Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehdurchführung zum Überführen von Fluiden von einem feststehenden Maschinenteil in einen rotierenden Maschinenteil, mit einer Gleitringdichtung in Form zweier aufeinander gleitend angeordneter, ebener, im Wesentlichen kreisförmiger Gleitring- dichtflächen, bei welcher der eine Gleitring auf einem axial bewegbaren Hohlkolben, welcher in dem feststehenden Maschinenteil aufgenommen ist, und der andere Gleitring auf dem rotierenden Maschinenteil angeordnet ist derart, dass die Gleitringdichtflächen während der relativen Drehung des rotierenden und des stehenden Maschinenteils aufeinander gleiten und in Dichtkontakt miteinander stehen.

Der Hohlkolben kann eine axial vorgeschobene oder eine zurückgezogene Position einnehmen. In der vorgeschobenen Position sind die Gleitringdichtflächen miteinander in Dichtkontakt und in der zurückgezogenen Position sind die Gleitringdichtflächen außer Kontakt und berühren einander nicht, so dass ein entsprechender Spalt zwischen diesen Dichtflächen vorhanden ist.

Drehdurchführungen für Fluide sind in vielfältiger Art bekannt, unter anderem als Fluid-Kupplungs- vorrichtungen, Kühlwassereinrichtungen oder Drehvorrichtungen. Sie werden in Maschinen eingesetzt, bei denen fließfähige Medien, wie zum Beispiel Wasser, Öl oder Luft, von einem feststehenden Maschinenteil in einen rotierenden Maschinenteil geleitet werden, zum Beispiel um Aggregate an dem rotierenden (oder an dem feststehenden) Maschinenteil mit Wasser oder Öl oder Luft zu versorgen. Eine Umkehr der Fließrichtung ist selbstverständlich ebenso gut möglich, Anwendungen dafür sind u.a. ein Verstellen pneumatisch oder hydraulisch betätigbarer Elemente, ein Spülen, ein Kühlen oder ein Ausblasen. Häufig ist die unabhängige Übertragung mehrerer unterschiedlicher Fluide erforderlich, die in manchen Fällen durch unterschiedliche Kanäle erfolgt, in anderen Fällen jedoch (zeitlich nacheinander) durch den gleichen Kanal erfolgen muss.

Typischerweise umfasst ein Gehäuse der Drehdurchführung den Dichtungsbereich, vorzugsweise in relativ engem Abstand, unter Umständen auch unter Verwendung weiterer nicht druckbeaufschlagter Dichtungen, um etwaige Leckfluide aufzufangen oder zurückzuführen oder auch um Lecks zwischen relativ zueinander nicht drehbaren Maschinenteilen zu vermeiden oder zu reduzieren.

Drehdurchführungen der oben definierten Art sind beispielsweise bekannt aus den deutschen Pa- tentanmeldung DE 103 49 968 und den deutschen Patentschriften DE 196 21 020 sowie DE 36 00 884. Neben radialen Drehdurchführungen, bei welchen die Überführung des Fluids auf einer zylindrischen Umfangsfläche der Welle erfolgt, gibt es auch sogenannte axiale Drehdurchführungen, bei welchen Fluid über die Stirnseite an einem Ende einer Welle oder die Stirnseite einer stufenförmigen Erweiterung der Welle zu- bzw. abgeführt wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den letztgenannten Typ von Drehdurchführungen.

Eine entsprechende Fluid-Kupplungsvorrichtung wie eingangs erläutert ist aus den europäischen Patentschriften EP 1 724 502 B1 sowie EP 2 497 978 B1 bekannt. Bei dem europäischen Patent EP 1 724 502 B1 handelt es sich um eine mit einem Rotorglied in Verbindung stehende Fluid- Kupplungsvorrichtung, betreibbar mit einem kompressiblen oder inkompressiblen Kühlmedium. Die Zufuhr des Kühlmediums erfolgt in axialer Richtung. Die Übergangsfläche zwischen feststehendem und rotierendem Maschinenteil weist eine Dichtungsanordnung in einer radialen Ebene auf, welche aus einem drehenden, am Rotorglied befestigten Dichtglied und einem nicht-drehenden Dichtglied, welches frei von externen Öffnungs- oder Schließkräften auf die Dichtungsanordnung ist, besteht und im Falle einer Druckbeaufschlagung durch den Medieneinlass ein sogenanntes Ausgleichsverhältnis zwischen 0,5 und 0,67 aufweist, das als das Verhältnis der Schließflächen zu den Öffnungsflächen definiert wird, wobei offenbar die Gleitdichtflächen als Öffnungsflächen angesehen werden. Das europäische Patent EP 2 497 978 B1 beschreibt eine vergleichbare Fluid-Kupplungsvorrichtung, jedoch mit dem Unterschied, dass zumindest ein mit dem nicht-rotierenden Dichtungs- element verbundenes Arbeitsfederelement eine Öffnungskraft auf die Dichtungsanordnung ausübt, um das rotierende und das nicht-rotierende Dichtungsglied voneinander zu trennen. Die Dichtungsanordnung sieht für Ausgleichsverhältnisen größer als 0,67 eine in Öffnungsrichtung wirkende Feder vor. Mit einer derartigen Fluid-Kupplungsvorrichtung werden sowohl flüssige (schmierende) Fluide, zum Beispiel Wasser- oder Öl-basierte Kühlmedien, als auch gasförmige (nicht-schmierende) Kühlmedien, wie zum Beispiel trockene Luft oder andere Gase, über ein und dieselbe Drehdurchführung zugeführt. Die Verwendung von. Flüssigkeiten, die im Allgemeinen inkompressibel sind, hat den Vorteil, dass die sich gegenüberliegenden und aufeinander gleitenden Dichtflächen der Gleitringdichtung durch dazwischen eindringende Flüssigkeit geschmiert und gekühlt werden und somit ein Trockenlaufen und ein Festfressen oder schneller Verschleiß vermieden wird. Bei der Verwendung von gasförmigen (kompressiblen) Medien wie zum Beispiel Luft zum Kühlen an einer Werkzeugmaschine, wird der Hohlkolben im Allgemeinen durch externe Mittel, wie zum Beispiel Federn, aus der Kontaktposition zurückgezogen oder -gedrückt, so dass die Dichtflächen auseinanderbewegt sind und ein kleiner Spalt zwischen den beiden Dichtflächen bestehen bleibt. Das Trockenlaufen wird somit durch Verzicht auf den vollen Dichtkontakt zwischen den Dichtflächen der Gleitdichtringe vermieden. Dies ist zwar mit einem entsprechenden Leckverlust verbunden, der aber nach dem Stand der Technik unvermeidlich ist.

