DE3600884C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betritt eine Hochleistungs-Drehdurchführung zur verlustarmen, achsenparallelen Einleitung von unter Druck stehenden Medien von einem stehenden Maschinenteil in eine rotierendes Maschinenteil und umgekehrt, mit einem im wesentlichen parallel zur Drehachse ausgerichteten Hohlkolben und mit einem Ausgleichsring, welcher im Übergangsbereich zwischen stehendem und rotierendem Maschinenteil angeordnet ist und dessen eine Fläche als Gelenkfläche ausgebildet ist und zusammen mit einem passenden Gegenstück eines der beiden Maschinenteile im wesentlichen ein Kugelgelenk bildet, wobei die der Gelenkfläche gegenüber­ liegende Fläche des Ausgleichsringes als ebene Gleitfläche ausgebildet ist und an einer ebenen Ringfläche einer mit einer Durchgangsbohrung versehenen Gleitscheibe gleitbar anliegt.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-PS 29 41 936 bekannt. Auch die FR-PS 20 41 468 beschreibt im Zusammenhang mit hydraulischen Pumpen für variablen Durchsatz unter anderem eine Hochdruck-Drehdurchführung für schmierende und hochviskose Medien wie Hydrauliköle mit einigen der vorstehend genannten Merkmalen.

Bei der letztgenannten Hochdruck-Drehdurchführung wird der Übergang vom stehenden in den rotierenden Maschinenteil durch einen bikonischen Ring gebildet, in den beidseitig teilkugelför­ mige Gelenkköpfe, von denen einer mit dem rotierenden und der andere mit dem stehenden Maschinenteil verbunden ist, eingreifen. Dabei liegen die beiden Gelenkköpfe jeweils nur entlang einer Kreislinie auf den Konusflächen des bi­ konischen Ausgleichsringes auf.

Während des Betriebes der Drehdurchführung dreht sich ei­ ner der Gelenkköpfe relativ zum anderen, wobei der Aus­ gleichsring dieser Drehbewegung zumindest teilweise folgt und dabei entlang der Auflagelinie auf den Gelenk­ köpfen reibt. Sofern die Gelenkköpfe nicht exakt entlang der Rotationsachse ausgerichtet sind, vollführt der Aus­ gleichsring dabei eine taumelnde Bewegung. Durch eine be­ wußt exzentrische Anordnung eines Gelenkkopfes wird im Falle der FR-PS 20 41 468 eine derartige taumelnde Bewegung be­ wußt herbeiführt. Dies dient u. a. dem Zweck, Verschleiß gleichmäßig auf die zur Verfügung stehenden Flächen zu ver­ teilen. Wegen der sehr kleinen Auflagefläche der Gelenkköp­ fe auf den konischen Flächen des Ausgleichsringes und wegen der zur Abdichtung erforderlichen Andruckkraft üben die ge­ nannten Teile in ihrem jeweiligen Auflagebereich - insbe­ sondere bei hohen Betriebsdrücken (300 bar) - sehr große Kräfte aufeinander aus, so daß bei der Bewegung gegeneinan­ der entsprechende Reibleistungen auftreten, die zwangsweise zu Verschleiß führen. Dies insbesondere dann, wenn es sich bei den Betriebsmedien um nichtschmierende und niedrigvis­ kose Medien handelt, die auch bei höheren Gleitgeschwindig­ keiten keinen ausreichend starken tragfähigen Schmierfilm bilden, um Mischreibung bzw. Festkörperreibung zu vermeiden. Bei höheren Betriebsdrücken erfolgt eine Verformung, insbe­ sondere des Ausgleichsringes, im elastischen Bereich. Dadurch werden die hydrostatische Entlastung und die Auflagebreite bzw. Dichtlinien zwischen den Gelenkköpfen und dem Aus­ gleichsring verändert. Dies führt insbesondere bei nicht­ schmierenden Medien zu druckabhängigen Lageänderungen der Verschleißzone, die identisch ist mit der jeweiligen Dicht­ linie. Bei Änderungen der Drücke, die je nach Betriebsbe­ dingungen mehr oder weniger häufig sein können, besteht die Gefahr, daß die ursprünglichen, für die Funktion notwendi­ gen geometrischen Formen der gegeneinandergleitenden Teile, soweit verändert werden, daß eine einwandfreie Funktion ent­ weder durch Anstieg der Reibung bzw. erhöhte Leckraten nicht mehr gewährleistet ist.

