WO2014135164A1 - Drehdurchführung und reifendruckregulierungsanlage mit drehdurchführung - Google Patents

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WO2014135164A1
WO2014135164A1 PCT/DE2014/200067 DE2014200067W WO2014135164A1 WO 2014135164 A1 WO2014135164 A1 WO 2014135164A1 DE 2014200067 W DE2014200067 W DE 2014200067W WO 2014135164 A1 WO2014135164 A1 WO 2014135164A1
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WO
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sealing element
rotary feedthrough
transfer chamber
conduit
pressure
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PCT/DE2014/200067
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Horst Brehm
Sergej Mensch
Eduard Beresch
Uwe NIEBLING
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a rotary feedthrough for a working medium, in particular designed for use as part of a tire pressure regulating system, comprising a first conduit, a second conduit, a transfer chamber and arranged in the transfer chamber sealing element for sealing the transfer chamber and a tire pressure regulating system with a corresponding rotary feedthrough.
  • tire pressure regulation systems or tire pressure regulating systems, which are typically designed such that, to reduce the air pressure in the tires, the tire valves are activated and thus opened, so that air escapes into the environment due to the overpressure, and that to increase the air pressure Compressed air is fed into the tires from a source of compressed air positioned on the body of the vehicle.
  • the problem here is that the compressed air used to increase the pressure in the tire from the body to the in operation relative to the body must be handed over rotating pneumatic wheels, so that the compressed air can be introduced via the co-rotating valves in the pneumatic tires.
  • a known solution to this problem are, for example, so-called gallows systems, in which the compressed air from the body is initially introduced via a rigid line outside the respective wheel and is introduced from there via a simple rotatable connector in the valve of the corresponding pneumatic tire.
  • a major disadvantage of such gallows systems is that they can be damaged due to the positioning on the outside of the wheel, for example, when driving by contact with tall plants.
  • rotary unions which are positioned on the body side facing the respective wheel.
  • Corresponding rotary feedthroughs typically have a stator connected to the body, a rotor connected to the respective wheel and a sealing element acting therebetween, wherein the sealing element is pressed against a wall of the rotor or of the stator by means of a contact force. Due to the rotation of the rotor relative to the stator and thus due to the rotation of the wall relative to the sealing element, the sealing element is typically subject to quite high wear caused by frictional heat or abrasion, resulting in a relatively short life of the corresponding sealing element.
  • the present invention seeks to provide an advantageous rotary feedthrough and a tire pressure regulating system with an advantageous rotary feedthrough.
  • the rotary feedthrough related object is achieved by a rotary feedthrough with the features of claim 1.
  • the recited claims contain in part advantageous and in part self-inventive developments of this invention.
  • the rotary feedthrough serves to carry out a working medium and is in particular designed for use as part of a tire pressure regulating system in which compressed air is used as the working medium. It comprises a first conduit, a second conduit, a transfer chamber and arranged in the transfer chamber sealing element for sealing the transfer chamber in particular against the environment.
  • the sealing element has a first active area facing the first conduit and a second active area facing the second conduit, wherein the two active areas are designed differently and in particular have different sizes.
  • the sealing element not only serves to seal the transfer chamber, but also acts as a force transducer during operation.
  • the contact pressure with which the sealing element is pressed against a wall of the transfer chamber for sealing reduced at a predetermined working pressure in the working fluid.
  • the force transducer so in particular the amount of contact pressure is advantageously adjusted, wherein the realized by means of the force transducer force transmission is determined by the design of the sealing element constructive.
  • a certain air pressure prevails both in the first conduit and in the second conduit which acts on the respectively facing active surface of the sealing member.
  • the active surfaces Due to the different design of the active surfaces resulting from the respective products of effective area and air pressure in terms of the amount of different and related to the direction opposite forces whose resultant acts as a contact pressure and the Sealing element for sealing the transfer chamber to a wall of the same presses.
  • a suitably selected embodiment of the active surfaces and thus by a suitable choice of power transmission can be given a favorable pressure force based on the amount at a given working pressure in the working medium.
  • the contact pressure is then chosen so that on the one hand sufficient tightness of the transfer chamber is ensured and on the other hand, the wear on the sealing element is kept low, whereby the life expectancy of the sealing element can be significantly increased.
  • the sealing element is designed such that with this a force transmission with a ratio between 1: 10 and 2: 5 is given constructive.
  • a compressed air source with a working pressure in the range of 8 bar is often used, which results in an undesirably high contact force without the use of a corresponding force converter.
  • a reduction of the contact force is accordingly preferably made.
  • the ratio for the force transmission by the size ratio of the two active surfaces can be relative to each other.
  • the effective area is not necessarily a surface of the sealing element, but rather the surface effectively effective relative to the force produced by the working pressure, ie in particular the projection of the corresponding surface of the sealing element onto a plane.
  • the sealing element essentially does not deform at the intended working pressure and that essentially only forces act parallel to the surface normal of a surface-area contact between the sealing element and the wall of the transfer chamber during the sealing.