Das oben erwähnte und in der EP 1 724 502 B1 etwas weniger präzise und pauschal definierte Ausgleichsverhältnis ist in der vorliegenden Beschreibung etwas abweichend bezeichnet als Belastungsfaktor und definiert als das Verhältnis einer in Schließrichtung druckbeaufschlagten Fläche des Hohlkolbens, der in Öffnungsrichtung keine Flächen gegenüber liegen, die durch den gleichen Druck beaufschlagt werden (= hydraulisch belastete Fläche AH), ZU der Kontaktfläche A der Gleitdichtringe, die aufgrund des (unvollständigen) Dichtkontaktes von einem mit dem Radius der Kon- taktfläche abnehmenden Druck beaufschlagt wird. Dieser Belastungsfaktor und das in den obigen Druckschriften definierte Ausgleichsverhältnis stimmen nur dann überein, wenn der Hohlkolben neben den Dichtflächen keine in Öffnungsrichtung mit dem jeweiligen Fluiddruck beaufschlagten Flächen aufweist. In guter Näherung nimmt der Druck auf die Gleitringdichtflächen, wenn sie in Dichtkontakt miteinander stehen, von ihrem jeweiligen Innenradius, wo unvermeidlich noch der volle Druck des Mediums ansteht, zu dem äußeren Radius der Kontaktfläche, wo der Druck auf den Umgebungsdruck abgefallen ist, in etwa linear mit der Radiusdifferenz (R _a - Ri) ab (R _a = Außenradius der Kontaktfläche, Ri Innenradius der Kontaktfläche). Die entsprechenden Flächen sind für einen konkreten Hohlkolben mit Gleitringen in Figur 4 identifiziert und in der zugehörigen Beschreibung nochmals erläutert. Daraus ergibt sich, dass bei einem Belastungsfaktor von etwa 0,5 im geschlossenen Zustand der Gleitringdichtung annähernd ein Gleichgewicht zwischen den Öffnungs- und den Schließkräften herrscht, die auf den Hohlkolben wirken. Ein weitgehendes Gleichgewicht zwischen diesen Kräften vermindert die Reibung zwischen den Gleitringdichtflächen reduziert und damit de- ren Erwärmung und Verschleiß.

Sobald jedoch der Dichtspalt sich öffnet und Medium mit entsprechendem Druck aus dem Spalt zwischen den Gleitringdichtflächen austritt, trifft die Annahme eines annähernd linearen Druckabfalls zwischen den Gleitdichtflächen nicht mehr zu, d. h. der über die Gleitdichtflächen gemittelte Druck wird größer, so dass das Kräftegleichgewicht aufgehoben und der Hohlkolben und die Dichtung in geöffneter Stellung gehalten werden. In der Praxis wird daher der Belastungsfaktor auf Werte deutlich oberhalb von 0,5 eingestellt, damit die Dichtung bei hinreichender Druckbeaufschlagung geschlossen bleibt. Für die die Trockenlaufsicherheit bei der Hindurchleitung gasförmiger, oder allgemein nicht schmierender Medien wie zum Beispiel Luft sollen aber die Dichtflächen einander möglichst nicht berühren, weil sie sich ansonsten sehr schnell erhitzen und dadurch zerstört werden. Dies wird der EP 2 497 978 bei Ausgleichsverhältnissen oberhalb von 0,67 durch eine den Kolben in Öffnungsrichtung vorspannende Feder sicher gestellt, die bei niedrigem Druck, wie er für die Zufuhr gasförmiger Medien typischerweise vorliegt, die Schließkraft überwindet, die auf den Kolben bei geschlossener Dichtung durch das hindurchströmende Medium erzeugt wird, wobei die Dichtflächen bei genügend hohem Druck in Kontakt bleiben.

Solche trockenlaufsicheren Drehdurchführungen haben allerdings den Nachteil, dass bei einem Wechsel auf ein inkompressibles Mediums, wie z. B. Wasser, Öl oder eine Emulsion, das typischerweise unter wesentlich höherem Druck zugeführt wird, zu Beginn der Zufuhr wegen des zunächst noch offenen Dichtungsspaltes der in Öffnungsrichtung vorgespannten Gleitringdichtung eine erhebliche Menge an Fluid als Leck aus der Dichtung austritt.