Somit können sich schon nach relativ kurzer Zeit - je nach Betriebsbedingungen - Unregelmäßigkeiten auf den Dichtflä­ chen ergeben, so daß die ohnehin problematische Abdichtung entlang der schmalen Auflagelinie schon nach relativ kurzem Gebrauch der Drehdurchführung ungenügend ist.

Der Druck entlang der Dichtlinie ist trotz hydrostatischer Teilentlastung dabei so hoch, daß das Gelenkkopfmaterial zu­ mindest bei niedrigviskosen Medien unmittelbar auf dem Ma­ terial des Ausgleichsringes reibt. Auch wenn die durch die starke Reibung verursachten mechanischen Antriebsverluste nicht übermäßig groß sind, so bewirkt die Reibung doch eine merkliche Erwärmung der aufeinanderreibenden Teile, so daß allein hierdurch eine Begrenzung der Drehzahl gegeben ist.

Ein weiterer Nachteil der oben genannten Drehzuführung besteht in der fertigungstechnisch aufwendigen Herstellung eines bikonischen Ausgleichsringes und zwei passenden Ge­ lenkknöpfen, welche nicht nur sehr genau, sondern auch noch je nach Einsatzbedingung (Betriebsmedium) aus einem sehr widerstandsfähigen (harten) Material gefertigt sein müssen.

Bei der Durchführung niedrigviskoser und nichtschmierender Medien durch eine derartige Drehdurchführung können aufgrund der Reibung der Dichtflächen aufeinander, insbesondere bei schnell rotierenden Maschinenteilen, beträchtliche Temperaturen entstehen, wobei die entstehende Wärmeenergie nicht immer in ausreichenem Maße abgeführt werden kann. Dies kann entweder zur Beschädigung und Undichtigkeiten der Gleitflächen führen oder aber auch das zu fördernde Medium beeinträchtigen.

Gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochleistungs-Drehdurchführung mit dem eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, bei welcher die Gefahren der Überhitzung der aufeinander gleitenden Flächen verringert ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß entweder die Gleitscheibe oder der Ausgleichsring mit dem anliegenden Gelenkgegenstück bezüglich der Rotationsachse des drehenden Maschinenteils exzentrisch angeordnet sind. Durch dieses Merkmal erreicht man, daß die von den Gleitflächen des Ausgleichsringes und der Gleitscheibe wechselseitig überstrichenen Flächen größer sind als beide oder als die kleineren der beiden Gleitflächen, wobei immer wieder überstrichene Flächenbereiche freigegeben und durch das hindurchfließende Druckmedium beaufschlagt und damit auch gekühlt werden.

Es bilden also bei der Drehung des rotierenden Maschi­ nenteils jeweils andere Bereiche der Ringfläche der Gleit­ scheibe oder der Gleitfläche des Ausgleichsringes die Dichtfläche, wodurch eine bessere Kühlwirkung im Bereich der Dichtung erzielt wird. Dies erlaubt in vorteil­ hafter Weise eine weitere Steigerung der ohnehin schon ho­ hen möglichen Drehzahlen.

Die erfindungsgemäße Drehdurchführung weist einige weitere Vorteile auf. Zum einen ist sie relativ leichter herzustellen, da nur ein Kugelgelenk vorgesehen ist, an das zu dem hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit und vor allem des Materials keine übermäßig hohen Anforderun­ gen zu stellen sind, während die dem Gelenk gegenüberliegende Seite des Ausgleichsringes und die an dieser anliegende Dichtfläche des angrenzenden Ma­ schinenteiles einfach als ebene Flächen ausgebildet sind. Weiterhin arbeiten die für die Funktion wesentlichen (auf­ einandergleitenden) Flächen nahezu verschleißfrei.

Durch die flächenhafte Ausbildung der Dichtung zwischen dem rotierenden und dem stehenden Maschinenteil ist es zum einen möglich, diese als "hydrostatisch kompensierte" Dichtung auszulegen. Hierdurch ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß bei diesem System die hydrostatische Kompen­ sierung durch Langzeitverschleiß nicht beeinflußt wird, da eine automatische Nachstellung erfolgt. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß bei elastischer druckabhängiger Auf­ weitung bzw. Verformung des Ausgleichsrings keine Verände­ rung der hydrostatischen Kompensierung und der aufeinander­ gleitenden Kontaktflächen erfolgt.