  • the transfer chamber of the rotary feedthrough on the one hand and the sealing element on the other hand annular designed.
  • Such a basic geometry is very common in rotary unions which are part of a tire pressure regulating system.
  • the sealing element is designed as a ring body with a rectangular cross-section and if a circumferential groove is positioned in one of the flanks of the annular body.
  • the configuration of the groove is thereby preferably adapted to the manufacturing method for the sealing element, wherein e.g. It is considered whether the sealing element is produced as a molded part quasi in one step or whether a multi-stage manufacturing process is provided, in which in particular the groove is incorporated quasi later.
  • a groove with a U-shaped cross-section is preferred. Since the sealing element of the rotary feedthrough generally serves to seal the transfer chamber from the environment, so that the working medium can be transferred via the transfer chamber from the first conduit into the second conduit, it is expedient if at least one connecting channel for the passage of the working medium of a Flank of the annular body, so the sealing element, is guided to the other, which opens into the groove.
  • a plurality of connection channels are arranged distributed in the manner of a common division over the circumference of the sealing element, so that the passage of the working medium is additionally favored.
  • the sealing element acts as a force transducer, whereby the contact pressure, with which the sealing element can be pressed against the wall of the transfer chamber for sealing, at a predetermined working pressure advantageous pretend.
  • the basic idea of the invention is to be seen in the fact that an advantageous value is selected for the contact pressure independent of the working pressure, the value of which is generally considered to be predetermined, whereby the expected or predetermined working pressure in the constructive design of the rotary feedthrough is taken into account.
  • the sealing element itself as a force transducer for specifying the selected value for the contact pressure
  • the rotary feedthrough on a spring element which acts on the sealing element that this is deformed during the sealing of the transfer chamber by the sealing element against its restoring force.
  • the selected value for the contact pressure is then at least partially predetermined by the spring element.
  • an embodiment of the rotary feedthrough is preferred in which the spring element is configured annular and engages on an outer side between the two flanks of the annular body.
  • FIG. 3 shows a side view of a sealing element of the rotary feedthrough
  • FIG. 6 shows an enlarged sectional view of an alternative sealing element with two spring elements of the alternative
  • FIG. 7 shows an enlarged sectional view of the alternative sealing element with the two spring elements of the alternative rotary feedthrough in a second position.
  • a rotary feedthrough 2 described by way of example below and shown in a cross-sectional view in FIG. 1 is not part of a rotary feedthrough 2 complete with illustrated tire pressure regulation system of a pneumatic tractor.
  • the tire pressure regulating system comprises a rotary feedthrough 2 for each of the pneumatic tires, which, as indicated in FIG. 1, is arranged on the inside of the wheel hub 4 of the corresponding wheel facing the body of the tractor.
  • Each of these rotary feedthroughs 2 comprises a stator 6 which is rigidly connected to the body of the tractor, and a rotor 8 which is rigidly connected to the wheel hub 4, so that the rotor 8 rotates relative to the stator 6 while the tractor is being driven ,
  • a first conduit 10 which is connected to a not shown and placed on the body air source with a working pressure of 8 bar and opens into a transfer chamber 12 in the intermediate region between the stator 6 and rotor 8.
  • a second conduit 14 leads through the rotor 8 in the direction of the wheel 4 attached to the wheel, so that compressed air from the compressed air source can be introduced as a working medium as needed via the first conduit 10 into the transfer chamber 12 and from there via the second duct 14 can be guided to a valve on the pneumatic tire of the wheel hub 4 attached to the wheel.
  • the first conduit 10 to the second conduit 14 gas-conductively connecting transfer chamber 12 has an annular basic geometry and is arranged coaxially to the hub 4.
  • the cross section of the annular transfer chamber 12 is as shown in the enlarged view.
  • FIG 2 shows a rectangular design and to seal the transfer chamber 12 against the environment a sealing element 16 is disposed in the transfer chamber 12.
  • the sealing element 16 is pressed by the pressure prevailing in the first conduit 10 in the direction of the rotor 8 and is due to its wear surfaces on the rotor 8 at. Due to the rotational movements of the Rotor 8 against the stator 6, the wear surfaces 18 are worn while driving by friction, which limits the life expectancy of the sealing element 16.
  • the strength of the wear depends on the acting contact force, with which the wear surfaces 18 are pressed against the rotor 8. In order to keep the wear of the wearing surfaces 18 as low as possible, the smallest possible value for the contact force is predetermined in the rotary union 2 presented here, which is just sufficient to adequately seal the transfer chamber 12 against the environment. To ensure this, the sealing element 16 is designed such that it not only acts sealingly, but also as a force transducer.
  • the sealing element 16 has a first active surface 20, facing the first line channel 10, on one of the two flanks of the sealing element 16, to which the pressure acting in the first line channel 10 acts. This results in a force on the sealing element 16 in the direction of the rotor 8. Furthermore, a second active surface 22 is present on the opposite flank of the sealing element 16 and due to the prevailing pressure in the second conduit 14, a resultant force acts on the sealing element 16 in FIG Direction Stator 6. Although in both ducts 10, 14 a nearly identical pressure prevails, the two counteracting forces are of different magnitude, since the two active surfaces 20, 22 are designed differently sized. Accordingly, the resultant of the two forces acts as a contact pressure, which presses the sealing element 16 in the direction of the rotor 8.