Gemäß der EP 1 724 502 B1 wird und auf eine Öffnungsfeder verzichtet und dabei der Belastungsfaktor unterhalb von 0,67 eingestellt. Auch bei dieser Vorrichtung sollen jedoch zur Erzielung von Trockenlaufsicherheit bei der Hindurchführung von kompressiblen Medien die Dichtflächen nicht in Kontakt sein, so dass ein Dichtspalt vorliegt, was wiederum die erwähnten Leckverluste bei der Gasdurchleitung und beim Wechsel auf inkompressible Medien verursacht.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Drehdurchführung der eingangs genannten Art zu schaffen, die trotz Trockenlaufsicherheit dennoch nur geringe Leckverluste bei gleichzeitig verbesserter Dichtwirkung auch bei der Hindurchführung eines nicht-schmierenden Mediums und sogar bei hohen Drehzahlen des rotierenden Maschinenteils aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer Drehdurchführung der eingangs genannten Art die Gleitringdichtung ein Federelement aufweist, das eine Schließkraft auf den Hohlkolben ausübt, sodass die Gleitringe auch ohne Druckbeaufschlagung des Hohlkolbens durch ein hindurchgeführtes Medium in Dichtkontakt stehen.

Die erfindungsgemäßen Drehdurchführungen können überall dort eingesetzt werden wo z. B. Emulsion, Öl, Wasser im Wechsel mit Gas bzw. Gasen zuverlässig bei einem möglichst geringen Leck von einem stehenden in ein drehendes Maschinenteil (oder umgekehrt) zugeführt werden müssen. Bei dieser Ausgestaltung wird durch geschlossen Halten der Dichtflächen ein anfänglicher Leckstoß beim Wechsel auf ein inkompressibles Fördermedium vermieden. Da die Feder in Schließrichtung gespannt ist, bevor das Fördermedium in die Drehdurchführung eingeleitet wird, besteht bereits ein Dichtkontakt zwischen den Gleitringen, wenn das Fördermedium in die Drehdurchfüh- rung gelangt. Neben einer verbesserten Dichtwirkung wird darüber hinaus daher auch vermieden, dass sich die Dichtflächen infolge eines schnellen Druckaufbaus im Spalt zwischen den Dichtflächen nicht schließen oder noch weiter auseinander bewegt werden, wie dies im Falle der Verwendung einer Feder in Öffnungsrichtung oder bei Verzicht auf jegliche Feder geschehen kann, wenn das Fördermedium nur unter allmählich steigendem Druck oder in entgegengesetzter Richtung in die Drehdurchführung eintritt.

Trotz der vorhandenen Feder in Schließrichtung ist aber die erfindungsgemäße Drehdurchführung trockenlaufsicher und verhindert ein Festfressen bzw. eine Zerstörung der Dichtflächen. Die Dichtung hat einen geringeren Belastungsfaktor und die Feder übt nur geringe Kraft auf den Kolben aus, so dass die Dichtflächen bei niedrigem Druck, wie er für die Durchführung gasförmiger Medien typisch ist, mit nur geringer Kraft aneinander gedrückt werden. Bei dieser Ausgestaltung sind hohe Drehzahlen bis zu 42000 rpm möglich, was aber auch die Verwendung bei niedrigen Drehzahlen im Bereich von 500 bis 2000 rpm nicht ausschließt. In einer Variante können die die Gleitringe auf ihren einander zugewandten Flächen optional mit einer reibungsmindernden Beschichtung verse- hen sein.

Die vorliegende Erfindung erlaubt somit einen tendenziell kleineren Belastungsfaktor als herkömmliche Drehdurchführungen. Der geringfügige Nachteil eines potentiell höheren Verschleißes bei der Zufuhr eines nicht schmierenden, kompressiblen Mediums wird also neben der Reduzierung des Lecks zusätzlich wettgemacht durch eine Reduzierung des Verschleißes bei unter hohem Druck zugeführten Medien, weil der Effekt des geringeren Belastungsfaktors gegenüber der Zusatzkraft durch die Schließfeder(n) bei hohem Druck deutlich überwiegt und die Gleitdichtflächen bei hohem Druck des zugeführten Mediums trotz der zusätzlichen Schließfeder mit geringerer Kraft aneinander gepresst werden als bei Drehdurchführungen mit einem höheren Belastungsfaktor, die ohne zusätzliche Federunterstützung oder mit Federn, die in Öffnungsrichtung wirken, arbeiten.

Die Trockenlaufsicherheit kann eventuell noch dadurch verbessert werden, dass die ringförmigen Gleitdichtflächen nicht exakt konzentrisch angeordnet sind, sondern mindestens eine der Gleitdichtflächen die Rotationsachse nicht als Symmetrieachse hat, so dass die Gleitdichtflächen wäh- rend der relativen Drehung zwar immer entlang des gesamten Umfangs Kontakt haben, einzelne Teil der Flächen jedoch bei jeder Umdrehung außer Kontakt und anschließend wieder in Kontakt miteinander kommen. Diese radiale Asymmetrie der beiden Gleitringdichtflächen relativ zueinander bewirkt eine bessere Kühlung sowie eine bessere Schmierung im Dichtspalt. Handelt es sich bei dem Fördermedium um Luft oder ein anderes Gas, so liegt der Druck in der Gaszufuhrleitung typischerweise im Bereich von 0 bar bis 10 bar. Ist das Fördermedium hingegen eine Flüssigkeit liegen die typischerweise anstehenden Drücke im Bereich von 0 bis 200 bar, zu- meist zwischen 30 und 150 bar.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drehdurchführung dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkraft eines Federelements bzw. die Summe der Schließkräfte mehrerer Federelemente ausreichend ist, um den Hohlkolben in seiner Führung zu bewegen, die auch eine stationäre Gleit- dichtung aufweisen kann, wobei letztere aber so ausgewählt werden sollte, dass sie eine entsprechend geringe Reibung mit der axial darauf gleitenden äußeren Hohlkolbenoberfläche hat. Die erforderliche Kraft zum axialen Bewegen des Kolbens kann typischerweise in der Größenordnung zwischen 0,1 und 10 N liegen.

