JP3912821B2 - 相対的に互いに回転可能な機械部品の間を通って流体を輸送するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第一の機械部品から、第一の機械部品に対して相対的に回転可能である第二の機械部品へ流体を供給する装置であって、第一の機械部品は相対回転軸線に対し回転対称な第一の接触面を有しかつ第二の機械部品は同一の軸線に対し回転対称な補完的な第二の接触面を有し、接触面および機械部品に輸送開口または輸送通路を備え、流体の輸送のために接触面が直接またはその間に配置されたシール要素を介して互いに係合している装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
そのような装置は、つまり「回転伝導装置」として知られているが、公知技術では比較的普及しており、流体、例えば潤滑剤を第一の機械部品から、これに対して相対的に回転する第二の機械部品へ輸送するのに役立つ。通例、そのときにいわゆる滑りシールが用いられており、すなわち第一および第二の機械部品が滑りシール面を有し、これらの滑りシール面に開口部が設けられ、これらの開口部が少なくとも時間的に互いに整合するので、これらの開口部の間の流体の輸送が可能であり、一方接触面がこれらの開口部の周りで互いに係合していて、それによって開口部を外側に対して密封する。滑りシールを有するそのような回転伝導装置は公知技術では豊富な変形例と構成が知られている。したがって、そのような滑りシールは例えば工作機械にも設けられており、工作機械では、流体を、滑りシールそれが加工すべき工作物を冷却するためであれまたは機械要素の油圧作用のためであれ、静止している機械部品から回転する機械部品へ供給しなければならない。工作機械の進歩する開発の流れに沿って、その工具や駆動要素が常に比較的高い回転数に設計されている。全般に中心の冷却媒体供給について、回転数が比較的高くても概ねなお問題がない。なぜなら、そのような中心の供給は接触のないシール（ラビリンスシール）を用いてまたは小さい直径の滑りシールを用いて行うことができるからである。しかしながら、より多くの別々の流体供給が必要であり、したがって中心の冷却媒体供給への噴射や小さな直径の滑りシールの使用に切替えることはもはや不可能である場合に、滑りシールが問題になる。なぜなら、相応するシールの高い回転数と大きな半径のため重なり合って摺動する面の間に非常に高い相対速度が生ずるので、もはや確実に運び去ることができない非常に大きな熱量も発生するからである。このため、シール面が過熱されたり、機能的な損失が生じたりまたは全く動かなくなったりすることになる。このことは、とりわけ、供給装置または回転伝導装置を通って流れる場合には重要な冷却因子である媒体が全く流れないかまたは非常にわずかの媒体しか流れない場合にも当てはまる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この公知技術に対して、本発明の課題は、回転数が高いときに過熱の恐れにさらされることなく、必要な場合に流体の供給を確保することができる冒頭に述べた種類の、機械部品の間を通って流体を輸送するための装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明により、第一と第二の機械部品の接触面および/ またはシールがもはや互いに接触しないようにかつ少なくとも軸方向変位により再び接触させることができるように、少なくとも第一と第二の機械部品の、接触面を有する範囲が軸方向に相対的に互いに移動可能であり、密封面のうちの少なくとも一方が、接触しないように予め負荷をかけた、軸方向に移動可能なピストンに設けられており、ピストンの外側面には、段付きピストンとして、異なる直径の二つの円筒状部分が形成されており、機械部品の間に相対回転がないかまたはゆっくりした相対回転だけが行われるときに、段付きピストンの密封面を少なくとも回転する機械部品の密封面と接触させるために、段付きピストンの段の付いた端面の一方を選択的に圧力で作用可能であることを特徴とする装置により解決される。
【０００５】