Hierbei ist auch zu beachten, daß der durch eine Feder vor­ gespannte und druckbeaufschlagte Hohlkolben gerade eine solche Kraft über den Ausgleichsring auf die ebene Dicht­ fläche ausübt, daß in dem schmalen Trennspalt zwischen der Gleitfläche des Ausgleichsringes und der gegenüberliegenden Ringfläche der Gleitscheibe das unter Druck stehende Medium derart eindringen kann, daß sich auf der gesamten Dichtflä­ che ein reibungsmindernder Flüssigkeitsfilm ergibt, wobei der Druck des Flüssigkeitsfilms in radialer Richtung konti­ nuierlich abnimmt und am äußersten Rand der Dichtfläche gera­ de dem Außendruck entspricht, mithin also eine Flüssigkeit nach außen entweicht. Die für die Reibung verantwortliche mechanische Auflagekraft ist somit äußerst gering.

Das auf der anderen Seite des Ausgleichsringes befindliche Kugelgelenk dichtet zwar auch nur entlang eines schmalen linienförmigen Bereiches, hat jedoch gegenüber den entspre­ chenden Gelenken gemäß der oben erwähnten französischen Pa­ tentschrift den wesentlichen Vorteil, daß diese Dichtung im wesentlichen stationär ist und durch leichte Kippbewegungen des Gelenkes lediglich kleine Ungenauigkeiten der axialen Führung bzw. der zur Achse senkrechten Ausrichtung der Gleit­ fläche des Ausgleichsringes und der Ringfläche der Gleit­ scheibe ausgeglichen werden müssen. Auch wenn die Gleit­ scheibe aus dem gleichen Material gefertigt ist wie das Ge­ lenkstück am gegenüberliegenden Maschinenteil und die Ge­ lenkfläche des Ausgleichsringes die gleiche Oberflächenbe­ schaffenheit hat wie seine Gleitfläche, so wird die hydro­ statische Entlastung an dieser Stelle im Trennspalt zwischen den aufeinandergleitenden Flächen so ausgelegt, daß die Reib­ kraft an den ebenen Flächen immer geringer ist als die Rei­ bungskraft entlang der Dichtlinie der Kugelgelenkflächen, so daß der Ausgleichsring relativ zu dem an das Kugelgelenk anschließenden Maschinenteil feststeht. Diesen Effekt kann man noch verstärken und in vorteilhafter Weise ausnutzen, indem man zumindest einen Teil des Kugelgelenks bzw. der Kugelgelenkflächen aus einem mehr oder weniger elastischen Material mit höherem Reibungskoeffizienten herstellt bzw. die Fläche mit einem solchen Material beschichtet. Eine derartige elastische Fläche hat bessere Dichtungseigen­ schaften, läßt wegen ihrer Elastizität die erforderlichen Kippbewegungen des Kugelgelenks weiterhin zu und stellt durch den hohen Reibungskoeffizienten sicher, daß die Ge­ lenkteile sich nicht gegeneinander verdrehen und die Dich­ tung somit stationär bleibt. Dies hat den Vorteil, daß das Medium unter höherem Druck durchgeführt werden kann, als bei einer nicht stationären Gelenkdichtung. Auch die er­ findungsgemäße Gleitdichtung läßt extrem hohe Drücke zu und ist durch eine Änderung der hydrostatischen Kompensie­ rung zwischen Ausgleichsscheibe und Gleitscheibe nahezu be­ liebig anpaßbar.

Dabei ist es unerheblich, ob schmierende Flüssigkeiten wie Öl oder nicht schmierende Flüssigkeiten wie Wasser durch­ führt werden.

Wegen der reibungsarmen Gleitdichtung ist es möglich, die Drehdurchführung mit vergleichsweise sehr ho­ hen Drehzahlen zu betreiben.

Erfindungsgemäß ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der Innendurchmesser der ringförmigen Gleitfläche größer als der Innendurchmesser der Ringfläche der Gleitscheibe und der Außendurchmesser der Gleitfläche kleiner als der Außendurchmesser der Ringfläche der Gleit­ scheibe ist oder jeweils umgekehrt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß Schwankungen der Druck­ verhältnisse im Flüssigkeitsfilm zwischen den Dichtflächen praktisch ausgeschaltet werden, da Störungen durch eventu­ elle ungenau aufeinanderpassende Randbereiche auf diese Weise ausgeschlossen sind. Die wirksame Dichtfläche ent­ spricht dabei der jeweils kleineren der beiden einander gegenüberliegenden Ringflächen des Ausgleichsringes bzw. der Gleitscheibe.

