DE3542014C1 - Druckbezogene schaltbare Drehdurchfuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehdurchführung zur Einleitung von unter Druck stehenden, gasförmigen oder flüssigen Medi­ en von einem ersten in ein zweites Maschinenteil, welche ge­ gegeneinander drehbar sind, wobei das erste Maschinenteil mindestens einen als federgestützter Hohlkolben ausgebilde­ ten Zuführkolben enthält und wobei ein Gleitschuh zwischen dem Zuführkolben und dem zweiten Maschinenteil angeordnet ist.

Ein Nachteil bei den bekannten Drehdurchführungen, insbeson­ dere aber bei Hochdruck-Drehdurchführungen liegt darin, daß bei der gleichzeitigen Forderung nach Dichtigkeit einer­ seits und der Freiheit der Drehbewegung andererseits not­ wendigerweise Flächen bzw. Bereiche vorhanden sein müssen, die reibend aufeinander gleiten. Um den Energieverlust, welcher durch diese Reibung hervorgerufen wird, möglichst gering zu halten und um weiterhin die entstehende Wärme möglichst schnell und effektiv abzuführen, so daß weder die Dichtungsflächen noch das unter Druck durchgeführte Medium überhitzt werden, läßt man häufig das Eindringen des durchgeführten Mediums (Flüssigkeit) in einen Spalt zwi­ schen den aufeinanderliegenden bzw. gleitenden Dichtflächen zu, sogenannte hydrostatische Kompensation (DE-PS 34 44 850). Diese Maßnahme reicht jedoch nicht aus, wenn bei einer Hochdruck-Drehdurchführung eine hohe Drehzahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit gefahren wird und ein Betriebs­ zustand gegeben ist, bei dem die Drehdurchführung trocken läuft, d. h., kein Medium ansteht.

Insbesondere bei Drehdurchführungen, bei denen hohe Gleit­ geschwindigkeit infolge hoher Drehzahlen oder großer Durchmesser vorliegen, können befriedigende Ergebnisse nur dann erzielt werden, wenn permanent Druck- bzw. Schmier- und Kühlmittel anstehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Drehdurch­ führungen, insbesondere Hochdruck-Drehdurchführungen, kon­ struktiv so zu gestalten, daß dann, wenn keine Betriebs­ mittel während der Rotation zugeführt werden, auch keine Reibungskräfte zwischen den Bauteilen vorhanden sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Drehdurch­ führung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 der Zuführkolben ein in Zuführrichtung öffnendes, mecha­ nisch vorgespanntes Rückschlagventil enthält und mindestens eine zwischen Zuführkolben und dem ersten Maschinenteil wirkende Kolbenfeder vorgesehen ist, deren Kraftwirkung derjenigen Kraft entgegengerichtet ist, welche durch das unter Druck stehende Medium auf den Zuführkolben ausgeübt wird.

Die der Druckkraft entgegenwirkende Kolbenfeder entlastet also die aufeinanderliegenden Dichtflächen und führt bei Unterschreiten eines von der Federspannung abhängenden Minimaldruckes zum Abheben des Kolbens bzw. eines Gleit­ schuhs von der rotierenden Gleitfläche. Durch geeignete Wahl der Kolbenfeder kann man somit erreichen, daß die Dichtflächen vollständig voneinander getrennt werden, wenn der Druck des durchzuführenden Mediums einen bestimmten Wert unterschreitet bzw. ganz nachläßt. Diese Maßnahmen ergeben eine druckbezogene schaltbare Drehdurchführung.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung ergibt sich somit der Vorteil, daß Durchführungen selbst bei extremen Betriebs­ bereichen wie beispielsweise Drücken von 0-400 bar, Drehzahlen von 0- über 10 000 min¹ und einem Durchfluß von 0- über 100 l/min. reibungs- und damit verschleißarm arbeiten können.

Weiterhin ist es von Vorteil, daß ein im Zuführkolben ange­ ordnetes Rückschlagventil so ausgebildet ist, daß bei er­ neutem Zuschalten des Druckmediums sich auf der Rückseite des Kolbens ein Staudruck bildet, der eine Kraft auf Kolben und Kolbenfeder ausübt, und den Kolben mit Gleitschuh gegen den Ventilring bzw. das drehende Maschinenteil bewegt und zur Anlage bringt.