したがって、本発明により、接触面が軸方向に簡単に互いに離れるように動かされるので、接触面はもはや重なり合って摺動せず、したがって全く摩擦熱も発生しない。すなわち、多くの適用の場合に、滑りシールのシール面の永続する接触をなくし、かつ相対回転がないかまたはゆっくりした相対回転しか行われないときにのみ、例えばチャック要素の油圧作用の流体供給に役立つときにのみ接触をするようにすることが可能である。付加的にまたはそれに代わる方法として、相対回転が非常に速いときに接触を同様にしかもごく短時間だけつくることもできるのは自明であり、その結果流体は同様にバッチ式に供給することができると共に、接触面が軸方向の移動可能性により常に再び迅速に互いに離れて充分に冷却することができる。
【０００６】
本発明は、例えば工作機械における工具を油圧で締めつけたり弛めたりする装置の場合のように、機械が静止している間にのみ流体を供給しなければならないような機械、装置またはこれの部品に対しても特に目的にかなっている。機械が静止しているときにのみ工具交換が行われるので、この状態では接触面が軸方向移動により互いに固定および密封接触にもたらされそしてそのとき油圧流体またはその他の流体が接触面の開口部を経て一方の機械部品から他方の機械部品へ輸送されて、相応する油圧要素または同様なものを作用させる。引続き、接触面が再び互いに離れるので、接触面が設けられている両方の機械部品の間の速い相対回転が行われるときに接触面は互いにもはや接触しない。
【０００７】
その上、これにより、そうでなければ機械の駆動に打ち勝たなければならない摩擦損失も減少する。
その場合に、接触面が円錐形にまたは截頭円錐形の外筒面の形態に形成されている本発明の実施の形態が特に好都合である。その実施の形態では、30°〜90°の範囲の円錐角、特にほぼ45°の円錐角が好ましい。一般に、半径方向成分を有する截頭円錐形が特に好都合である（したがって円筒形ではない）。なぜなら、このような接触面は比較的短い軸方向運動によりすでに摩擦なく互いに離れるこができるからである。その場合に、円錐形の面は純粋な半径方向面（軸線に対して垂直な面）と比較して、外形（および内径）が与えられたときに孔、開口部および／または溝のために多くの場所を与えるという利点がある。
【０００８】
装置の整然たる作用のために、原則的に随意に半径方向に、軸方向にまたは部分的に周方向にも延びることもできる両方の機械部品のそれぞれの供給通路が接触面の開口部に開口するのがさらに目的にかなっており、その際第一と第二の機械部品の接触面の開口部は一対ずつ同一の軸方向高さに存在する。このようにして、接触面に互いに付設された開口部を少なくとも部分的に互いに整合状態に確実にもたらすことができる。その場合に、そのような一対の開口部のうちの開口部の少なくとも一つが、環状に延びるそれぞれの接触面の溝の範囲に存在する本発明の実施の形態が特に好都合である。これによって、両方の開口部が周方向において種々の角度位置に存在するときでも、両方の互いに付設された開口部が流れ連結するようにしかも溝を介して互いにもたらすことができるので、機械の停止時に、静止している部品に対して相対的に回転する部品の不変の角度位置を当然達成する必要はない。ここに、本発明のこの実施の形態の特別重要な利点を見ることができる。なぜなら、そのような輸送装置が必要とされる多くの工作機械または同様なものでは、軸またはスピンドルの停止時に、定められた回転角度位置を正確に調整するための装置が存在していないかまたはそのような装置を著しい費用をかけてしか設けることができないからである。
【０００９】
本発明の目的に応じて、接触面の各々が少なくとも二つの開口部を互いに間隔を置いて有するのが有利であり、その結果これらの両方の開口部を介して互いに別々に流体を供給しまたは運び去ることができる。そのような多数の開口部の間にまたは一方の方向または他方の方向の一つの開口の向こうにシールを設けるのが目的にかなっており、このシールは、少なくとも両方の接触面が互いに密接に係合している状態で、接触面の開口部またその連結範囲を確実に外側に対して密封する。その場合に、接触面に、装入されるシールを収容するために環状に回っている溝を設けるのが特に目的にかなっており、その際溝深さは対応するシールリングの厚さより小さいことは自明のことであり、このシールリングはそれ故溝からある程度突出していてかつ向かい合っている接触面およびそれぞれの溝底面と密封係合することができる。
【００１０】
さらに、接触面の一方が、機械部品の一方、特に静止している機械部品の、軸方向に移動可能なピストンに配置されている本発明の実施の形態は特に好都合である。したがって、機械部品を全体として動かすことを必要とせず、一方の機械部品のピストンのみを軸方向に動かして両方の接触面を互いに接触させるかまたは互いに離すようにすれば充分である。