Es bilden also bei der Drehung des rotierenden Maschi­ nenteils jeweils andere Bereiche der Ringfläche der Gleit­ scheibe oder der Gleitfläche des Ausgleichsringes die Dichtfläche, wodurch eine bessere Kühlwirkung im Bereich der Dichtung erzielt wird. Dies erlaubt in vorteil­ hafter Weise eine weitere Steigerung der ohnehin schon ho­ hen möglichen Drehzahlen.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die ange­ sprochene Exzentrizität maximal der halben Differenz der Ringflächenbreiten der Gleitfläche und der anliegenden Ringfläche der Gleitscheibe entspricht. Wegen der laut An­ spruch 2 vorgesehenen unterschiedlich großen, gegenüberlie­ genden Ringflächen der Gleitdichtung ist es also möglich, trotz der Exzentrizität eines der beiden Teile immer eine vollständige Bedeckung der einen Dichtfläche durch die an­ dere zu erhalten, so daß auch in diesem Falle Störungen des Druckverlaufs im Flüssigkeitsfilm zwischen den Dicht­ flächen vermieden werden. Voraussetzung ist dabei, daß die Exzentrizität einen vorbestimmten Wert nicht über­ schreitet, welcher maximal der halben Differenz der Ring­ flächenbreiten der Gleitfläche bzw. der gegenüberliegenden Ringfläche entsprechen kann.

Die Erfindung sieht zweckmäßigerweise weiterhin vor, daß das aus dem Gegenstück und aus dem Ausgleichsring beste­ hende Kugelgelenk aus einem auf einer schlüsselförmig koni­ schen Ringfläche aufliegenden, mit einer Bohrung versehe­ nen, teilkugelförmigen Gelenkkopf gebildet wird, wobei der Innendurchmesser der exzentrisch angeordneten Teile min­ destens um die zweifache Exzentrizität größer ist als der Innendurchmesser der zentrisch angeordneten Teile.

Auf diese Weise erreicht man, daß der freie Durchfluß des Mediums durch die Drehdurchführung gewährleistet ist und nicht durch in den Strömungsbereich hineinragende und überstehende Kanten von exzentrischen Bauteilen behindert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Hochleistungs- Drehdurchführung gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Gelenkkopf als Ansatz des Hohlkolbens ausgebildet ist und daß die schlüsselförmig konische Ringfläche durch die konisch nach innen geneigte und der Gleitfläche gegenüber­ liegende Seite des Ausgleichsringes gebildet wird.

Dabei ist zweckmäßigerweise der Gelenkkopf einstückig mit dem Hohlkolben verbunden. Durch die gute axiale Führung des relativ langen Hohlkolbens ist damit auch eine entspre­ chend gute Führung des Gelenkkopfes gewährleistet, so daß die aufgrund des eventuell nicht absolut runden Laufes des drehbaren Maschinenteils erforderliche Ausgleichs-Kippbewe­ gung des Kugelgelenks sehr gering ist. Die schlüsselförmig konische Gelenkpfanne wird dabei von der konisch nach innen geneigten und der Gleitfläche gegenüberliegenden Seite des Ausgleichsringes gebildet.

Eine weitere Ausführungsform einer Hochleistungs-Drehdurch­ führung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitscheibe am Hohlkolben angebracht ist und mit der Gleitfläche des Ausgleichsringes in Berührung steht und daß das Gegenstück des Kugelgelenkes an dem dem Hohl­ kolben bezüglich des Ausgleichsringes gegenüberliegenden Maschinenteil angebracht ist.

Der Hohlkolben kann wahlweise in das stehende oder das ro­ tierende Maschinenteil integriert sein. Entsprechend den Montageerfordernissen kann es dabei wünschenswert und vor­ teilhaft sein, wenn das Kugelgelenk auf der dem Hohlkolben abgewandten Seite des Ausgleichsringes angeordnet ist. Dementsprechend ist dann die ebene Gleitfläche des Aus­ gleichsringes dem Hohlkolben zugewandt und die an der Gleitfläche anliegende Gleitscheibe ist an dem Hohlkolben angebracht. Zweckmäßigerweise ist dabei die Gleitscheibe einstückig mit dem Hohlkolben verbunden.