  • the size ratio between the two active surfaces 20, 22 is selected as a function of the intended working pressure, ie the intended pressure in the two ducts 10, 12 in the corresponding operation of the tire pressure regulating system, and depending on the desired value for the contact pressure.
  • a separate illustration of the sealing element 16 is shown in FIG. 3 and FIG. It can be seen that the annular sealing element 16 on the one hand has a flat edge which forms the first active surface 20, and on the other hand has a flank into which a circumferential groove 24 with U-shaped cross-section. is incorporated.
  • the second active surface 22 is thus given by the projection of the surface of this flank in a plane.
  • the sealing element 16 has a plurality of distributed over the circumference in the manner of a common division connecting channels 26, each of which opens into the groove 24.
  • the tire pressure regulating system further comprises a plurality of controllable valves, of which at least one of the compressed air source is assigned, so that the compressed air source only when needed Compressed air fed into a supply system, wherein the first conduit 10 of each rotary feedthrough 2 is part of this system.
  • each pneumatic tire has a controllable valve, which is closed by default and is only opened for a change in the air pressure in the corresponding pneumatic tire. In the open state, this is then gas-conductively connected to the second conduit 14.
  • the corresponding valve on the pneumatic tire is opened and a part of the air flows out of the tire into the second conduit 14 in the direction of the transfer chamber 12, whereby the sealing element 16 is pressed in the direction of the stator 6 that the air flowing from the LucassNeill air can escape through a gap 28 between the stator 6 and the rotor 8 in the environment.
  • the two spring elements 30 are each designed annular and have a rectangular cross-section.
  • a spring element 30 engages both on the outer lateral surface and on the inner lateral surface of the sealing element 16, wherein the spring elements 30 in each case protrude into a recess 32 in the corresponding lateral surface connecting the two flanks of the sealing element 16.
  • the sealing element 16 is displaced in the direction of the rotor 8, whereby the spring elements 30 are deformed against their respective restoring force. This situation is shown in FIG.
  • controllable valves of the pneumatic tires are not driven electrically in the embodiment, but pneumatically, which also the compressed air source is used for this purpose. Accordingly, each rotary feedthrough 2 in addition to the ducts 10,14 control channels 34, wherein also for the control channels 34, a transfer chamber 12 is provided for transferring compressed air from the stator 6 to the rotor 8.
  • the invention is not limited to the embodiment described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, furthermore, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with one another in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehdurchführung (2)für ein Arbeitsmedium, insbesondere ausgelegt für den Einsatz als Bestandteil einer Reifendruckregulierungsanlage, umfassend einen ersten Leitungskanal (10), einen zweiten Leitungskanal (14), eine Übergabekammer (12) und ein in der Übergabekammer (12) angeordnetes Dichtelement (16) zur Abdichtung der Übergabekammer (12), wobei das Dichtelement (16) eine dem ersten Leitungskanal (10) zugewandte erste Wirkfläche (20) und eine dem zweiten Leitungskanal (14) zugewandte zweite Wirkfläche (22) aufweist und wobei die beiden Wirkflächen (20, 22) unterschiedlich gestaltet sind, so dass das Dichtelement (16) als Kraftwandler wirkt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Drehdurchführung und Reifendruckregulierungsanlage mit Drehdurchführung
Beschreibung Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Drehdurchführung für ein Arbeitsmedium, insbesondere ausgelegt für den Einsatz als Bestandteil einer Reifendruckregulierungsanlage, umfassend einen ersten Leitungskanal, einen zweiten Leitungskanal, eine Übergabekammer und ein in der Übergabekammer angeordnetes Dichtelement zur Abdichtung der Übergabekammer sowie eine Reifendruckregulierungsanlage mit einer entsprechenden Drehdurchführung.
Hintergrund der Erfindung
Bei luftbereiften Fahrzeugen und insbesondere bei Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Traktoren, ist es wünschenswert und vorteilhaft, den Luftdruck in den Reifen den Bodenbeschaffenheiten anpassen zu können. Ermöglicht wird dies durch sogenannte Reifendruckregulierungssysteme oder Reifendruckre- gulierungsanlagen, die typischerweise derart ausgestaltet sind, dass zur Reduzierung des Luftdrucks in den Reifen die Reifenventile angesteuert und somit geöffnet werden, so dass Luft aufgrund des Überdruckes in die Umgebung entweicht, und dass zur Erhöhung des Luftdruckes Druckluft aus einer an der Karosserie des Fahrzeuges positionierten Druckluftquelle in die Reifen einge- leitet wird.
Hierbei besteht das Problem, dass die zur Druckerhöhung in den Reifen genutzte Druckluft von der Karosserie an die im Betrieb relativ zur Karosserie rotierenden luftbereiften Räder übergeben werden muss, damit die Druckluft über die mitrotierenden Ventile in die Luftreifen eingeleitet werden kann.