Andererseits ist die Federkraft auch so gering und der Belastungsfaktor so nahe bei einem Kraftausgleich, dass bei Beaufschlagung mit geringem Druck, wie er bei Gasen typisch ist, eine Trockenlaufsicherheit gewährleistet ist, weil die Dichtflächen nur mit entsprechend geringer Kraft zusammengehalten werden, so dass auch im Betrieb mit Gasdurchführung nur wenig Reibungswärme an den Dichtflächen entsteht. Es versteht sich, dass auch die Gleitdichtringe für diesen Zweck optimiert werden können, indem sie besonders reibungsarme Oberflächen aufweisen und beispielsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Keramik- oder Hartmetallmaterial bestehen. Die vorhandene Trockenlaufsicherheit schlägt sich folglich auch in dem dauerhaften Erhalt einer guten Dichtigkeit bzw. einer geringen Leckrate und in einer langen Lebensdauer der entsprechenden Dichtungen oder Dichtflächen nieder.

Die Fertigungstoleranz der Gleitringe gemäß der vorliegenden Erfindung soll einen Wert von 0,1 Millimeter nicht überschreiten.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drehdurchführung dadurch gekennzeichnet, dass drei Federelemente um den Umfang des Hohlkolbens in Winkelabständen von jeweils 120° angeordnet sind. Jedes einzelne der drei in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten Federelemente weist dabei eine solche Schließkraft auf, dass die Federelemente in der Summe eine Schließkraft bewirken, die innerhalb der oben angegebenen Grenzen liegt. Durch die gleichmäßige Verteilung der Federelemente wird verhindert, dass es zur Ausbildung von Drehmomenten um Achsen, die nicht parallel zur Rotationsachse des rotierenden Maschinenteils verlaufen, kommt. Derartige störende Drehmomente könnten nämlich zu einer ungleichmäßigen Druckbeaufschlagung auf die Gleitringdichtflächen führen und somit den Verschleiß von diesen deutlich beschleunigen. Weiterhin ist in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Drehdurchführung einen Belastungsfaktor, d. h. ein Flächenverhältnis von hydraulisch belasteter Fläche AH zur Kontaktfläche A der Gleitringe, zwischen 0.68 und 0.50, bevorzugt zwischen 0.65 und 0.52 und besonders bevorzugt zwischen 0.63 und 0.54 aufweist.

Das Flächenverhältnis k = AH / A von hydraulisch belasteter Fläche AH zur Kontaktfläche A stellt eine dimensionslose geometrische Kenngröße dar, für die in der Praxis üblicherweise Werte zwischen 0,65 und 1 ,2 gewählt werden (Eagle Burgmann, Technik und Auswahl - Gleitringdichtungen, Stand 23. März 2015, S. 8). Kleinere Werte bedeuten höhere Entlastung von Seiten des Dichtspalts und damit geringere thermische Belastung der Dichtflächen. Die Gefahr des Abhebens der Dichtflächen, und damit verbunden der Verlust der Dichtwirkung, steigt jedoch mit abnehmendem Flächenverhältnis. Dieser Gefahr wird jedoch in der vorliegenden Erfindung dadurch vorgebeugt, dass ein Federelement in Schließrichtung vorgespannt ist, welches die Dichtflächen bereits ohne Hindurchführung eines Fluids, d.h. ohne Druckbeaufschlagung der Drehdurchführung, aneinander drückt.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Drehdurchführung dadurch gekennzeichnet, dass die Drehdurchführung eine erste quasistationäre Dichtung aufweist, deren Dichtflächen mit der Außenfläche des axial bewegbaren Hohlkolbens in Dichtungskontakt stehen.

Es versteht sich, dass die Summe der Schließkräfte eines oder mehrerer Federelemente größer ist als die Haftreibungskraft der ersten quasistationären Dichtung. Die ebenen Gleitringdichtflächen sind dadurch im Zustand ohne Druckbeaufschlagung miteinander federnd vorgespannt, sodass sie sich im Normalfall mit einer wohl definierten Andruckkraft berühren.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Drehdurchführung dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Maschinenteil aus einem mehrteiligen Gehäuse mit zentraler zylindrischer Bohrung besteht, die als Stufenbohrung ausgebildet ist und in der der axial begrenzt bewegbare Hohlkolben aufgenommen ist. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da sie eine einfa- chere Herstellung und Montage des feststehenden Maschinenteils erlaubt und einzelne Teile bequemer ausgetauscht werden können.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Drehdurchführung, die derart ausgestaltet ist, dass einer der Gleitringe an einem Ende einer zentralen Hohlwelle des rotie- renden Maschinenteils fest angeordnet ist und wobei die zentrale Welle wiederum in Wälzlagern, bevorzugt in Form von Kugellagern, drehbar in einem Gehäuse gelagert ist. Zweckmäßigerweise weist die Drehdurchführung zwischen dem Durchführungsgehäuse und der Hohlwelle mindestens zwei Wälzlager für eine Welle des drehenden Maschinenteils auf, die im Abstand zueinander angeordnet sind und zwar möglichst in einem maximalen Abstand, d.h. jeweils eines in der Nähe der beiden Enden des Durchführungsgehäuses. Das Durchführungsgehäuse weist im Allgemeinen eine zentrale zylindrische Bohrung, gegebenenfalls mit stufenförmigen Erweiterungen, Aussparungen und dergleichen auf, um darin eine Hohlwelle aufzunehmen. Die äußere Form des Durchführungsgehäuses und auch der innere Aufbau der Drehdurchführung sind im Prinzip beliebig, jedoch ist die äußere Form zumeist auch zylindrisch oder teilzylindrisch und einer Zylinderform angenähert.