【００１１】
さらに、ピストンまたは軸方向に移動可能な機械部品が一方向に、すなわち接触の方向にまたはこれは特に好都合であるが接触面の接触の方向と反対方向に予め負荷をかけなければならない。ピストンは環状ピストンとして形成しかつ回転する機械部品の軸または同様なものを取り囲むのが特に好都合であり、その接触面は環状ピストンの円錐形内面であり、回転する機械部品の軸は円錐形の外面（截頭円錐形の外筒面）でもって環状ピストンの内面と接触することができかつピストンの軸方向運動により離脱することができる。外側は、ピストンをほぼ円筒状の段付きピストンとして形成するのが特に好都合であり、その際ピストンが軸方向運動可能に案内される円筒状部分のピストンの外側にもシールが設けられている。
【００１２】
さらに、第一または第二の機械部品の内側通路または供給導管の少なくとも一部に逆止弁が形成されている本発明の実施の形態が特に好都合であり、その際これらの逆止弁は、接触面が離されるときに接触面の範囲で流体の流出を阻止するように配置されかつ形成されるのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す発明の実施の形態により詳細に説明する。
なお図面については、そこに認められる構成部品、開口部および通路は必然的に全てが同じ軸方向平面に存在しているわけではなく、個々の要素を完全に周方向にもたがいにずらすことができるが、ここでは同一の軸平面に投射されていることを述べなければならない。
【００１４】
図１と２には機械部品１が認められるが、ここでは基本的な制限がなければ動かない機械部品として仮定しなければならない。この機械部品１に対して機械部品２が回転可能であり、この機械部品２にはとりわけ軸２が所属しており、この軸２は中心の回転軸線５０を中心として回転可能である。軸２０は転り軸受３と４を介して機械部品１に回転可能に支承されている。軸２０は、図の左側の範囲において右側の範囲よりもいっそう大きい直径を有し、その際移行部が円錐形接触面２５により形成されており、この円錐形接触面に対しさらに段付きピストン１１の補完的な円錐形の接触面１５が認められ、この円錐形接触面１５は軸２０をリング状に包囲しておりかつ外側が異なる直径の二つの円筒状部分で機械部品１に案内されている。明らかなように、段付きピストン１１はその左端のフランジ肩部を介してかつばね５により軸方向右側に向かって予め負荷がかけられているので、ばね５の力のみがピストン１１に作用している場合には、ピストン１１の円錐形内面１５が軸２０の円錐形外面２５と係合しない。なるほど、軸２０は自由に回転可能であるが、軸方向に移動可能ではない。面１５、２５の円錐角は図示の発明の実施の形態ではほぼ４０°である。
【００１５】
段付きピストン１１は半径方向孔６と７を有し、これらの孔は少なくとも軸方向に互いにずらして配置されており、かつ選択的に周方向にも互いにずらして配置することもできる。同一の軸方向高さにおいて、選択的にいっそう多数の孔６または７を周方向にわたって分配して配置することもできる。図の右に見える段付きピストン１１の端面１２は孔３９および外側の接続部３８を経て圧力で作用させることができ、したがって段付きピストン１１をばね５の力に抗して左側へ押圧して軸２０の円錐形面２５と接触させることができる。この図に示されてない位置には、段付きピストン１１の貫通孔６、７が機械部品１の外側孔１６、１７および軸２０の内側孔２６、２７と同一の軸方向位置に存在している。しかしながら、孔６、７、１６、１７および２６、２７は必然的に周方向にも互いに整合する必要はない。なぜなら、すなわち孔２６、２７の範囲の接触面２５はそれぞれぐるりと回っている溝２８または２９を有し、孔２６、２７が孔６、７に対して周方向にずれていても前記の溝を介して孔６または７の連結をつくることもできるからである。同様に、ピストン１１の円筒状外側にある孔１６、１７への移行にも当てはまる。なぜなら、ピストン１１もその外側の孔６、７の範囲に環状にぐるりと回っている溝１４、１９を有し、これらの溝が孔１６、１７との連結をつくるからである。とりわけ、機械部品１の残部に対して回転してはならない環状ピストン１１は、回転しないように確保されて機械部品１の対応する円筒状部分内を案内することもできるので、ピストンの外側の溝１４、１９を段付きピストン１１と軸２０の間の接触面の場合のような程度に設ける必要はないだろう。軸２０の場合にも、軸２０の回転位置が正確に捉えられかつ機械を止めるために正確に調整することができる場合には、これらの溝２８、２９をなくすことができるだろう。
