeispiels nicht beschränkt ist. Insbesondere umfasst die Erfindung auch Ausführungsbeispiele, bei denen die jeweils erläuterten Elemente in kinematischer Umkehr statt auf dem Stator auf dem Rotor angeordnet sind und umgekehrt. Figur 5 zeigt in vergrößerter Darstellung ein Ausführungsbeispiel der weiteren Dichtung 68a, wobei diese Ausführung selbstverständlich auch für die weitere Dichtung 68b gewählt werden kann.It is understood that the invention is not limited by the above description of an embodiment. In particular, the invention also includes embodiments in which the respective elements explained are arranged in kinematic reversal instead of on the stator on the rotor and vice versa. Figure 5 shows an enlarged view of an embodiment of the further seal 68a, which embodiment can of course also be selected for the further seal 68b.
Die Dichtung 68a ist mit einer Ringnut 100 ausgeführt, in die ein Wellendichtring 102 eingesetzt ist. Wellendich tringe dieser Art sind an sich bekannt, beispielsweise aus der DE 867 189 C. Der Wellendichtring 102 weist axial innen eine Dichtlippe 104 auf, die mittels einer Dichtungsfeder vorgespannt ist. Ferner ist axial außen eine Staubschutzlippe 108 vorgesehen. Die Lippen 104 und 108 laufen auf einer Oberfläche 110 der ersten Hülse 20.The seal 68a is designed with an annular groove 100 into which a shaft seal 102 is inserted. Shaft seal of this type are known per se, for example from DE 867 189 C. The shaft seal 102 has axially inside a sealing lip 104 which is biased by a sealing spring. Furthermore, a dust protection lip 108 is provided axially on the outside. The lips 104 and 108 ride on a surface 110 of the first sleeve 20.
Wie bereits weiter oben ausgeführt, gelingt ein Druckausgleich zwischen den Hohlräumen 73a und 73b beim schnellen Verfahren der Dichtungsbuchse 50 nur endlich gut, so dass sich in einem der Hohlräume ein Unterdruck bildet. Dieser Unterdruck hat zur Folge, dass von außen Luft in den betreffenden Hohlraum eindringen kann.As already stated above, a pressure equalization between the cavities 73a and 73b in the rapid process of the sealing bushing 50 only finally finishes well, so that a negative pressure forms in one of the cavities. This negative pressure has the consequence that air can penetrate from the outside into the cavity in question.
Bei dem Wellendichtring 102 gemäß Figur 5 führt nun ein Unterdruck im Hohlraum 73a dazu, dass die Staubschutzlippe 108 gegen die Oberfläche 110 angezogen wird, so dass ein Lufteintritt verhindert wird. Daneben hat die Staubschutzlippe 108 natürlich ihre ureigene Wirkung, das Eindringen von Schmutz zu verhindern. In the case of the shaft sealing ring 102 according to FIG. 5, a negative pressure in the cavity 73a now causes the dust protection lip 108 to be attracted against the surface 110, so that an air inlet is prevented. Besides, the dust-proof lip 108 naturally has its own effect of preventing the ingress of dirt.

Claims

Paten tanspiüche Godfathers
1. Drehdurchführung mit einem Stator (12) und einem in dem Stator (12) mittels einer rotationssymmetrischen Führungsfläche (30) gelagerten, um eine Achse (16) drehbaren Rotor (14), wobei der Stator (12) mindestens eine erste Fluid- leitung (52, 54, 62, 64, 90) und der Rotor (14) mindestens eine zweite Fluid- leitung (22, 24, 26) aufweist, die jeweils in der Führungsfläche (30) münden und bei Rotation des Rotors (14) im Stator (12) miteinander in Verbindung stehen, und wobei ferner axial neben der Mündung mindestens eine Ringdichtung (66) vorgesehen ist, bei der ein in dem Stator (12) oder dem Rotor (14) angeordneter, ringförmiger Dichtkörper (86) mit vorgegebenem Anpressdruck gegen den Rotor (14) oder den Stator (12) gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um den Dichtkörper (86) wahlweise mit mindestens zwei unterschiedlichen Anpressdrücken anzudrücken.1. Rotary feedthrough with a stator (12) and in the stator (12) by means of a rotationally symmetrical guide surface (30) mounted about an axis (16) rotatable rotor (14), wherein the stator (12) at least a first fluid line (52, 54, 62, 64, 90) and the rotor (14) at least one second fluid line (22, 24, 26), each in the guide surface (30) open and upon rotation of the rotor (14) in Stator (12) communicate with each other, and further wherein axially adjacent to the mouth at least one annular seal (66) is provided, in which in the stator (12) or the rotor (14) arranged, annular sealing body (86) with a predetermined contact pressure is pressed against the rotor (14) or the stator (12), characterized in that means are provided to selectively press the sealing body (86) with at least two different contact pressures.
2. Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpressdruck im Wesentlichen gleich Null ist.2. Rotary feedthrough according to claim 1, characterized in that a contact pressure is substantially equal to zero.
3. Drehdurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Stator (12) angeordnete Dichtkörper (86) bei einem Anpressdruck außer Kontakt mit dem Rotor (14) ist bzw. umgekehrt.3. Rotary feedthrough according to claim 1 or 2, characterized in that in the stator (12) arranged sealing body (86) at a contact pressure out of contact with the rotor (14) or vice versa.
4. Drehdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im stirnseitigen Bereich zwischen Stator (12) und Rotor (14) weitere Dichtungen (68a, 68b) vorgesehen sind.4. Rotary feedthrough according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that in the frontal region between the stator (12) and rotor (14) further seals (68 a, 68 b) are provided.
5. Drehdurchführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Dichtungen (68a, 68b) als Wellendichtringe (102) ausgebildet sind. 5. Rotary feedthrough according to claim 4, characterized in that the further seals (68 a, 68 b) as shaft seals (102) are formed.
6. Drehdurchführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellendichtringe (102) mit einer axial innen liegenden Dichtlippe (104) sowie mit einer axial außen liegenden Staubschutzlippe (108) versehen sind.6. Rotary feedthrough according to claim 5, characterized in that the shaft sealing rings (102) are provided with an axially inner sealing lip (104) and with an axially outer dust protection lip (108).
7. Dreh durchfuhrung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (12) eine relativ zum Stator (12) bewegliche Dichtungsbuchse (50) aufweist, dass der Dichtkörper (86) in der Dichtungsbuchse (50) angeordnet ist und dass der Anpressdruck in Abhängigkeit von der Position der Dichtungsbuchse (50) relativ zum Stator (12) variiert.7. rotary feedthrough according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the stator (12) has a relative to the stator (12) movable sealing bushing (50) that the sealing body (86) in the sealing bushing (50) is and that the contact pressure in dependence on the position of the sealing bushing (50) relative to the stator (12) varies.
8. Drehdurchführung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (14) in der Führungsfläche (30) mit Bereichen unterschiedlicher radialer Höhe versehen ist und dass der Dichtkörper (86) bei einer Bewegung der Dichtungsbuchse (50) über die Bereiche verfahren wird.8. Rotary feedthrough according to claim 7, characterized in that the rotor (14) in the guide surface (30) is provided with regions of different radial height and that the sealing body (86) is moved in a movement of the sealing bush (50) over the areas.
9. Drehdurchführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens erste Fluidleitung (52, 54, 62, 64, 90) in der Dichtungsbuchse (50) eine erste Ringnut (62, 64) enthält, dass die Dichtungsbuchse (50) in Richtung der Achse (16) verschiebbar ist und dass die Bereiche als zweite Ringnuten (94) in der Führungsfläche (30) des Rotors (14) neben den ersten Ringnuten (62, 64) ausgebildet sind.9. Rotary feedthrough according to claim 8, characterized in that the at least first fluid line (52, 54, 62, 64, 90) in the sealing bushing (50) includes a first annular groove (62, 64) that the sealing bush (50) in the direction the axis (16) is displaceable and that the areas as second annular grooves (94) in the guide surface (30) of the rotor (14) adjacent to the first annular grooves (62, 64) are formed.
10. Drehdurchführung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnuten (94) eine gerundete Querschnittsform aufweisen, und dass vorzugsweise der Dichtkörper (86) mit einer sich verjüngenden Auflageseite (88) auf der Führungsfläche aufliegt.10. Rotary feedthrough according to claim 9, characterized in that the annular grooves (94) have a rounded cross-sectional shape, and that preferably the sealing body (86) rests with a tapered bearing side (88) on the guide surface.
11. Drehdurchführung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsbuchse (50) hydraulisch verschiebbar ist. 11. Rotary feedthrough according to claim 9 or 10, characterized in that the sealing bush (50) is hydraulically displaceable.
12. Drehdurchführung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsbuchse (50) endseitig als Ringkolben ausgebildet ist und dass der Ringkolben in einem durch den Stator (12) gebildeten Ringzylinder läuft.12. Rotary feedthrough according to claim 11, characterized in that the sealing bushing (50) is designed as an end ring piston and that the annular piston in an annular cylinder formed by the stator (12).
13. Drehdurchführung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsbuchse (50) mittels eines aus einer der Fluidleitungen (52, 54, 62, 64, 90) abgezapften Fluids hydraulisch verschiebbar ist.13. Rotary feedthrough according to claim 11 or 12, characterized in that the sealing bushing (50) by means of a fluid from one of the fluid lines (52, 54, 62, 64, 90) tapped fluid is hydraulically displaceable.
14. Drehdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass neben mindestens einer Ringdichtung (66) ein Kanal (70) in die Führungsfläche (30) mündet und dass der Kanal (70) im Wesentlichen drucklos ist.14. Rotary feedthrough according to one or more of claims 9 to 13, characterized in that in addition to at least one annular seal (66), a channel (70) opens into the guide surface (30) and that the channel (70) is substantially depressurized.