Außerdem sorgt das Rückschlagventil im Zuführkolben dafür, daß in diesem Fall das durchzuführende Medium nicht aus der entstehenden Öffnung austritt, abgesehen von einem kleinen Rest, welcher sich bereits im Zuführkolben hinter dem Rückschlagventil befindet. Auch das zweite drehende Maschinenteil, in das das Druckmedium eintritt, kann selbstverständlich mit einem Rückschlagventil versehen sein, so daß auch von dieser Seite ein Austritt des Mediums aus der zwischen den Dichtflächen gebildeten Öffnung ver­ mieden wird.

Durch die Erfindung wird der Wärmehaushalt der gesamten Maschine insofern günstig beeinflußt, daß bei Schaltvor­ gängen das Betriebsmittel nicht nur in den Leitungen hin- und hergeschoben wird, sondern durch einen Bypaß in den Tank zurückgeführt und beim nächsten Schaltvorgang wieder frisches Öl zugeführt wird.

Viele Maschinen, welche mit Hochdruck-Drehdurchführungen versehen sind, arbeiten zumindest gelegentlich, teilweise auch überwiegend, in einem Betriebszustand, bei dem die Zufuhr des unter Druck stehenden Mediums (z. B. Kühl- oder Schmierflüssigkeit) in einer bestimmten Arbeitsphase nicht erwünscht oder nicht erforderlich ist. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Drehdurchführung kann dann allein durch Herabsetzen des Druckes in dem durchzuführenden Medium die Drehdurchführung entkuppelt werden, so daß, wie eben beschrieben, die Dichtflächen nicht mehr aufeinander reiben. Wie schon erwähnt, entsteht so zwischen den Dichtflächen keine Reibungswärme, deren Abführung problematisch ist, wenn die Drehdurchführung nicht von dem Druckmedium durch­ strömt wird.

Bei einer einfachen und zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Gleitschuh einstückig mit dem zweiten Maschinenteil verbunden ist. Diese Ausfüh­ rungsform ist für Anwendungsfälle gedacht, bei denen die Anforderungen hinsichtlich der Umdrehungszahl und der Dichtigkeit nicht übermäßig groß sind, da hierbei eine Drehbewegung der Kugelgelenkflächen gegeneinander statt­ findet oder wo Druck und Durchfluß nur im Stillstand ver­ langt werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme, durch welche unab­ hängig von der eben genannten ebenfalls die erfindungsge­ mäße Aufgabe gelöst wird, besteht darin, daß bei einer Drehdurchführung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 der Zuführkolben stirnseitig in Form einer durchbohrten Teilkugel ausgeführt ist, der Gleitschuh eine konisch trichterförmige Dicht- bzw. Ausgleichsfläche auf­ weist, in welche der teilkugelförmige Kopf des Zuführ­ kolbens eingreift, und deren andere Dichtfläche als ebener Ringsteg ausgebildet ist, welcher auf einer ebenfalls ebe­ nen und im wesentlichen ringförmigen Dichtfläche der Gleit­ scheibe aufliegt, wobei mindestens die im Betrieb rotieren­ de dieser beiden aufeinanderliegenden Gleitdichtflächen be­ züglich der Rotationsachse exzentrisch angeordnet ist.

Das teilkugelförmige Ende des Zuführkolbens bildet zusammen mit der konisch trichterförmigen Ausgleichsfläche des Gleitschuhs ein Kugelgelenk. Ein derartiges Kugelgelenk er­ möglicht leichte Ausgleichsbewegungen beispielsweise des Zuführkolbens, welche auf Grund von Fertigungstoleranzen oder elastischen Verformungen während des Betriebes unver­ meidlich sind, ohne daß sich zwischen den Dichtflächen eine Lecköffnung bildet. Die Dichtung zwischen den Gelenkflächen erfolgt dabei nur entlang eines schmalen linienförmigen Be­ reiches, der durch die Auflage einer Kugel auf einer trich­ terförmigen Kegelfläche gebildet wird.