Eine weitere Ausführungsform der Hochleistungs-Drehdurch­ führung sieht vor, daß der Gelenkkopf am Ausgleichsring und die schüsselförmig konische Ringfläche am gegenüber­ liegenden Maschinenteil angebracht ist.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Ausgleichs­ ring wegen des nach außen gewölbten Gelenkkopfes massiver gestaltet werden kann und daher leichter herzustellen ist. Eine die Gelenkpfanne bildende schüsselförmig konische Ringfläche zum Eingriff des Gelenkkopfes ist dementspre­ chend am gegenüberliegenden Maschinenteil angebracht.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gehen teil­ weise durch kinematische Umkehr auseinander hervor und un­ terscheiden sich hinsichtlich der erfindungsgemäßen Funk­ tionsweise nicht voneinander. Allerdings können ferti­ gungstechnisch oder montagebedingte Vorteile die Bevorzu­ gung einer bestimmten Kombination der vorgenannten Aus­ führungsformen nahelegen. Dies hängt jedoch sowohl von dem verwendeten Material als auch von der speziellen Konstruk­ tion der Drehdurchführung ab.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevor­ zugten Ausführungsform und den dazugehörigen Zeichnungen.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Hochleistungs-Dreh­ durchführung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 und

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2.

Fig. 4 illustriert die Kräfteverhältnisse im Bereich der Dichtflächen.

Fig. 1 zeigt eine Hochleistungs-Drehdurchführung zur achs­ parallelen Einleitung von unter Druck stehenden Medien von einem stehenden Maschinenteil 21 in ein rotierendes Maschi­ nenteil 20, mit einem Gehäuse 1, einer daran angebrachten Zufuhrleitung 13 und einer Leckleitung 12. Im Gehäuse 1 ist über die Schrägkugellager 8 eine Welle 3 drehbar gelagert. Die Kugellager 8 werden mittels eines Sicherungsringes 10 und einen mit Zylinderschrauben 9 gehaltenen Deckel 2 in ih­ rer axialen Lage fixiert.

Die Welle 3 ist für den Durchfluß eines Mediums (z. B. Kühl­ mittel, Spülmittel oder Hydraulikflüssigkeit) als Hohlwelle ausgebildet. Der im Gehäuse 1 der Hochleistungs-Drehdurch­ führung befindliche Teil der Welle 3 weist zur Aufnahme der Dichtungs- und Durchführungselemente einen vergrößerten Durchmesser auf. Die auf der Welle 3 mit Preßpassung auf­ sitzenden Innenkonen 27 der Schrägkugellager 8 werden durch einen Flansch 28 am Ende der Welle 3 abgestützt.

Die Längsbohrung 29 der Welle 3 weist in ihrem hinteren Teil in zwei Stufen Aussparungen 30, 31 auf. Die Aussparungen haben ebenfalls zylindrischen Querschnitt, wobei je­ doch die erste Aussparung 30 exzentrisch zur Wellenachse angeordnet ist, während die zweite Aussparung 31 wieder ro­ tationssymmetrisch bezüglich der Wellenachse 32 ausgebildet ist. Die erste Aussparung 30 ist in ihrem Durchmesser so bemessen und in der Weise exzentrisch angeordnet, daß die gesamte Wandstärke eines in die Welle eingesetzten Hohlkolbens 6 außerhalb der Randfluchtungs­ linien der Längsbohrung 29 liegt. An seinem aus der ersten Aussparung 30 herausragenden Ende weist der Hohlkolben 6 ei­ nen Gelenkkopf 22 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 33 auf, welche einen kleineren Durchmesser hat als der zylin­ drische Hohlraum 34 des Hohlkolbens 6 und so ein Widerlager für die darin angeordnete Feder 11 bildet. Die Feder 11 stützt sich mit ihrem anderen Ende am Grund der ersten Aus­ sparung 30 ab und übt so beim Herausschieben des Hohlkol­ bens 6 in die erste Aussparung 30 eine Gegenkraft auf den Hohlkolben 6 aus, durch die der Hohlkolben 6 aus der ersten Aussparung 30 herausgetrieben bzw. mit dem Gelenkkopf 22 an die konische Dichtfläche 25 des Ausgleichsringes 5 gepreßt wird. Im fertig montierten Zustand steht die Feder 11 unter einer Vorspannung, die in Abhängigkeit bei Minimal- und Maximal­ drehzahl zu wählen ist. Der Hohlkolben 6 wird durch einen Sicherungsstift 14 an einer relativen Drehung gegenüber der Welle 3 gehindert. Die Länge der ersten Aussparung 30 und des Hohlkolbens 6 wird so gewählt, daß ein gewisses Spiel für kleine axiale Bewegungen des Hohlkolbens 6 erhalten bleibt. Die Dichtung 15 zwischen Hohlwelle 3 und Hohlkolben 6 ist im wesentlichen stationär, läßt jedoch ebenfalls klei­ ne axiale Bewegungen des Hohlkolbens 6 zu.