【００１６】
そのほか、それぞれ互いに接触している面のどちらに対応する溝が設けられているかは重要ではなく、したがって特にこれらの溝が孔６、７の範囲の段付きピストン１１の円錐形内面にも設けることもできるだろう。さらに、ほかの環状のぐるりと回っている溝３１が接触面２５に認められるが、これらの溝３１は溝２８、２９をそれぞれ軸方向に囲んでいる。これらの溝３１にはシールリング５１が存在しており、段付きピストンが最も左側の移動位置へ動かされたときに、シールリング５１が段付きピストンの向かい合っている円錐形内面１５と接触する。それと共に、それぞれ開口部６または７または２６、２７および所属の溝２８、２９の上方と下方に環状にぐるりと回っているシールが整えられ、これらのシールにより、開口部１６、６、２６または１７、７、２７を通って導かれる接触面１５、２５の間の流体の流出が阻止される。
【００１７】
しかしながら、充分精密な面を製造および形成するときには、溝３１およびそこにあるシールリングをなくすこともでき、その代わりに円錐形面１５、２５が直接接触するようにさせることができる。
図に認められるように、ピストンの外側にそれぞれ軸方向に孔６、７の前後にシールリング５２のための溝１８が設けられており、これらのシールリングはピストン１１の外側においても漏れを阻止するのを補助する。孔８、９および３２は漏れを返送するのに役立つ。
【００１８】
すでに述べたように、個々の孔や貫通部は必らずしも同一の軸方向平面に存在していないので、したがって孔２６、２７が同一の、軸平行な導管２２に開口しないで、それどころか導管２２、２３が周方向にずらされ（ここでは180 °だけずらして示してある) かつ互いに平行に延びていると共に、例えば孔２６または複数の孔２６が導管２２とのみおよび孔または複数の孔２７が導管２３とのみ接続されており、その際導管２２、２３も幾重にも平行に存在することができる。
【００１９】
そのほか、軸２０の中心になお一つの中心の流体供給孔２１が認められるが、この中心の流体供給孔を経て例えば冷却媒体を供給することができる。
はっきりと図示されてはいないとしても、接続開口８、３６、３７および３８にまたは供給導管および孔９、１６、１７、１９、２２、２３に弁、特に逆止弁を配置するのが特に目的にかなっており、この逆止弁は、ピストンがもはや軸２０の接触面２５と接触してない位置へ右側に摺動したときに流体の流出を阻止する。そのような逆止弁は、対応する導管または孔、例えば６および３９を逆止弁を経て互いに接続することにより、例えば孔３８のような若干の外部の流体供給開口を節約するのに役立つこともできる。
【００２０】
その場合、孔９、１６、１７への接続が中断されるほどピストン１１の摺動路が大きい場合でも、合目的であることができる。そのとき、溝１８の間の内法の間隔が段付きピストン１１の最大運動路より常に大きいことは自明のことである。
図１では、可動ピストン１１がばね５の作用を受けてその右側の当接位置へ摺動され、したがって接触面１５と２５が互いに接触しないが、図２には、ピストンがばね５の力に抗して左側へ接触位置に摺動された状態を示してある。この位置では、接触面１５、２５が接触しておりかつシールリング５１がそれらに向かい合っている接触面２５の密封面に固定状態でかつ密封状態で密接している。ばね５の作用に抗するピストン１１の摺動力は、ピストン１１の端面１２に加えられる流体圧力によりもたらされる。
【００２１】
図２から明らかなように、この接触状態では、孔および溝３７、１７、１９、７、２９および２７が同じまたは互いに重なっている軸方向高さに存在しているので、孔３７と回転可能な機械部品２の内側孔２３との間に連続的な流体連結がつくられており、この流体連結によりしたがって所望の流体を供給することができる。図２には軸方向に向かい合って示されていて、さらに同様に軸方向に互いに重なっているかまたは同じ軸方向高さに存在する孔および溝３６、１６、１４、６、２８および２６が設けられており、これらの孔と溝は軸平行に延びる回転可能な機械部品２の孔２２に流体を供給する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の一例を接触面が接触してない状態で示す軸方向縦断面図である。