Diese Dichtung ist jedoch im wesentlichen stationär, d. h. eine Drehbewegung des Gleitschuhs und des Zuführkolbens re­ lativ zueinander um die Rotationsachse findet im wesent­ lichen nicht statt. Statt dessen wird der Rotationsfrei­ heitsgrad des ersten gegenüber dem zweiten Maschinenteil dadurch erreicht, daß die andere Dichtfläche des Gleit­ schuhs als ebener Ringsteg ausgebildet ist, welcher auf ei­ ner ebenfalls ebenen und im wesentlichen ringförmigen Dichtfläche der Gleitscheibe gleitbar aufliegt. Die Kraft, mit welcher die beiden Dichtflächen aufeinandergedrückt werden, ist dabei so bemessen, daß das durchzuführende Medium als dünner Film zwischen die aufeinanderliegenden Flächen eindringen kann, wobei jedoch der Druck in diesem Film von innen nach außen allmählich abnimmt und kurz vor Er­ reichen des äußeren Dichtungsrandes in etwa dem Außen­ druck entspricht.

Der zwischen die Dichtflächen eintretende Film bewirkt zum einen die erwähnte hydrostatische Kompensation und setzt die Reibung zwischen den Dichtflächen drastisch herab. In­ dem die druckbeaufschlagten Flächen des auf der anderen Seite des Gleitschuhs befindlichen Kugelgelenkes möglichst gering gehalten werden, wird zwischen den Gelenkflächen diese hydrostatische Kompensation weitgehend vermieden und wegen des nur linienförmigen Berührungsbereiches zwischen Kugelkopf des Zuführkolbens und der Ausgleichsfläche des Gleitschuhs bleibt der Festkörperkontakt zwischen Zuführ­ kolben und der trichterförmigen Dichtfläche entlang der gesamten Berührungslinie erhalten, ohne daß beispielsweise ein Flüssigkeitsfilm den eigentlichen Dichtungsbereich be­ netzt.

Die Kombination dieser beiden Maßnahmen, d. h. hydrostatisch kompensierte Dichtflächen auf der einen Seite des Gleit­ schuhs und eine hydrostatisch wenig kompensierte weitgehend linienförmige Dichtfläche auf der anderen Seite des Gleit­ schuhs führt dazu, daß der Gleitschuh mit dem Zuführkolben mitbewegt wird, während er gegenüber dem zweiten Maschinen­ teil auf der ebenen Dichtfläche gleitend drehbar ist. Während also die eine Dichtung als stationäre Dichtung ohnehin prak­ tisch verschleißfrei ist, ist der Verschleiß und die Reibung der anderen Dichtung drastisch vermindert, da sich zwischen den ebenen Dichtungsflächen ein reibungsmindernder Film des unter Druck durchgeführten Mediums befindet.

Durch die zusätzliche Maßnahme, nämlich zumindest die je­ weils rotierende der beiden Gleitdichtflächen exzentrisch bezüglich der Rotationsachse anzuordnen, erreicht man fer­ ner, daß immer neue Flächenbereiche einander gegenüberlie­ gen, welche zeitweise auch direkt von dem Druckmedium beauf­ schlagt sind, so daß auf diese Weise eine schnelle Wärme­ abfuhr und effektive Kühlung erreicht wird.

Insgesamt ermöglichen diese Maßnahmen die Herstellung einer Drehdurchführung, welche auch bei extrem hohen Drehzahlen (z. B. 10 000 /U/min) hochdruckdicht und mit geringem Verschleiß im Dauerbetrieb einzusetzen ist.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorge­ sehen, daß der Zuführkolben in einem Führungszylinder des ersten Maschinenteils axial beweglich ist, daß er in seinem vorderen Bereich stufenförmig abgesetzt ist und in diesem Bereich einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Führungszylinder und daß in dem so gebildeten Zwischenraum als Kolbenfeder eine Druckfeder den Zuführkolben konzen­ trisch umgibt, welche sich an dem stufenförmigen Absatz des Zuführkolbens einerseits und an einem radial nach innen ragenden Flansch des Führungszylinders andererseits abstützt und dafür sorgt, daß eine Trennung der aneinander­ liegenden Flächen bei Unterschreiten eines bestimmten Druckes erfolgt. Durch diese verhältnismäßig einfache Kon­ struktion wird eine gleichmäßige Entlastung der Dicht­ flächen an der Stirnseite des Zuführkolbens erreicht.

Das im Zuführkolben befindliche Rückschlagventil besteht aus einer Kugel, welche durch eine unter Vorspannung stehen­ de Ventilfeder gegen die Zuführrichtung in einen entsprechen­ den Sitz gepreßt wird. Bei dieser verhältnismäßig einfachen und gleichzeitig wirkungsvollen Konstruktion eines Rück­ schlagventils sorgt die Vorspannung der Ventilfeder dafür, daß das Ventil erst bei Erreichen einer bestimmten minima­ len Druckdifferenz öffnet.