Eine bekannte Lösung dieses Problems stellen beispielsweise sogenannte Galgensysteme dar, bei denen die Druckluft von der Karosserie ausgehend zunächst über eine starre Leitung außen am jeweiligen Rad herangeführt wird und von dort aus über eine einfache drehbare Steckverbindung in das Ventil des entsprechenden Luftreifens eingeführt wird. Ein wesentlicher Nachteil derartiger Galgensysteme besteht darin, dass diese aufgrund der Positionierung auf der Radaußenseite beispielsweise im Fahrbetrieb durch Kontakt mit hochwachsenden Pflanzen beschädigt werden können.
Eine alternative Lösung stellen sogenannte Drehdurchführungen dar, die auf der der Karosserie zugewandten Seite des jeweiligen Rades positioniert sind. Entsprechende Drehdurchführungen weisen typischerweise einen mit der Karosserie verbundenen Stator, einen mit dem jeweiligen Rad verbundenen Rotor und ein zwischen diesen wirksames Dichtelement auf, wobei das Dichtelement mittels einer Anpresskraft an eine Wandung des Rotors oder des Stators ge- presst wird. Aufgrund der Rotation des Rotors relativ zum Stator und somit auf- grund der Rotation der Wandung relativ zum Dichtelement unterliegt das Dichtelement typischerweise einem recht hohen durch Reibungswärme oder Abrieb verursachten Verschleiß, was zu einer relativ kurzen Lebensdauer des entsprechenden Dichtelements führt.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Drehdurchführung und eine Reifendruckregulierungsanlage mit einer vorteil- haften Drehdurchführung anzugeben. Zusammenfassung der Erfindung
Die auf die Drehdurchführung bezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Drehdurchführung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die rück- bezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
Die Drehdurchführung dient hierbei zur Durchführung eines Arbeitsmediums und ist insbesondere ausgelegt für den Einsatz als Bestandteil einer Reifen- druckregulierungsanlage, bei der als Arbeitsmedium Druckluft genutzt wird. Sie umfasst einen ersten Leitungskanal, einen zweiten Leitungskanal, eine Übergabekammer sowie ein in der Übergabekammer angeordnetes Dichtelement zur Abdichtung der Übergabekammer insbesondere gegen die Umgebung. Dabei weist das Dichtelement eine dem ersten Leitungskanal zugewandte erste Wirkfläche und eine dem zweiten Leitungskanal zugewandte zweite Wirkfläche auf, wobei die beiden Wirkflächen unterschiedlich gestaltet und insbesondere unterschiedlich groß sind.
Auf diese Weise dient das Dichtelement nicht nur zur Abdichtung der Über- gabekammer, sondern wirkt darüber hinaus im Betrieb als Kraftwandler. Hierdurch ist die Anpresskraft, mit der das Dichtelement zur Abdichtung an eine Wandung der Übergabekammer angepresst wird, bei vorgegebenem Arbeitsdruck im Arbeitsmedium reduziert. Durch den Kraftwandler wird also insbesondere der Betrag der Anpresskraft vorteilhaft angepasst, wobei die mittels des Kraftwandlers realisierte Kraftübersetzung durch die Gestaltung des Dichtelements konstruktiv vorgegeben wird. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, dass je nach Betriebszustand der Reifendruckregulierungsanlage sowohl im ersten Leitungskanal als auch im zweiten Leitungskanal jeweils ein bestimmter Luftdruck vorherrscht, der auf die jeweils zugewandte Wirkfläche des Dichtele- ments einwirkt. Aufgrund der unterschiedlichen Gestaltung der Wirkflächen resultieren aus den jeweiligen Produkten aus Wirkfläche und Luftdruck vom Betrag her unterschiedliche und bezogen auf die Richtung einander entgegengesetzte Kräfte, deren Resultierende als Anpresskraft wirkt und das Dichtelement zur Abdichtung der Übergabekammer an eine Wandung der selbigen anpresst. Durch eine geeignet gewählte Ausgestaltung der Wirkflächen und somit durch eine geeignete Wahl der Kraftübersetzung lässt sich bei gegebenem Arbeitsdruck im Arbeitsmedium eine bezogen auf den Betrag günstige Anpresskraft vorgeben. Die Anpresskraft wird dann so gewählt, dass einerseits eine ausreichende Dichtigkeit der Übergabekammer gewährleistet ist und andererseits der Verschleiß am Dichtelement gering gehalten ist, wodurch die Lebenserwartung des Dichtelements signifikant erhöht werden kann. Bevorzugt wird das Dichtelement dabei derart gestaltet, dass mit diesem eine Kraftübersetzung mit einem Verhältnis zwischen 1 :10 und 2:5 konstruktiv vorgegeben wird. Im Falle von Reifendruckregulierungsanlagen beispielsweise wird häufig eine Druckluftquelle mit einem Arbeitsdruck im Bereich von 8 bar gearbeitet, was ohne Nutzung eines entsprechenden Kraftwandlers eine uner- wünscht hohe Anpresskraft zur Folge hat. Mithilfe des Kraftwandlers wird dementsprechend bevorzugt eine Reduzierung der Anpresskraft vorgenommen.