【図２】図１による装置を接触面が接触している状態で示す軸方向縦断面図である。
【符号の説明】
１ 第一の機械部品
２ 第二の機械部品
６，７，２６，２７，２８，２９ 輸送開口部または輸送通路
１１ ピストン
１５ 第一の接触面
１６，１７，２２，２３，２６，２７ 供給通路
２５ 第二の接触面
３０ シール
５０ 相対回転軸線
５２ シール

Claims (11)

1. 第一の機械部品（１）から、第一の機械部品（１）に対して相対的に回転可能である第二の機械部品（２）へ流体を供給する装置であって、第一の機械部品（１）は相対回転軸線（５０）に対し回転対称な第一の接触面（１５）を有しかつ第二の機械部品（２）は同一の軸線（５０）に対し回転対称な補完的な第二の接触面（２５）を有し、接触面（１５，２５）および機械部品（１，２）に輸送開口または輸送通路（６，７、２６，２７，２８，２９）を備え、流体の輸送のために接触面（１５，２５）が直接またはその間に配置されたシール要素を介して互いに係合している装置において、
   第一と第二の機械部品（１，２）の接触面（１５，２５）および/ またはシール（３０）がもはや互いに接触しないようにかつ少なくとも軸方向変位により再び接触させることができるように、少なくとも第一と第二の機械部品（１，２）の、接触面（１５，２５）を有する範囲が軸方向に相対的に互いに移動可能であり、密封面のうちの少なくとも一方が、接触しないように予め負荷をかけた、軸方向に移動可能なピストン（１１）に設けられており、ピストン（１１）の外側面には、段付きピストンとして、異なる直径の二つの円筒状部分が形成されており、機械部品（１，２）の間に相対回転がないかまたはゆっくりした相対回転だけが行われるときに、段付きピストンの密封面を少なくとも回転する機械部品の密封面と接触させるために、段付きピストンの段の付いた端面の一方を選択的に圧力で作用可能であることを特徴とする装置。
2. 接触面（１５，２５）が円錐形面であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 円錐角が３０°と９０°の間の範囲に存在していることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 供給通路（１６，１７，２２，２３，２６，２７）が接触面（１５，２５）の開口部に開口しており、その際接触面の接続された状態で第一と第二の機械部品の接触面の開口部が一対ずつ同一の軸方向高さに存在していることを特徴とする、請求項１から３までのうちのいずれか一つに記載の装置。
5. 接触面（１５，２５）のうちの少なくとも一方に、一対ずつ互いに整合する開口部のうちのそれぞれ一つが、接触面において環状にぐるりと回っている溝の範囲に存在していることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 一つの接触面に、少なくとも二つの開口部が互いに間隔を置いて設けられていることを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の装置。
7. 接触面または密封面が互いに係合しているときに、開口部が環状に回っているシールリングにより互いに分離されかつ相対して密封されていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 接触面に、シールを入れるための環状に回っている溝が設けられていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. ピストン（１１）が円錐形の内面を接触面（１５）として有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
10. ピストン（１１）の外側面が機械部品（１）のシール（５２）により密封されていることを特徴とする、請求項１または請求項９に記載の装置。
11. 少なくとも供給導管（１６，１７，２６，２７，２１，２２，２３）の一部にそれぞれ一つの逆止弁が設けられており、この逆止弁は、接触面が係合してないときに、接触面の開口部をそれぞれの供給導管から分離することを特徴とする、請求項１から１０までのうちのいずれか一つに記載の装置。

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