Das Zusammenwirken von Ventilfeder und Kolbenfeder ist wie folgt:

Die Kolbenfeder bewirkt in Kombination mit dem im Zuführkol­ ben angeordneten, federvorgespannten Rückschlagventil, daß bei Unterschreiten eines von den Kennwerten der Federn ab­ hängenden Minimaldruckes zunächst das Rückschlagventil schließt und danach die Gleitelemente durch die Kolbenfeder mechanisch getrennt werden. Wird der Druck wieder erhöht, wird der Kolben zunächst vom Druck vor dem Rückschlagventil gegen die Kolbenfeder be­ wegt, wodurch die Gleit- und Dichtflächen wieder in Kontakt gebracht werden. Erst dann öffnet das Rückschlagventil und gibt den Durchfluß frei.

Hierdurch wird auch der Verlust an Druckmedium beim Trennen der Dichtflächen auf die minimale Menge begrenzt, welche sich im Zuführkolben hinter dem Rückschlagventil befindet. Zumindest im Falle von Flüssigkeiten werden derartige Leck­ ströme im allgemeinen aufgefangen und dem Vorratsbehälter für das Druckmedium wieder zugeführt. Darüber hinaus sind erfindungsgemäß als Anschläge für den Zuführkolben die seiner Stirnseite gegenüberliegende Dicht­ fläche des zweiten Maschinenteils einerseits und ein An­ schlagring oder der Flansch des ersten Maschinenteils an­ dererseits vorgesehen. Einer der beiden Anschläge wird also durch die Dichtfläche selbst gebildet, während der andere Anschlag verhindern soll, daß die Dichtflächen bei nachlas­ sendem Druck allzuweit voneinander getrennt werden.

Im Rahmen der Erfindung ist es vorgesehen, daß der axial freie Weg des Zuführkolbens zwischen den beiden Anschlägen maximal 2 mm beträgt. Eine derartige axiale Verschiebungsmöglichkeit des Zuführkolbens ist völlig ausreichend, um eine vollstän­ dige Trennung der aufeinandergleitenden Dichtflächen für den Fall zu gewährleisten, daß die Drehdurchführung nicht vom Druckmedium durchströmt wird. Gleichzeitig läßt sich dieser geringe Spalt zwischen den Dichtflächen auch sofort wieder schließen, wenn die Drehdurchführung auf der Zuführsei­ te wieder mit Druck beaufschlagt wird.

Erfindungsgemäß ist ein Gleitschuh vorgesehen, bei welchem der Innendurchmesser des Ringsteges größer als der Innen­ durchmesser der Dichtfläche der Gleitscheibe und der Außen­ durchmesser des Ringsteges kleiner als der Außendurchmesser der Dichtfläche der Gleitscheibe ist oder jeweils umgekehrt und bei der die Exzentrizität maximal der halben Differenz der Ringstegbreite des Ringsteges und der Breite der anlie­ genden Dichtfläche entspricht.

Da zumindest eine der beiden Dichtflächen exzentrisch an­ geordnet ist, wird durch eine gemäß der vorstehenden Be­ schreibung vergrößerte Ausführung einer der beiden Flächen erreicht, daß auch bei der exzentrischen Bewegung eines der beiden Teile immer die gesamte kleinere der beiden Dichtflächen auf der jeweils größeren aufliegt, so daß sich die Dichtungsverhältnisse zu keinem Zeitpunkt verändern.

Für bestimmte Anwendungsfälle kann eine Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft und bevorzugt sein, bei welcher der Zuführkolben stirnseitig die ebene Gleitfläche aufweist und bei welcher die Dichtfläche des drehenden Maschinenteils teilkugelförmig ausgebildet ist und mit der konischen Dicht­ fläche des Gleitschuhes in Eingriff steht. Eine solche Ausführungsform bedeutet praktisch eine kinematische Umkehr einzelner Bauelemente und kann dann eingesetzt werden, wenn sich dadurch beispielsweise eine günstigere Montagemöglich­ keit ergibt.