Da der Arbeitsdruck im Bereich der ersten Wirkfläche in der Regel in guter Näherung dem Arbeitsdruck im Bereich der zweiten Wirkfläche entspricht, lässt sich das Verhältnis für die Kraftübersetzung durch das Größenverhältnis der beiden Wirkflächen relativ zueinander vorgeben. Als Wirkfläche ist in diesem Zusammenhang jedoch nicht zwingend eine Oberfläche des Dichtelements zu verstehen, sondern vielmehr die bezogen auf die durch den Arbeitsdruck hervorgerufene Kraft effektiv wirksame Fläche, also insbesondere die Projektion der entsprechenden Oberfläche des Dichtelements auf eine Ebene. Hierbei wird davon ausgegangen, dass sich das Dichtelement bei vorgesehenem Arbeitsdruck im Wesentlichen nicht verformt und dass im Wesentlichen nur Kräfte parallel zur Oberflächennormalen eines Flächen-Flächen-Kontaktes zwischen Dichtelement und der Wandung der Übergabekammer bei der Ab- dichtung wirken.
In einer zweckdienlichen Ausgestaltung ist die Übergabekammer der Drehdurchführung einerseits und das Dichtelement andererseits ringförmig ausgestaltet. Eine derartige Grundgeometrie ist gerade bei Drehdurchführungen, die Bestandteil einer Reifendruckregulierungsanlage sind, sehr verbreitet.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das Dichtelement als Ringkörper mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist und wenn in einer der Flanken des Ringkörpers eine umlaufende Nut positioniert ist. Hierdurch ist die Drehdurchführung einerseits einfach gehalten, was sich positiv auf den technischen und finanziellen Aufwand bei der Herstellung entsprechender Dichtelemente auswirkt, und andererseits lässt sich die Drehdurchführung recht robust gestalten, was wiederum der Lebenserwartung der Drehdurchführung zugute kommt.
Die Ausgestaltung der Nut wird dabei bevorzugt an das Herstellungsverfahren für das Dichtelement angepasst, wobei z.B. berücksichtigt wird, ob das Dichtelement als Formteil quasi in einem Arbeitsschritt hergestellt wird oder ob ein mehrstufiger Herstellungsprozess vorgesehen ist, bei dem insbesondere die Nut quasi nachträglich eingearbeitet wird. Hierbei ist eine Nut mit U- förmigen Querschnitt bevorzugt. Da das Dichtelement der Drehdurchführung in der Regel zur Abdichtung der Übergabekammer gegen die Umgebung dient, so dass das Arbeitsmedium über die Übergabekammer aus dem ersten Leitungskanal in den zweiten Leitungskanal überführt werden kann, ist es zweckmäßig, wenn zumindest ein Verbindungskanal zur Durchleitung des Arbeitsmediums von einer Flanke des Ringkörpers, also des Dichtelements, zur anderen geführt ist, welcher in der Nut mündet. In vorteilhafter Weiterbildung sind mehrere Verbindungskanäle nach Art einer Gleichteilung über den Umfang des Dichtelements verteilt angeordnet, so dass die Durchleitung des Arbeitsmediums zusätzlich begünstigt ist.
Wie zuvor beschrieben wirkt das Dichtelement als Kraftwandler, wodurch sich die Anpresskraft, mit der das Dichtelement zur Abdichtung an die Wandung der Übergabekammer anpressbar ist, bei vorgegebenem Arbeitsdruck vorteilhaft vorgeben lässt. Dabei ist die Grundidee der Erfindung darin zu sehen, dass für die Anpresskraft unabhängig vom Arbeitsdruck, dessen Wert in der Regel als vorgegeben angesehen wird, ein vorteilhafter Wert gewählt wird, wobei zur Realisierung des gewählten Wertes der zu erwartende oder vorgegebene Ar- beitsdruck bei der konstruktiven Gestaltung der Drehdurchführung berücksichtigt wird.
Alternativ oder ergänzend zur Nutzung des Dichtelementes selbst als Kraftwandler zur Vorgabe des gewählten Wertes für die Anpresskraft weist die Drehdurchführung ein Federelement auf, welches derart am Dichtelement angreift, dass dieses bei der Abdichtung der Übergabekammer durch das Dichtelement gegen seine Rückstell kraft verformt ist. In diesem Fall wird dann der gewählte Wert für die Anpresskraft zumindest teilweise durch das Federelement vorgegeben. Auch wenn eine kombinierte Nutzung des Dichtelements als Kraftwandler einerseits und des Federelements andererseits zur Vorgabe eines Wertes für die Anpresskraft bevorzugt ist, so ist je nach Anwendungsfall auch eine alleinige Nutzung des Federelementes zur Vorgabe eines gewählten Wertes für die Anpresskraft möglich, weswegen die Nutzung eines solchen Federelements als eigenständiger und unabhängiger Lösung- sansatz betrachtet wird. Eine auf diesen Aspekt gerichtete Teilanmeldung bleibt daher vorbehalten.