Eine solche Drehdurchführung weist außerdem das bereits erwähnte Durchführungsgehäuse der Fluid-Drehdurchführung sowie Lagerelemente auf, über welche das Durchführungsgehäuse und die damit verbundenen Teile auf der Hohlwelle gelagert sind. Umgekehrt könnte man auch sagen, dass die Hohlwelle über die Lagerelemente in dem Durchführungsgehäuse und innerhalb der damit verbundenen Teile gelagert ist.

Durchführungsgehäuse und Hohlwellenlager sind bei dieser Ausführungsform mechanisch entkoppelt. Hierdurch werden dynamische und statische Kräfte, z. B. Gewichts- und Biegekräfte, von dem Hohlwellenlager aufgefangen und nicht auf die Lager und Dichtflächen im Durchführungsgehäuse übertragen. Unabhängig davon weist aber auch die Drehdurchführung vorzugsweise noch integrierte Lagerelemente auf, die nicht der Lagerung der Hohlwelle, sondern umgekehrt der Lagerung der Drehdurchführung auf der Hohlwelle dienen.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Drehdurchführung dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite stationäre Dichtung in Form einer Labyrinthdichtung zwischen einem Leckraum und dem nächstliegenden Wälzlager angeordnet ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drehdurchführung dadurch gekennzeichnet, dass die zweite stationäre Dichtung in Form einer doppelten Labyrinthdichtung ausgestaltet ist. Eine derart ausgestaltete zweite stationäre Dichtung führt dazu, dass aufgrund des hohen Strömungswiderstandes in einem langen Spalt nur eine sehr geringe Fluidmenge durch die Labyrinthdichtung austreten kann. Die zwischen Leckraum und nächstliegendem Wälzlager angeordnete Labyrinthdichtung soll verhindern, dass aggressive Fluide, welche möglicherweise durch die Drehdurchführung hindurchgeführt werden, über den Leckraum mit den Wälzlagern in Kontakt kommen.

Alternativ oder zusätzlich kann eine stationäre Dichtung zwischen der Gleitringdichtung und einem Wälzlager in Form einer druckaktivierten Flachdichtung ausgestaltet sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren deutlich. zeigt einen schematischen axialen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehdurchführung entlang der Ebene A-A in Figur 2. zeigt eine axiale Draufsicht auf die Drehdurchführung welche die Lage der Schnitte A- A und B- B gemäß Figur 1 und 2 wiedergibt.

zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines schematischen axialen Längsschnitts einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehdurchführung mit drei Federelementen mit einem Winkelabstand von 120° in Umfangsrichtung des Hohlkolbens.

Die in Figur 1 dargestellte Drehdurchführung 10 weist als wesentliche Bestandteile einen festste- henden Maschinenteil 1 mit einem darin aufgenommenen, axial begrenzt bewegbaren Hohlkolben 8 mit (nicht dargestellten) Zuführanschlüssen zum Zuführen von verschiedenen Fluiden, und einen rotierenden Maschinenteil in Form einer zentralen Hohlwelle 2 auf, die in einem Gehäuse 3 drehbar gelagert ist. Das Gehäuse 3 ist Teil des stehenden Maschinenteils 1. Die zentralen Bohrungen des Hohlkolbens 8 und der Hohlwelle 2 sind entlang derselben zentralen Achse 20 ausgerichtet und stehen in Verbindung miteinander. Eine Gleitringdichtung 4 besteht aus zwei Gleitdichtringen 6, 7 mit zwei, ebenen, im Wesentlichen kreisförmigen und aufeinander gleitend angeordneten Gleitringdichtflächen 5. Die Gleitdichtringe sind abgedichtet auf den einander zugewandten Stirnseiten des Hohlkolbens 8 und der Hohlwelle 2 fixiert. Diese Gleitringdichtung bildet die Schnittstelle der Fluidzufuhr von dem stehenden Maschinenteil 1 in das drehende Maschinenteil bzw. die Hohlwelle 2 und dichtet somit den Fluidübergang von der Bohrung des Hohlkolbens 8 des stehenden Maschinenteils 1 in die Bohrung 9 der Hohlwelle 2 nach außen ab.

Die Gleitringdichtung 4 ist geschlossen, wenn die Gleitdichtflächen 5 flächig aufeinander liegen, so dass sie bei einer Drehung der Hohlwelle um die zentrale Achse 20 (während der Hohlkolben nicht rotiert) gleitend miteinander in Kontakt so dass allenfalls geringe Mengen des durch den Kolben und die Hohlwelle hindurchgeführten Fluids zwischen den Gleitdichtflächen 5 nach außen dringen kann.