Ebenso können durch kinematische Umkehr Ausführungsformen gebildet werden, bei welchen der Gleitschuh auf einer Seite teilkugelförmig ausgebildet ist und in ein trichterförmig konisches Gegenstück an der Stirnseite des Zuführkolbens oder am gegenüberliegenden zweiten Maschinenteil ein­ greift.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Drehdurchführung mit axial angeordnetem Gleitschuh,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1,

Fig. 3 eine axiale Drehdurchführung ohne Gleitschuh,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 3 und

Fig. 5 eine Drehdurchführung mit einem radial angeordne­ ten Gleitschuh.

Die in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen ausschließlich Drehdurchführungen, bei denen beispielsweise eine Flüssigkeit unter Druck axial oder radial von einem feststehenden Maschinenteil in ein drehendes Maschinenteil eingeleitet wird. Eine Um­ kehrung der Verhältnisse oder die unabhängige Drehung bei­ der Maschinenteile in völlig analoger Weise ist denkbar.

Sämtliche Ausführungsbeispiele zeigen im wesentlichen den gleichen Grundaufbau. Die übereinstimmenden Teile sind somit mit gleichen Bezugszeichen versehen, während dieje­ nigen Teile mit abweichender Form, aber mit gleicher Funk­ tionsausübung, mit eigenen Bezugszeichen versehen sind.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht die Einrichtung zur Durchführung eines Druckmediums von einem feststehenden Maschinenteil 1 zu einem drehenden Maschinenteil 2 im wesentlichen aus dem Zuführkolben 3 und dem Führungszylinder 4. Der Zuführkolben 3 ist im Führungszylinder 4 in defi­ nierten Grenzen axial verschiebbar. Zuführkolben 3 und Führungszylinder 4 sind im Maschinenteil 1 integriert und über Kugellager 5 drehbar mit dem Maschinenteil 2 ver­ bunden. Der Zuführkolben 3 weist eine durchgehende axiale Stufenbohrung 6 auf, in welcher ein Rückschlagventil 7 an­ geordnet ist. Das Rückschlagventil 7 besteht im einzelnen aus dem Ventilsitz 8, welcher vom Festanschlag 9 arretiert wird, der Ventilbohrung 10, der Ventilkugel 11 und der Ventilfeder 12.

Das feststehende Maschinenteil 1 wird über die Leitung 13 mit Betriebsmedium - welches im folgenden als flüssig ange­ nommen wird - versorgt. Mit 14 ist der Anschluß für die Lei­ tung 13 bezeichnet.

Im Bereich des Ventilsitzes 8 hat die Stufenbohrung 6 ihren größten Durchmesser, der sich dann stufenweise bis zum ent­ gegengesetzten Ende reduziert. Wie die Zeichnung zeigt, ist der Zuführkolben 3 in seinem vorderen Bereich abgesetzt. In dem so gebildeten Zwischenraum 15 ist die Kolbenfeder 16 angeordnet. Der Absatz 17 und der nach innen ragende Flansch 18 des Führungskolben 4 bilden jeweils die Widerlager für die Kolbenfeder 16.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 5 ist der aus dem Führungszylinder 4 herausragende Bereich 19 des Zuführkol­ bens 3 durch den teilkugelförmigen Kopf 20 und den Flansch­ bereich 21 mit dem Gleitschuh 22 verbunden. Der Gleitschuh 22 weist für diese Verbindung eine entsprechend ausgebildete trichterförmige Ausgleichsfläche 23 und die Ausnehmung 24 auf. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Gleitschuh 22 mit einem Ringsteg 25 versehen, dessen Ring- oder Dichtfläche 26 auf der Dichtfläche 27 der im drehenden Maschinenteil 2 angeordneten Gleitscheibe 28 aufliegt. Hier­ bei wird die Bohrung 29 in der Gleitscheibe 28 überdeckt. Durch die Bohrung 29 wird das Betriebsmedium einem Ver­ braucher, beispielsweise einer Spannzange (nicht darge­ stellt) zugeführt.

Das Zusammenwirken von Ventilfeder 12 und Kolbenfeder 16, d. h. die Arbeits- und Wirkungsweise der druckbezogenen schaltbaren Drehdurchführung, wird im folgenden beschrie­ ben.