Im Falle der Nutzung eines Federelements wird eine Ausführung der Drehdurchführung bevorzugt, bei der das Federelement ringförmig ausgestaltet ist und an einer Außenseite zwischen den beiden Flanken des Ringkörpers angreift.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: FIG 1 in einer Schnittdarstellung eine Drehdurchführung,
in einer vergrößerten Schnittdarstellung die Drehdurchführung,
FIG 3 in einer Seitenansicht ein Dichtelement der Drehdurchführung,
FIG 4 in einer perspektivischen Ansicht das Dichtelement der Drehdurchführung,
FIG 5 in einer vergrößerten Schnittdarstellung eine alternative Dreh- durchführung,
FIG 6 in einer vergrößerten Schnittdarstellung ein alternatives Dichtelement mit zwei Federelementen der alternativen
Drehdurchführung in einer ersten Stellung und
FIG 7 in einer vergrößerten Schnittdarstellung das alternative Dichtelement mit den zwei Federelementen der alternativen Drehdurchführung in einer zweiten Stellung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Eine nachfolgend exemplarisch beschriebene und in FIG 1 in einer Querschnittsdarstellung gezeigte Drehdurchführung 2 ist Bestandteil einer nicht vollständig mit abgebildeten Reifendruckregulierungsanlage eines luftbereiften Traktors. Dabei umfasst die Reifendruckregulierungsanlage je eine Drehdurchführung 2 für jedes der luftbereiften Räder, welche, wie in FIG 1 angedeutet, auf der der Karosserie des Traktors zugewandten Innenseite der Radnabe 4 des entsprechenden Rades angeordnet ist.
Jede dieser Drehdurchführungen 2 umfasst einen Stator 6, der starr mit der Karosserie des Traktors verbunden ist, und einen Rotor 8, welcher mit der Radnabe 4 starr verbunden ist, so dass der Rotor 8 im Fahrbetrieb des Trak- tors Rotationsbewegungen relativ zum Stator 6 ausführt.
Innerhalb des Stators 6 verläuft ein erster Leitungskanal 10, der mit einer nicht gezeigten und an der Karosserie platzierten Druckluftquelle mit einem Arbeitsdruck von 8 bar verbunden ist und in eine Übergabekammer 12 im Zwischen- bereich zwischen Stator 6 und Rotor 8 einmündet. Von der Übergabekammer 12 führt ein zweiter Leitungskanal 14 durch den Rotor 8 in Richtung des an der Radnabe 4 befestigten Rades, so dass Druckluft aus der Druckluftquelle als Arbeitsmedium bei Bedarf über den ersten Leitungskanal 10 in die Übergabekammer 12 eingeleitet werden kann und von dort über den zweiten Lei- tungskanal 14 zu einem Ventil am Luftreifen des an der Radnabe 4 befestigten Rades geführt werden kann.
Die den ersten Leitungskanal 10 mit dem zweiten Leitungskanal 14 gasleitend verbindende Übergabekammer 12 weist eine ringförmige Grundgeometrie auf und ist koaxial zur Radnabe 4 angeordnet. Der Querschnitt der ringförmigen Übergabekammer 12 ist wie aus der vergrößerten Darstellung gem. FIG 2 hervorgeht rechteckig gestaltet und zur Abdichtung der Übergabekammer 12 gegen die Umgebung ist in der Übergabekammer 12 ein Dichtelement 16 angeordnet.
Das Dichtelement 16 wird durch den im ersten Leitungskanal 10 vorherrschenden Druck in Richtung Rotor 8 gedrückt und liegt aufgrund dessen mit seinen Verschleißflächen am Rotor 8 an. Durch die Rotationsbewegungen des Rotors 8 gegen den Stator 6 werden die Verschleißflächen 18 im Fahrbetrieb durch Reibung abgenutzt, was die Lebenserwartung des Dichtelements 16 begrenzt. Die Stärke der Abnutzung hängt dabei von der wirkenden Anpresskraft ab, mit der die Verschleißflächen 18 an den Rotor 8 angedrückt werden. Um die Abnutzung der Verschleißflächen 18 möglichst gering zu halten wird bei der hier vorgestellten Drehdurchführung 2 ein möglichst geringer Wert für die Anpresskraft vorgegeben, der gerade noch ausreicht, um die Übergabekammer 12 ausreichend gegen die Umgebung abzudichten. Um dies zu gewährleisten ist das Dichtelement 16 derart ausgestaltet, dass dieses nicht nur abdichtend, sondern auch als Kraftwandler wirkt.