Der Hohlkolben 6 mit seinen angrenzenden Teilen ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Im Unterschied zu der Aus­ führungsform nach Fig. 1 sind jedoch bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform die Exzentrizität e und die Abmessungen der ersten Aussparung 30 des Hohlkolbens 6 und seiner Wandstärke und der Durchgangsbohrung 33 so gewählt, daß über die gesamte Länge der Hochleistungs-Drehdurchfüh­ rung der freie Fließquerschnitt der Längsbohrung 29 und der gleichbemessenen Durchgangsbohrung 23 der Gleitscheibe 4 erhalten bleibt. Das heißt, es ragen keinerlei Teile des Hohlkolbens 6, der Feder 11 oder des Ausgleichsringes 5 in den Fluchtungsbereich zwischen der Durchgangsbohrung 23 und der Längsbohrung 29 hinein, so daß der Durchfluß des Mediums von der Hochleistungs-Drehdurchführung prak­ tisch in keiner Weise beeinflußt wird.

Die Exzentrizität e ist gegeben durch den Abstand der Rota­ tionsachse 32 von der Symmetrieachse 36 des Ausgleichsringes 5.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus Fig. 2, in dem ein Teil des Gelenkkopfes 22, des Ausgleichsringes 5 und der Gleit­ scheibe 4 zu erkennen ist, nochmals vergrößert dargestellt. Anhand der Fig. 3 und 4 werden Vorteile dieser Ausführungsform nachstehend erläutert.

Wie bereits beschrieben wird der mit dem Hohlkolben 6 ver­ bundene Gelenkkopf 22 durch die Feder 11 mit der Gelenk­ kopffläche 24 gegen die konische Dichtfläche 25 des Aus­ gleichsringes 5 vorgespannt, so daß sich auch im drucklosen Zustand ein fester Kontakt zwischen Gelenkkopf 22 und Aus­ gleichsring 5 entlang einer Kreislinie ergibt, welche in der Querschnittsdarstellung der Fig. 3 und im Fall ideal harter Materialien nur als Punkt sichtbar wäre und im durch einen gestrichelten Kreis angedeuteten Berührungsbereich 35 liegt. Tatsächlich hat dieser Berührungsbereich jedoch eine gewisse endliche Breite, die allerdings sehr klein sein kann.

Mit im wesentlichen der gleichen Kraft, mit welcher der Ge­ lenkkopf 22 gegen den Ausgleichsring 5 gepreßt wird, wird auch der Ausgleichsring 5 gegen die Gleitscheibe 4 gedrückt. Allerdings wird hier zur Verringerung der Reibleistung die Gesamtkraft in einem anderen Verhältnis der mechanischen und hydraulischen Anteile übertragen. Da der hydraulisch übertragene Anteil praktisch keinen Beitrag zur Reibung lie­ fert, wird dieser möglichst groß und der mechanische Anteil durch entsprechende Formgebung des Ausgleichsringes möglichst klein gehalten. In der Fig. 4 wird dieser Zusammenhang ver­ deutlicht.