Das unter Druck stehende Medium wird über eine nicht näher dargestellte Zuführleitung durch die Ventilbohrung 10 und die Stufenbohrung 6 des drehenden Maschinenteils 2 geleitet. Damit die Flüssigkeit aus der Ventilbohrung 10 in die Boh­ rung 24 übertreten kann, muß der Druck in der Ventilbohrung 10 bzw. auf die Ventilkugel 11 so groß sein, daß das Rück­ schlagventil 7 öffnet. Durch den auf der oberen Stirnseite 30 des Zuführkolbens 3 und auf dem Rückschlagventil 7 lasten­ den Druck wird der Zuführkolben 3 gegen den Widerstand der Kolbenfeder 16 mit seinem teilkugelförmigen Kopf 20 gegen die konische bzw. trichterförmige Ausgleichsfläche 23 des Gleitschuhs 22 gepreßt. Diese Anpreßkraft überträgt sich - wie Fig. 2 zeigt - über den Gleitschuh 22 auch auf die Dichtfläche 26 des Ringsteges 25, welche entsprechend gegen die Dichtfläche 27 der Gleitscheibe 28 gedrückt wird, die druckdicht mit dem Maschinenteil 2 verbunden ist.

Die geometrischen Abmessungen des Zuführkolbens 3 und die Kennwerte der Ventilfeder 12 und der Kolbenfeder 16 werden so gewählt, daß das Rückschlagventil 7 erst dann öffnet, wenn die Dichtflächen des Gleitschuhs 22 beiderseits eng an ihren Gegenstücken anliegen.

Läßt dagegen der Druck in der Stufenbohrung 6 nach, so schließt zunächst das Rückschlagventil 7 und bei weiterem Nachlassen des Druckes in der (nicht dargestellten) Zuführleitung wird schließlich der Zuführkolben 3 durch die Kolbenfeder 16 von der Ausgleichsfläche 23 abgehoben und hebt mit seinem Flanschbereich 21, welcher an dem zylindrischen Fortsatz 31 des Kopfes 20 angebracht ist und in die Ausnehmung 24 des Gleitschuhs 22 greift, diesen von dem drehenden Maschinen­ teil 2, d. h. von der Gleitscheibe 28, ab. Je nach den herr­ schenden Druckverhältnissen koppelt und entkoppelt also die Drehdurchführung selbsttätig das freistehende mit dem dre­ henden Maschinenteil 2.

Im entkoppelten Zustand entfällt damit die Reibung der Drehdichtung, welche - wie Fig. 2 zeigt - im wesentlichen durch die Dichtflächen 20 und 27 des Gleitschuhs 22 bzw. der Gleitscheibe 28 gebildet werden. Eine minimale Restrei­ bung zwischen den gegeneinander drehenden Maschinenteilen 1 bzw. 2 tritt nur noch in den sehr reibungsarmen Kugel­ lagern 5 auf.

Steht dagegen die Stufenbohrung 6 unter genügend hohem Druck, so strömt die dort befindliche Flüssigkeit an der gegen den Druck der Ventilfeder 12 zurückweichenden Ventil­ kugel 11 vorbei und durch die Bohrung 24 der Gleitscheibe 28 in das drehende Maschinenteil 2 zu einem (nicht darge­ stellten) Verbraucher. Die Dichtflächen des Gleitschuhs 22 sind hierbei durch den Anpreßdruck des Zuführkolbens 3 fest geschlossen. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, liegt dann der teilkugelförmige Kopf 20 des Zuführkolbens 3 im wesent­ lichen nur entlang eines kreislinienförmigen Bereiches auf der konischen Ausgleichsfläche 23 des Gleitschuhs 22 auf. Dieser Auflagebereich liegt verhältnismäßig dicht am in­ neren unteren Rand der konischen Ausgleichsfläche 23, so daß die Dichtung zwischen Kopf 20 und Ausgleichsfläche 23 nur in geringem Umfang hydrostatisch entlastet wird.

Wie bereits erwähnt, wird die vom Zuführkolben 3 auf die Aus­ gleichsfläche 23 ausgeübte Kraft über den Gleitschuh 22 wei­ ter auf den Ringsteg 25 übertragen, welcher mit seiner gesam­ ten Fläche 26 auf der größeren, ebenfalls ebenen Dichtfläche 27 der Gleitscheibe 28 aufliegt. In der Dichtfläche ist noch ein Ringkanal 32 vorgesehen, der zur drucklosen Ablei­ tung der zwischen den Gleitdichtflächen 26 und 27 hindurch­ tretenden Flüssigkeit über eine nicht dargestellte Bohrung in den Leckraum 33 dient. Die Gleitscheibe 28 ist bei­ spielsweise durch Hartlöten, Schweißen oder Preßpassung fest und druckdicht mit dem drehenden Maschinenteil 2 verbunden.