Dazu weist das Dichtelement 16 eine dem ersten Leitungskanal 10 zugewandte erste Wirkfläche 20 an einer der beiden Flanken des Dichtelements 16 auf, auf welche der im ersten Leitungskanal 10 wirkende Druck einwirkt. Hieraus re- sultiert eine Kraft auf das Dichtelement 16 in Richtung des Rotors 8. Des Weiteren ist auf der gegenüberliegenden Flanke des Dichtelements 16 eine zweite Wirkfläche 22 vorhanden und aufgrund des im zweiten Leitungskanal 14 vorherrschenden Druckes wirkt eine hieraus resultierende Kraft auf das Dichtelement 16 in Richtung Stator 6. Obwohl in beiden Leitungskanälen 10, 14 ein nahezu identischer Druck vorherrscht, sind die beiden einander entgegenwirkenden Kräfte vom Betrag her unterschiedlich groß, da die beiden Wirkflächen 20, 22 unterschiedlich groß gestaltet sind. Dementsprechend wirkt die Resultierende der beiden Kräfte als Anpresskraft, die das Dichtelement 16 in Richtung Rotor 8 presst. Das Größenverhältnis zwischen beiden Wirkflächen 20, 22 wird dabei in Abhängigkeit des vorgesehenen Arbeitsdruckes, also des vorgesehenen Druckes in den beiden Leitungskanälen 10, 12 im entsprechenden Betrieb der Reifendruckregulierungsanlage, und in Abhängigkeit des gewünschten Wertes für die Anpresskraft gewählt. Eine separate Darstellung des Dichtelements 16 ist in FIG 3 und FIG 4 gezeigt. Hieraus ist zu erkennen, dass das ringförmige Dichtelement 16 zum einen eine ebene Flanke aufweist, die die erste Wirkfläche 20 bildet, und zum anderen eine Flanke aufweist, in die eine umlaufende Nut 24 mit U-förmigem Quer- schnitt eingearbeitet ist. Die zweite Wirkfläche 22 ist somit durch die Projektion der Oberfläche dieser Flanke in eine Ebene gegeben. Zur Übergabe der Druckluft aus dem ersten Leitungskanal 2 an den zweiten Leitungskanal 14 weist das Dichtelement 16 mehrere nach Art einer Gleichteilung über den Um- fang verteilt angeordnete Verbindungskanäle 26 auf, die jeweils in die Nut 24 münden. Auf diese Weise erfolgt eine schnelle und gleichmäßige Verteilung der Druckluft auf den gesamten Umfang der Übergabekammer 12 im Bereich des zweiten Leitungskanals 14. Die Reifendruckregulierungsanlage umfasst des Weiteren mehrere ansteuerbare Ventile, von denen zumindest eines der Druckluftquelle zugeordnet ist, so dass die Druckluftquelle lediglich bei Bedarf Druckluft in ein Zuleitungssystem einspeist, wobei der erste Leitungskanal 10 einer jeder Drehdurchführung 2 Teil dieses Systems ist. Außerdem weist jeder Luftreifen ein ansteuerbares Ventil auf, welches standardmäßig geschlossen ist und lediglich für eine Änderung des Luftdruckes im entsprechenden Luftreifen geöffnet wird. Im geöffneten Zustand ist dieses dann gasleitend mit dem zweiten Leitungskanal 14 verbunden. Dem Funktionsprinzip der Reifendruckregulierungsanlage entsprechend wird zur Reduzierung des Luftdruckes in einem Luftreifen das entsprechende Ventil am Luftreifen geöffnet und ein Teil der Luft strömt aus dem Reifen in den zweiten Leitungskanal 14 in Richtung Übergabekammer 12, wodurch das Dichtelement 16 in Richtung Stator 6 gedrückt wird, so dass die aus dem Luf- treifen strömende Luft durch einen Spalt 28 zwischen dem Stator 6 und dem Rotor 8 in die Umgebung entweichen kann. Zur Erhöhung des Luftdrucks in einem Luftreifen hingegen wird nicht nur das Ventil am entsprechenden Luftreifen geöffnet, sondern darüber hinaus auch das der Druckluftquelle zugeordnete Ventil. Da der Arbeitsdruck, also der Luftdruck in der Druckluftquelle, höher ist als der vorgesehene maximale Druck in einem der Luftreifen, wird das Dichtelement 16 in diesem Fall in Richtung Rotor 8 gepresst, wodurch die Übergabekammer 12 gegen die Umwelt abgedichtet wird. Dadurch strömt die Druckluft aus der Druckluftquelle über den ersten Leitungskanal 10, die Über- gabekammer 12 und schließlich den zweiten Leitungskanal 14 in den Luftreifen, so dass sich der Luftdruck in diesem erhöht.
Bei einem derartigen Arbeitsprinzip der Reifendruckregulierungsanlage ist ein Anliegen der Verschleißflächen 18 des Dichtelements 16 am Rotor 8 zur Abdichtung der Übergabekammer 12 lediglich dann nötig, wenn der Luftdruck im einem der Luftreifen erhöht werden soll. In den übrigen Betriebsphasen ist ein entsprechender Kontakt nicht notwendig und da eine Abnutzung der Verschleißflächen 18 nur dann erfolgt, wenn die Verschleißflächen 18 in Kontakt mit dem Rotor 8 stehen, wird bei einer modifizierten und in den Abbildungen FIG 5 bis FIG 7 dargestellten Drehdurchführung 2 mit Hilfe zweier Federelemente 30 pro Dichtelement 16 dafür Sorge getragen, dass das Dichtelement 16 nur dann mit seinen Verschleißflächen 18 am Rotor 8 anliegt, wenn im ersten Leitungskanal 8 ein deutlich höherer Druck vorherrscht als im zweiten Leitung- skanal 14 einerseits und als in der Umgebung andererseits.