Der Hohlkolben 8 ist axial beweglich in dem Gehäuse des stehenden Maschinenteils 1 gelagert, um zum einen eine flexible und dauerhaft dichte Anlage der Gleitdichtflächen 5 aneinander zu gewährleisten, was zum Anderen aber prinzipiell auch ein Trennen der Gleitdichtflächen 5 ermöglicht. Im vorliegenden Fall wird ein Trennen der Gleitdichtflächen 5 vermieden, indem ein in Schließrichtung auf den Hohlkolben 8 wirkendes Federelement 1 1 sicherstellt, dass die Gleitdichtflächen 5 auch im druckfreien Zustand der Drehdurchführung 10 in dichtem Kontakt bleiben. Der feststehende Maschinenteil 1 der Drehdurchführung 10 besteht aus einem mehrteiligen Gehäuse mit zentralen zylindrischen Bohrungen unterschiedlichen Durchmessers zur Aufnahme des Hohlkolbens 8 bzw. der Hohlwelle 2. Die zentrale Hohlwelle 2 ist in Kugellagern drehbar in einer Bohrung des Gehäuseteils 3 gelagert. Dabei fällt die Drehachse 20 der Hohlwelle 2 mit der zentralen Achse des Hohlkolbens 8 im feststehenden Maschinenteil 1 zusammen.

Zudem weist das feststehende Maschinenteil 1 nicht dargestellte Zuführanschlüsse zum Zuführen von Fluiden in das feststehende Maschinenteil 1 auf. Dadurch können mehrere und gegebenenfalls auch unterschiedliche Fluide unabhängig voneinander der Drehdurchführung über die Zuführanschlüsse zugeführt und durch den selben axialen Durchführungskanal vom feststehenden Maschi- nenteil 1 in das rotierende Maschinenteil 2 übertragen werden.

Handelt es sich bei dem in die Drehdurchführung eingelassenen Fördermedium um Luft, so kann dies beispielsweise mit einem Druck im Bereich von 0 bar bis 10 bar in das feststehende Maschinenteil 1 zugeführt werden. Ist das eingelassene Fluid hingegen eine Emulsion, so kann diese typischerweise mit einem Druck im Bereich von 0 bis 200 bar, bevorzugt von 30 bis 150 bar, in das feststehende Maschinenteil 1 zugeführt werden.

Die Gleitringdichtung 4 ist an der Schnittstelle zwischen dem feststehenden und dem rotierenden Maschinenteil angeordnet. Einer der Gleitringe 6 ist auf einer Stirnseite des im feststehenden Ma- schinenteil 1 aufgenommenen, begrenzt axial bewegbaren Hohlkolbens 8 dicht befestigt. Der andere Gleitring 7 ist auf der dem Hohlkolben 8 zugewandten Stirnseite der Hohlwelle 2 des rotierenden Maschinenteils dicht befestigt, wobei die Gleitringdichtflächen 5 der beiden Gleitdichtringe 6, 7 im Wesentlichen konzentrisch zur Drehachse des rotierenden Maschinenteils 3 verlaufen, so dass die Dichtflächen der Gleitringe 6, 7 während einer Drehung der Hohlwelle 2 aufeinander glei- ten.

Auch wenn die Gleitringe 6, 7 hier exakt konzentrisch angeordnet sind, wäre dennoch ein kleiner radialer Versatz der beiden Gleitringe 6, 7 bzw. ihrer Dichtflächen 5 relativ zueinander möglich. Wird ein Fluid in das feststehende Maschinenteil 2 geleitet, so wird der Hohlkolben 8 und damit der an dem feststehenden Maschinenteil 2 befindliche Gleitring 6 durch den auf die von der Gleitringdichtung 4 abgewandte Stirnseite des Hohlkolbens 8 wirkenden Druck in Richtung des Gleitringes 7 des rotierenden Maschinenteils gedrückt. Die Gleitringdichtung 4 weist weiterhin drei Federelemente 1 1 auf, welche um den Umfang des im feststehenden Maschinenteil 2 aufgenommenen Hohlkolbens 8 verteilt angeordnet sind und von denen eines in Figur 1 erkennbar ist. Die Federelemente 1 1 üben eine Schließkraft auf die Gleitringdichtung 4 aus, unabhängig davon ob ein Fluid unter Druck hindurchgeführt wird. Da der Hohlkolben 8 durch die Feder 1 1 bereits in Schließrichtung vorgespannt ist, bevor das Fördermedium in die Drehdurchführung 1 eingeleitet wird, besteht bereits ein Dichtkontakt zwischen den Gleitringen 6, 7, wenn das Fördermedium in die Drehdurchführung 1 eingelassen wird. Dies führt dazu, dass ein anfänglicher Leckstoß verhindert wird, der ansonsten auftreten könnte, wenn der Hohlkolben 8 aufgrund seiner Trägheit und in Anbetracht der konkreten Druckverhältnisse den Gleitring 6 noch nicht an den Gleitring 7 angedrückt hat, bevor der Fluidstrom den Bereich des Dichtspaltes zwischen den Gleitdichtflächen 5 erreicht hat.