Zwischen den Gleitdichtflächen 26 und 27 dringt ein dünner Flüssigkeitsfilm ein, wobei jedoch der in dem Flüssigkeits­ film wirkende Druck radial nach außen abfällt und vor Er­ reichen des Ringkanales 32 etwa dem Wert des Außendruckes entspricht. Dieser Flüssigkeitsfilm vermindert mit seinem Druckfeld die Reibung zwischen den Gleitdichtflächen 26 und 27 ganz erheblich, so daß der Gleitschuh 22 und die Gleitscheibe 28 mit relativ hohen Gleitgeschwindigkeiten und Betriebsdrücken gegeneinander gedreht werden können. Im Dichtungsbereich entstehen somit keine allzu hohen Tem­ peraturen, durch welche die Dichtungsflächen selbst oder aber das unter Druck durchgeführte Medium nennenswert er­ wärmt werden.

Als zusätzliche Maßnahme bei axialen Drehdurchführungen (Fig. 1) wird zur effektiveren Kühlung bzw. Wärmeabfuhr die Gleitscheibe 28 bezüglich der Rotationsachse R exzen­ trisch angeordnet, so daß die Gleitdichtflächen 26, 27 im Bereich der Exzentrizität e bei jeder Umdrehung der Gleit­ scheibe 28 sich mit immer neuen Flächenbereichen überdecken, welche zwischenzeitlich unmittelbar von der unter Druck durchgeführten kühlenden Flüssigkeit beaufschlagt werden. Durch diese Maßnahme kann die Umkfangsgeschwindigkeit und der Betriebsdruck einer derartigen Durchführung ohne nach­ teilige Auswirkungen noch weiter gesteigert werden. Bei radialen Zuführsystemen - wie in Fig. 5 dargestellt und spä­ ter noch erläutert - deckt der Gleitschuh 35 nur einen Teil­ bereich der Umfangsfläche 36 des Ventilringes 37 ab, so daß während der Drehung ständig kühlere Oberflächenbereiche mit der Gleitschuh-Dichtfläche 38 in Berührung kommen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher auf die ebenen Gleitflächen 26 und 27 verzichtet wurde. Der aus dem Führungszylinder 4 herausragende Bereich 39 des Zuführkolben 3 weist ebenfalls einen teilkugelförmig aus­ gebildeten Kopf 20 auf, der in einer trichter- oder kalot­ tenförmig ausgebildeten Vertiefung 40 des drehenden Maschi­ nenteils 2 gleitet. Vertiefung 40 und Kugeldurchmesser des Kopfes 20 sind so aufeinander abgestimmt, daß auch hier die hydrostatische Entlastung gegeben ist.

Aufbau und Funktionsweise von Zuführkolben 3, Rückschlag­ ventil 7 und dem Führungszylinder 4 des bereits erwähnten radialen Zuführungssystem der Fig. 5 sind wie vorher be­ schrieben. Bei dieser Ausführungsform sitzt der Gleitschuh 35 radial auf der Umfangsfläche 36 eines Ventilringes 37. Der Druckraum 41 des Gleitschuhs 35 überdeckt im Ausführungs­ beispiel der Fig. 5 gleichzeitig drei Rückschlagventile 42.

Die erfindungsgemäßen Prinzipien lassen sich somit sowohl auf Drehdurchführungen mit radialer als auch axialer Mediumzuführung anwenden.

Die Dichtfläche 26 des Gleitschuhs sowie die anliegenden Dichtflächen des Kopfes des Zuführkolbens und die Gleit­ fläche der Gleitscheibe bzw. des Maschinenteiles und des Ventilringes können bei allen Ausführungsformen je nach Bedarf auch mit Materi­ alien beschichtet werden, welche die gewünschten Haft-, Gleit- und Dichtungseigenschaften noch verbessern und/oder den Verschleiß der gleitenden Teile weiter herabsetzen.