Die beiden Federelemente 30 sind jeweils ringförmig gestaltet und weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Sowohl an der äußeren Mantelfläche als auch an der inneren Mantelfläche des Dichtelements 16 greift jeweils ein Federelement 30 an, wobei die Federelemente 30 jeweils in eine Vertiefung 32 in der entsprechenden die beiden Flanken des Dichtelements 16 verbindende Mantelfläche hinragen. Bei einem ausreichend großen Druck im ersten Leitungskanal 10 wird das Dichtelement 16 in Richtung Rotor 8 verschoben, wodurch die Federelemente 30 gegen ihre jeweilige Rückstell kraft verformt werden. Diese Situation ist in FIG 7 dargestellt. Wird der Druck im ersten Leitungskanal 10 wieder reduziert, so bewirken die Rückstell kräfte der Federelemente 30 eine Rückkehr der Federelemente 30 in ihre Ausgangsform, wodurch das Dichtelement 16 wieder vom Rotor 8 weggezogen wird, so dass die Verschleißflächen 18 nicht mehr am Rotor 8 anliegen.
Die ansteuerbaren Ventile der Luftreifen werden im Ausführungsbeispiel nicht elektrisch angesteuert, sondern pneumatisch, wobei auch hierfür die Druckluftquelle genutzt wird. Dementsprechend weist jede Drehdurchführung 2 zusätzlich zu den Leitungskanälen10,14 Steuerkanäle 34 auf, wobei auch für die Steuerkanäle 34 eine Übergabekammer 12 vorgesehen ist zur Übergabe von Druckluft vom Stator 6 an den Rotor 8. Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise mitein- ander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
2 Drehdurchführung
4 Radnabe
6 Stator
8 Rotor
10 erster Leitungskanal
12 Übergabekammer
14 zweiter Leitungskanal
16 Dichtelement
18 Verschleißfläche
20 erste Wirkfläche
22 zweite Wirkfläche
24 Nut
26 Verbindungskanal
28 Spalt
30 Federelement
32 Vertiefung
34 Steuerkanal

Claims

Patentansprüche
Drehdurchführung (2) für ein Arbeitsmedium, insbesondere ausgelegt für den Einsatz als Bestandteil einer Reifendruckregulierungsanlage, umfassend einen ersten Leitungskanal (10), einen zweiten Leitungskanal (14), eine Übergabekammer (12) und ein in der Übergabekammer (12) angeordnetes Dichtelement (16) zur Abdichtung der Übergabekammer (12), wobei das Dichtelement (16) eine dem ersten Leitungskanal (10) zugewandte erste Wirkfläche (20) und eine dem zweiten Leitungskanal (14) zugewandte zweite Wirkfläche (22) aufweist und wobei die beiden Wirkflächen (20,22) unterschiedlich gestaltet sind, so dass das Dichtelement (16) als Kraftwandler wirkt.
Drehdurchführung (2) nach Anspruch 1 , wobei mit Hilfe des Kraftwandlers eine Kraftübersetzung mit einem Verhältnis zwischen 1 zu 10 und 2 zu 5 konstruktiv vorgegeben wird.
Drehdurchführung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Übergabekammer (12) und das Dichtelement (16) ringförmig ausgestaltet sind.
Drehdurchführung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Dichtelement (16) als Ringkörper mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist und wobei in einer der Flanken des Ringkörpers eine umlaufende Nut (24) positioniert ist.
Drehdurchführung (2) nach Anspruch 4, wobei die Nut (24) einen U- förmigen Querschnitt aufweist.
Drehdurchführung (2) nach Anspruch 4 oder 5, wobei zumindest ein Verbindungskanal (26) zur Durchleitung des Arbeitsmediums von einer Flanke des Ringkörpers zur anderen geführt ist, welcher in der Nut (24) mündet.
7. Drehdurchführung (2) nach Anspruch 6, wobei mehrere Verbindungskanäle (26) nach Art einer Gleichteilung über den Umfang des Dichtelements (16) verteilt angeordnet sind.
8. Drehdurchführung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei am Dichtelement (16) ein Federelement (30) derart angreift, dass bei der Abdichtung der Übergabekammer (12) das Federelement (30) gegen dessen Rückstell kraft verformt wird.
9. Drehdurchführung (2) nach Anspruch 8, wobei das Federelement (30) ringförmig ausgestaltet ist und an einer Außenseite zwischen den beiden Flanken des Ringkörpers angreift (32).
10. Reifendruckregulierungsanlage mit zumindest einer Drehdurchführung (2) nach einem der vorherigen Ansprüche.
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