Das in Figur 1 dargestellte Federelement 1 1 hat dabei eine Schließkraft von deutlich unter 10N. Die entsprechende Schließkraft für die drei Federelemente ist bereits ausreichend, um auch in dem Fall mangelnder Druckbeaufschlagung durch ein Fluid die Gleitringdichtflächen 5 mechanisch leicht aufeinanderzudrücken, sodass ein Leckstoß beim Wechsel des zugeführten Mediums verhindert werden kann. Zudem ist die oben genannte Schließkraft der Federelemente 1 1 gering genug, um einen zu starken Verschleiß beim Trockenlaufen der Gleitringdichtflächen 5 zu verhindern. Somit wird eine leckreduzierte und trockenlaufsichere Drehdurchführung bereitgestellt.

Die in Figur 1 dargestellte Drehdurchführung 10 weist weiterhin eine erste quasistationäre Dichtung 13 auf, die relativ zum Gehäuse fixiert ist und mit der Außenfläche des axial bewegbaren Hohlkolbens 8 des feststehenden Maschinenteils 1 in gleitendem Dichtungskontakt stehen. Die axiale Gleitbewegung tritt allerdings nur bei den seltenen und kurzen Axialbewegungen des Hohlkolbens auf, so dass diese Dichtung hier als„quasistationär" bezeichnet wird. Die erste, quasistationäre Dichtung 13 ist hierbei in Fließrichtung des Fluids zwischen einem Zuführanschluss in das feststehende Maschinenteil 2 und der Gleitringdichtung 4 angebracht. Eine zweite stationäre Dichtung in Form einer doppelten Labyrinthdichtung 14 ist in der in Figur 1 dargestellten Drehdurchführung 1 gezeigt, wobei sich diese zweite stationäre Dichtung 14 zwischen einem Leckraum 15 und dem benachbarten Kugellager 12 befindet. Der Vorteil der verwendeten Labyrinthdichtung 14 ist hierbei, dass selbst bei großen Leckraten aufgrund des hohen Strömungswiderstandes in dem langen Spalt der Labyrinthdichtung 14 allenfalls eine geringe Fluid- menge durch einen Abschnitt der Labyrinthdichtung 14 hindurch gelangen kann und dann aufgefangen und über einen Leckauslass 16nach außen abgeleitet wird. Das Kugellager 12 wird daher wirksam gegen die Beaufschlagung mit Leckfluid geschützt. Der Leckraum 15 umgibt die Gleitdichtringe 6, 7, sodass der bei einer Fluidzufuhr durch die Bohrungen 18, 9 stets vorhandene, wenn auch geringfügige Leckstrom des austretenden Fluids dort aufgefangen und über zwei Leckauslässe Li und L2 abgeleitet wird. Ein geringfügiges Restleck ist im Hinblick auf die Trockenlaufsicherheit u. U. sogar erwünscht.

Jedes Federelement 1 1 übt eine geringe Schließkraft von unter 5 N auf den Hohlkolben mit dem Gleitdichtring 6 aus, so dass bereits ein Dichtkontakt zwischen den Gleitringen 6, 7 hergestellt wird, bevor eine Druckbeaufschlagung durch das eingelassene Fluid erfolgt. Ein anfänglicher Leckstoß durch die Gleitringdichtung 4 wird vermieden; aufgrund der gering gewählten Schließkraft jedoch ohne dass es zu einem Festfressen d.h. Trockenlaufen der Gleitringdichtung 4 kommt.

Eine zweite stationäre Dichtung in Form einer doppelten Labyrinthdichtung 14 schützt die Kugellager 12 bei plötzlich auftretenden, größeren Lecks vor dem Kontakt mit einem austretenden Fluid. Zur Ableitung eines solchen Leckstroms, welcher durch die Labyrinthdichtung 14 abgefangen wird, ist ein weiterer Leckauslass L2 an der Labyrinthdichtung 14 angebracht.

Figur 2 zeigt eine axiale Draufsicht auf die Drehdurchführung 1 , welche u. a. die Lage des Schnittes A-A gemäß Figur 1 zeigt. Entlang der Schnittlinie A-A sind die zwei sich gegenüberliegenden Zuführanschlüsse 13 zum Zuführen von Fluiden dargestellt. Der Mittelpunkt P ist die Drehachse 9 des rotierenden Maschinenteils 3, welche senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Des Weiteren ist ein Kugellager 17b dargestellt, welches die Hohlwelle 18 umfasst und in dem Gehäuse 3 aufgenommen ist.

Die Konturen des mehrteiligen Gehäuses 14 sowie die Konturen der zentralen zylinderförmigen Bohrung 15b des rotierenden Maschinenteils 3 sind ebenfalls in Figur 2 zu sehen.

Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines schematischen axialen Längsschnitts der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehdurchführung 10 mit drei Federelementen 1 1 mit einem Winkelabstand von 120° in Umfangsrichtung des Hohlkolbens 8. Der feststehende Maschinenteil 1 der Drehdurchführung 10 besteht aus einem mehrteiligen Gehäuse 3 mit einer zentralen zylinderförmigen Stufenbohrung, in deren einem Abschnitt der axial bewegbare Hohlkolben 8 aufgenommen ist. Der Hohlkolben 8 hat einen Innendurchmesser d2 und einen Außendurchmesser D2 Der Innendurchmesser der ringscheibenförmigen Gleitdichtflächen 5 ist mit di bezeichnet und der entsprechende Außendurchmesser ist mit Di bezeichnet.