Bei geeignet gewählter Anpreßkraft und hydrostatischer Kom­ pensation kann das unter Druck stehende Medium daher in den Trennspalt 26 (Fig. 3) zwischen der Gleitfläche 18 und der Ringfläche 19 eindringen, wobei der Druck im Inneren des Flüssigkeitsfilms im Trennspalt 26 in radialer Richtung kon­ tinuierlich vom Ausgangswert im Inneren der Drehdurchfüh­ rung auf den Wert null bzw. auf den Druck im Außenbereich des Ausgleichsringes 5 abnimmt. Ein derartiger Flüssigkeits­ film vermindert in vorteilhafter Weise die Reibung zwischen den - extrem niedrige Rauhtiefen aufweisenden - Oberflächen 18 und 19 des Ausgleichsringes 5 bzw. der Gleitscheibe 4.

Entlang der Berührungslinie zwischen Gelenkkopf 22 und Aus­ gleichsring 5 im Bereich 35 kann - infolge der geringen hy­ drostatischen Kompensation und der daraus resultierenden hohen spezifischen Flächenbelastung - sich ein entsprechen­ der Flüssigkeitsfilm nicht ausbilden. Entsprechend hoch ist auch die Reibung zwischen der Gelenkkopffläche 24 und der konischen Dichtfläche 25 des Ausgleichsringes 5, so daß bei der relativen Drehung des Hohlkolbens 6 und des damit verbun­ denen Gelenkkopfes 22 der Ausgleichsring 5 mitgedreht wird und dabei auf den Flächen 18 und 19 gleitet. Eine relative Drehbewegung zwischen Ausgleichsring 5 und Gelenkkopf 22 bezüglich der Wellenachse 32 ist daher praktisch ausge­ schlossen. Lediglich Kippbewegungen des Gelenkkopfes 22 bzw. des damit verbundenen Hohlkolbens 6 relativ zum Ausgleichs­ ring 5 sind möglich. Dabei rollt die Gelenkkopffläche 24 des Gelenkkopfes 22 auf der konischen Dichtfläche 25 des Aus­ gleichsringes 5 mehr oder weniger in radialer bzw. axialer Richtung ab, wobei eine Verschiebung des Berührungsbereiches 35 nach innen auf einer Seite des Gelenkkopfes mit der Ver­ schiebung des Berührungsbereiches 35 nach außen auf der ge­ genüberliegenden Seite des Gelenkkopfes 22 einhergeht.

Da relative Drehbewegungen zwischen Gelenkkopf 22 und Aus­ gleichsring 5 nicht stattfinden, treten auch keine Reibungsverluste im Berührungsbereich 35 nicht auf. Der Verschleiß ist hierdurch stark herabgesetzt und eine bessere Abdichtung ist gewährleistet, da die Dichtung zwi­ schen Gelenkkopf 22 und Ausgleichsring praktisch eine sta­ tionäre Dichtung ist.

Die Gleitdichtung zwischen der Gleitfläche 18 des Aus­ gleichsringes 5 und der Ringfläche 19 der Gleitscheibe 4 wird auch als "hydrostatisch kompensierte" Dichtung be­ zeichnet, da der Anpreßdruck des Ausgleichsringes 5 gegen die Gleitscheibe 4 praktisch durch den hydrostatischen Druck des Flüssigkeitsfilmes im Trennspalt kompensiert wird. Eine derartig hydrostatisch kompensierte Gleitdich­ tung arbeitet verlustarm und praktisch verschleißfrei.

Ein weiterer Vorteil dieser Hochleistungs- Drehdurchführung liegt in der exzentrischen Anordnung des Hohlkolbens 6 mit Gelenkkopf 22 und des Ausgleichsringes 5. Die exzentrische Anordnung bewirkt, daß bei der Rota­ tion der Welle 3 der durch den Hohlkolben 6 bzw. den Ge­ lenkkopf 22 mitgeführte Ausgleichsring 5 mitrotiert und mit seiner Gleitfläche 18 immer wieder andere Bereiche der Ringfläche 19 der Gleitscheibe 4 bestreicht. In den Quer­ schnittsdarstellungen der Fig. 1 bis 3 würde diese Rota­ tion einer vertikalen Pendelbewegung des Ausgleichsringes 5 und des Hohlkolbens 6 mit Gelenkkopf 22 entsprechen. Die Exzentrizität e und die Breite der ringförmigen Gleiflä­ che 18 und der Ringfläche 19 der Gleitscheibe 4 ist dabei so gewählt, daß der Rand der Gleitfläche 18 zu keinem Zeit­ punkt über den Rand der Ringfläche 19 hinausragt. Die Ex­ zentrizität e führt somit in einem definierten Bereich zu einer verbesserten Kühlung der Gleitdichtung ohne die Dichtheit des Systems in irgend einer Weise zu beeinträch­ tigen.