Claims (11)

1. Drehdurchführung zur Einleitung von unter Druck stehenden, gasförmigen oder flüssigen Medien von einem ersten (1) in ein zweites Maschinenteil (2), welche gegeneinander dreh­ bar sind, wobei der erste Maschinenteil (1) mindestens einen als federgestützter Hohlkolben ausgebildeten Zu­ führkolben (3) enthält, und wobei die das Druckmedium führenden und gegeneinander bewegten Teile hydrostatisch entlastet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkolben (3) ein in Zuführrichtung öffnendes, mechanisch vorgespanntes Rückschlagventil (7) enthält und mindestens eine zwischen Zuführkolben (3) und dem ersten Maschinenteil (1) wirkende Kolbenfeder (16 ) vor­ gesehen ist, deren Kraftwirkung derjenigen Kraft ent­ gegengerichtet ist, welche durch das unter Druck stehende Medium auf den Zuführkolben (3) ausgeübt wird.

2. Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Gleitschuh zwischen dem Zuführkolben (3) und dem zweiten Maschinenteil (2) angeordnet ist.

3. Drehdurchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Gleitschuh (22) einstückig mit dem zweiten Maschinenteil (2) verbunden ist.

4. Drehdurchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zuführkolben (3) stirnseitig in Form einer durchbohrten Teilkugel (20) ausgeführt ist, der Gleit­ schuh (22) eine konisch trichterförmige Dicht- bzw. Ausgleichsfläche (23) aufweist, in welche der teilku­ gelförmige Kopf (20) des Zuführkolbens (3) eingreift, und deren andere Dichtfläche (26) als ebener Ringsteg (25) ausgebildet ist, welcher auf einer ebenfalls ebenen und im wesentlichen ringförmigen Gleit- und Dichtfläche (2) einer Gleitscheibe (23) aufliegt, wobei mindestens die im Betrieb rotierende dieser beiden aufeinanderlie­ genden Gleitdichtflächen (20, 27 ) bezüglich der Rotati­ onsachse (R) exzentrisch angeordnet ist.

5. Drehdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkolben (3) in einem Führungszylinder (4) des ersten Maschinen­ teils (1) axial beweglich ist, daß der Zuführkolben (3) in seinem vorderen Bereich stufenförmig abgesetzt ist und sein Außendurchmesser in diesem Bereich geringer ist als der Innendurchmesser des Führungszylinders (4) und daß in dem so gebildeten Zwischenraum (15) als Kolbenfeder (16) eine Druckfeder den Zuführkolben (3) konzentrisch umgibt, welche sich an dem stufenförmigen Absatz (17) des Zuführkolbens (3) einerseits und an einem radial nach innen ragenden Flansch (18) des Führungszylinders (4) anderseits abstützt.

6. Drehdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das im Zuführkolben (3) befindliche Rückschlagventil (7) aus einer Ventil­ kugel (11) besteht, welche durch eine unter Vorspannung stehende Ventilfeder (12) gegen die Zuführrichtung in ei­ nen Ventilsitz (8) gepreßt wird.

7. Drehdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Öffnungsdruck das Rückschlagventil (7) die auf die Kolbenfeder (16) wirkende Kraft größer ist als ihre Vorspannung.

8. Drehdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlag für den Zuführkolben (3) die seiner Stirnseite gegenüberlie­ gende Ausgleichsfläche (23) des zweiten Maschinenteils (2) einerseits und ein Anschlagring (43) oder der Flansch (18) des ersten Maschinenteils (1) andererseits vorge­ sehen sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der axial freie Weg des Zuführkolbens (3) zwischen den beiden Anschlägen (43, 18) maximal 2 mm beträgt.

10. Drehdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurch­ messer des Ringstegs (25) größer als der Innendurchmes­ ser der Dichtfläche (27) der Gleitscheibe (28 ) und der Außendurchmesser des Ringsteges (25) kleiner als der Außendurchmesser der Dichtfläche (27) der Gleitscheibe (28) ist oder jeweils umgekehrt und daß die Exzentrizi­ tät (e) maximal der halben Differenz der Ringstegbreite des Ringsteges (25) und der Breite der anliegenden Dicht­ fläche (25) entspricht.

11. Drehdurchführung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkolben (3) stirnseitig die ebene Gleitfläche aufweist und daß die Dichtfläche des zweiten drehenden Maschinenteils teil­ kugelförmig ausgebildet ist und mit der konischen Aus­ gleichsfläche des Gleitschuhs in Eingriff steht.