15. Drehdurchführung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (70) zu einem seitlichen Druckraum (73) führt, der einerseits durch eine Wellenringdichtung (68a, 68b) und andererseits durch eine Ringdichtung (66) begrenzt ist.15. Rotary feedthrough according to claim 14, characterized in that the channel (70) leads to a lateral pressure chamber (73) which is bounded on the one hand by a shaft seal (68 a, 68 b) and on the other hand by a ring seal (66).
16. Drehdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor im Stator mittels zweier axial beidseits der Dichtungsbuchse (50) angeordneter Lager (32a, 32b) gelagert ist, dass sich zwischen den Lagern (32a, 32b) und der Dichtungsbuchse (50) jeweils ein Hohlraum (73a, 73b) befindet, und dass die Hohlräume (73a, 73b) über eine Leckageleitung (72a, 78, 72b) miteinander in Verbindung stehen.16. Rotary feedthrough according to one or more of claims 7 to 15, characterized in that the rotor in the stator by means of two axially on both sides of the sealing bush (50) arranged bearing (32a, 32b) is mounted, that between the bearings (32a, 32b) and the seal bushing (50) each having a cavity (73a, 73b) is located, and that the cavities (73a, 73b) via a leakage line (72a, 78, 72b) communicate with each other.
17. Drehdurchführung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckageleitung (72a, 78, 72b) axial durch die Dichtungsbuchse (50) verläuft.17. Rotary feedthrough according to claim 16, characterized in that the leakage line (72 a, 78, 72 b) extends axially through the sealing bushing (50).
18. Drehdurchführung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckageleitung axial durch den Rotor verläuft. 18. Rotary feedthrough according to claim 16, characterized in that the leakage line extends axially through the rotor.
19. Drehdurchführung nach Anspruch 4 und einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (32a, 32b) auf ihrer von der Dichtungsbuchse (50) abgewandten Seite nach außen über die weiteren Dichtungen (68a, 68b) abgedichtet sind.19. Rotary feedthrough according to claim 4 and one or more of claims 16 to 18, characterized in that the bearings (32 a, 32 b) on its side remote from the sealing bush (50) side to the outside via the further seals (68 a, 68 b) are sealed.
20. Drehdurchführung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Dichtungen (68a, 68b) als Wellendichtringe (102) ausgebildet sind.20. Rotary feedthrough according to claim 19, characterized in that the further seals (68 a, 68 b) as shaft seals (102) are formed.
21. Drehdurchführung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellendichtringe (102) mit einer axial innen liegenden Dichtlippe (104) sowie mit einer axial außen liegenden Staubschutzlippe (108) versehen sind.21. Rotary feedthrough according to claim 20, characterized in that the shaft sealing rings (102) are provided with an axially inner sealing lip (104) and with an axially outer dust protection lip (108).
22. Verfahren zum Betreiben einer Drehdurchführung (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehdurchführung (10) mit hohem Anpressdruck und kleiner Umfangsgeschwindigkeit (v) der Führungsfläche (30) betrieben wird, wenn die Fluidleitungen (52, 54, 62, 64, 90; 22, 24, 26) mit einem unter Arbeitsdruck stehenden Fluid beaufschlagt sind, und mit niedrigem Anpressdruck und hoher Umfangsgeschwindigkeit (v) betrieben wird, wenn die Fluidleitungen (52, 54, 62, 64, 90; 22, 24, 26) drucklos sind.22. A method for operating a rotary feedthrough (10) according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that the rotary feedthrough (10) with high contact pressure and small peripheral speed (v) of the guide surface (30) is operated when the fluid lines ( 52, 54, 62, 64, 90, 22, 24, 26) are acted upon by a fluid under working pressure, and operated at low contact pressure and high peripheral speed (v), when the fluid lines (52, 54, 62, 64, 90, 22, 24, 26) are depressurized.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die kleine Umfangsgeschwindigkeit (v) weniger als 0,5 m/s beträgt und der hohe Anpressdruck zwischen 100 und 200 bar, vorzugsweise etwa 150 bar, beträgt.23. The method according to claim 22, characterized in that the small peripheral speed (v) is less than 0.5 m / s and the high contact pressure between 100 and 200 bar, preferably about 150 bar, is.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die hohe Umfangsgeschwindigkeit (v) mehr als 0,5 m/s beträgt und der niedrige Anpressdruck weniger als 0,5 bar beträgt.24. The method according to claim 22 or 23, characterized in that the high peripheral speed (v) is more than 0.5 m / s and the low contact pressure is less than 0.5 bar.
25. Verwendung einer Drehdurchführung (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14 zum Verschrauben von Bohrstangen von Bohrtürmen, bei- spielsweise für Erdöl- oder Erdgasbohrungen, insbesondere im Offshore- Bereich. 25. Use of a rotary feedthrough (10) according to one or more of claims 1 to 14 for screwing boring bars of derricks, at- For example, for oil or gas wells, especially in the offshore sector.
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