Die Dichtflächen des Ausgleichsringes 5 des Gelenkkopfes 22 und der Gleitscheibe 4 können je nach Bedarf auch mit Materialien beschichtet werden, welche die gewünschten Haft-, Gleit- und Dichtungseigenschaften noch verbessern und/oder den Verschleiß der gleitenden Teile weiter herab­ setzen.

Insgesamt erlauben die vorstehend im Detail beschriebenen Maßnahmen die Durchführung von Medien von einem stehen­ den in ein rotierendes Maschinenteil oder umgekehrt unter wesentlich höheren Drücken und bei gleichzeitig wesentlich höheren Drehzahlen als bei den bisher bekannten Drehdurch­ führungen, so daß für die erfindungsgemäße Durchführung der Begriff "Hochleistungs-Drehdurchführung" gewählt wurde.

Selbstverständlich können auch Medien unter geringem Druck und bei kleinen Drehzahlen durch eine derartige Hochlei­ stungs-Drehdurchführung hindurchgeführt werden.

Claims (7)

1. Hochleistungs-Drehdurchführung zur verlustarmen, achsenparallelen Einleitung von unter Druck stehenden Medien aus einem stehenden Maschinenteil (21) in ein rotierendes Maschinenteil (20) oder umgekehrt, mit einem im wesentlichen parallel zur Drehachse ausgerichteten Hohlkolben (6) und mit einem Ausgleichsring (5), welcher im Übergangsbereich zwischen stehendem und rotierendem Maschinenteil (20, 21) angeordnet ist und dessen eine Fläche als Gelenkfläche (25) ausgebildet ist und zusammen mit einem passenden Gegenstück eines der beiden Maschinenteile (20, 21) im wesentlichen ein Kugelgelenk bildet, wobei die der Gelenkfläche (25) gegenüberliegende Fläche des Ausgleichsringes (5) als ebene Gleitfläche (18) ausgebildet ist und an einer ebenen Ringfläche (19) einer mit einer Durchgangsbohrung (23) versehenen Gleitscheibe (4) gleitbar anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Gleitscheibe (4) oder der Ausgleichsring (5) mit dem anliegenden Gelenkgegenstück bezüglich der Rotationsachse des drehenden Maschinenteils (20) exzentrisch angeordnet sind.

2. Hochleistungs-Drehdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der ringförmigen Gleitfläche (18) des Ausgleichsringes (5) größer als der Innendurchmesser der Ringfläche (19) der Gleitscheibe (4) und der Außendurchmesser der ringförmigen Gleitfläche (18) kleiner als der Außendurchmesser der Ringfläche (19) der Gleitscheibe (4) ist oder jeweils umgekehrt.

3. Hochleistungs-Drehdurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizität (e) maximal der halben Differenz der Ringflächenbreiten der Gleitfläche (18) des Ausgleichsringes (5) und der anliegenden Ringfläche (19) der Gleitscheibe (4) entspricht.

4. Hochleistungs-Drehdurchführung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus dem Ausgleichsring (5) und seinem Gegenstück bestehende Kugelgelenk aus einem auf einer schüsselförmig konischen Ringfläche (25) aufliegenden, durchbohrten, teilkugelförmigen Gelenkkopf (22) gebildet wird.

5. Hochleistungs-Drehdurchführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkkopf (22) als Ansatz des Hohlkolbens (6) ausgebildet ist und daß die schüsselförmig konische Ringfläche (25) durch die konisch nach innen geneigte und der Gleitfläche (18) gegenüberliegende Seite des Ausgleichsringes (5) gebildet wird.

6. Hochleistungs-Drehdurchführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitscheibe (4) am Hohlkolben (6) angebracht ist und mit der Gleitfläche (18) des Ausgleichs­ ringes (5) in Berührung steht und daß das Gegenstück des Kugelgelenkes an dem dem Hohlkolben (6) bezüglich des Ausgleichsringes (5) gegenüberliegenden Maschinenteil (20, 21) angebracht ist.

7. Hochleistungs-Drehdurchführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkkopf (22) am Ausgleichsring (5) und die schüsselförmig konische Ringfläche (25) am gegenüberliegenden Maschinenteil angebracht ist.