Die rotierende Hohlwelle 2 ist in Kugellagern 12 drehbar in einem Abschnitt der zentralen Bohrung des Gehäuses 3 gelagert. Den Übergang vom feststehenden Maschinenteil 1 zum rotierenden Maschinenteil (Hohlwelle 2) bildet eine Gleitringdichtung 4 in Form zweier Gleitringe 6 und 7, welche hydrostatisch weitgehend kompensiert sind oder anders gesprochen einen Belastungsfaktor nahe 0,5 aufweisen. Für die dargestellte Ausführungsform ergibt sich ein Flächenverhältnis von der hydraulisch belasteten Flä- che AH ZU der Kontaktfläche A der Gleitringe 6', 7' von 0,62, wobei die Fläche A der Gleitringe sich ergibt als π x ( Di ² - di ² ) und die hydraulische wirksame Fläche AH berechnet wird als π x (D2 ² - di ² ).

Die hydraulisch belastete Fläche AH stellt die in Schließrichtung wirksam druckbeaufschlagte Flä- che des Hohlkolbens dar, der keine in Öffnungsrichtung durch den gleichen Druck beaufschlagten Flächen gegenüberliegen. Die in Öffnungs- und in Schließrichtung wirkenden Kräfte auf die druckbeaufschlagten stirnseitigen Flächen des Hohlkolbens zwischen den Radien d1 und d2 kompensieren sich wechselseitig, so dass sie demnach bei der Berechnung des für die Kräftebilanz relevanten Flächenverhältnisses unberücksichtigt bleiben.

Die gezeigte Kontaktfläche A der Gleitdichtringe wird dabei aufgrund des (unvollständigen) Dichtkontaktes mit einem mit dem Radius der Kontaktfläche A abnehmenden Druck beaufschlagt. Die wirksame Kraft, die durch den im Dichtspalt zwischen den Gleitdichtflächen herrschenden, nach außen abnehmenden Druck der Druckkraft auf die Stirnseite am anderen Ende des Hohlkolbens 8 entgegenwirkt, erhält man durch Integration über die Gleitdichtfläche, multipliziert mit dem jeweiligen (mit dem Radius abnehmenden) Druck. Erfahrungsgemäß kann man in guter Näherung annehmen, dass der Druck zwischen den Gleitdichtflächen 5 linear mit dem Radius von dem Druckwert in der zentralen Bohrung auf den Umgebungsdruck abnimmt. Damit diese Kräfte sich weitgehend kompensieren (um einerseits ein unbeabsichtigtes Öffnen des Dichtspaltes und andererseits einen zu hohen Druck zischen den Gleitdichtflächen und einen entsprechend hohen Verschleiß zu vermeiden) muss die Fläche A entsprechend größer gewählt werden als die Fläche AH Das Verhältnis A/AH wird hier als„Belastungsfaktor" und ergibt sich einfach als

( Di ² - di ² )/ (D ₂ ² - di ² )

Je kleiner dieses Flächenverhältnis gewählt wird, desto größer wird der durch ein eintretendes Fluid aufgebaute Druck im Spalt zwischen den Dichtflächen 5, damit einhergehend allerdings auch die Gefahr des Öffnens der Gleitringdichtung 4. Dem wirken jedoch die drei Federelemente 1 1 bis zu einem gewissen Grad entgegen. Die vorliegende Erfindung erlaubt somit einen tendenziell klei- neren Belastungsfaktor.

Der in Figur 3 dargestellte Ausschnitt der Drehdurchführung 10 aus Figur 1 zeigt ferner eines von drei Federelementen 1 1 , welche jeweils eine Schließkraft von weniger als 5 N aufweisen und um den Umfang des feststehenden Maschinenteils 1 in Winkelabständen von jeweils 120° angeordnet sind. Diese drei Federelemente 1 1 bewirken in ihrer Summe eine Schließkraft von vorzugsweise insgesamt weniger als 10 N und sorgen im Falle mangelnder Druckbeaufschlagung durch ein Fluid dafür, dass die Gleitringdichtflächen 5 mechanisch zusammengedrückt werden, wodurch der Leck- ström nachfolgend reduziert wird.

Weiterhin zeigt die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform der Drehdurchführung 10 eine zweite stationäre Dichtung in Form einer doppelten Labyrinthdichtung 14, welche zwischen einem Leckraum 19 und einem benachbarten (in Figur 3 nicht dargestellten) Kugellager angeordnet ist. Diese Dichtung schützt das Kugellager vor der Beaufschlagung mit dem Leckfluid.

Das über die Gleitringdichtung 4 austretende sowie von der Labyrinthdichtung 14 zurückgehaltenen Fluid wird in dem Leckraum 19, welcher die Gleitdichtringe 6', 7' umgibt, aufgefangen und über einen Leckauslass Li abgeführt.

Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale und Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.

Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereiches gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt. Änderungen an der offenbarten Ausführungsform sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort„aufweisen" nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel„einer, eine" oder„ein" schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht. Bezugszeichenliste

10 Drehdurchführung

1 feststehendes Maschinenteil

2 rotierendes Maschinenteil , Hohlwelle

3- Gehäuse

4 Gleitringdichtung

5 Gleitringdichtflächen

6 am feststehenden Maschinenteil angeordneter Gleitring

7 am rotierenden Maschinenteil angeordneter Gleitring

8 axial bewegbarer Hohlkolben

9 Bohrung der Hohlwelle 210, 10'

1 1 Federelement

12 Kugellager

13 quasistationäre Dichtung

14 Labyrinthdichtung

15 Leckraum

16 Leckauslass

18 Bohrung des Hohlkolbens 8

20 Zentrale Achse, Drehachse des rotierenden Maschinenteils