具有压力控制的密封执行器的旋转接头的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种旋转接头，该旋转接头包括旋转密封支架和非旋转密封支架，旋转密封支架上连接有旋转密封件，非旋转密封支架上连接有非旋转密封件。非旋转密封支架的活塞部分上设置有流量限制器环形件，活塞部分和流量限制器环形件可滑动并且可密封地设置在形成于壳体中的活塞腔中。在流量限制器环形件的外径和活塞腔的内径之间形成间隙。活塞部分的增大的直径提供净余的气动或液压表面，通过壳体的活塞腔内的带有正大气压力或负大气压力的流体能够作用于该净余的气动或液压表面。
【专利说明】具有压力控制的密封执行器的旋转接头
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求2012年8月3日递交的申请号为61/679343的美国临时专利申请的优先权,该申请的全部内容在此通过弓I用的方式全部并入本申请中。
【技术领域】
[0003]本发明涉及一种液力联轴器装置(fluid coupling device),例如旋转接头(rotary union),更具体地,涉及一种改进的密封控制执行器机构(seal control actuatormechanism),无论在旋转接头中使用润滑介质、非润滑介质还是不使用介质,该密封控制执行器机构都通过流体压力进行操作。
【背景技术】
[0004]液力联轴器装置(例如旋转接头)用于工业应用中，例如金属或塑料的加工、工件夹持(work holding)、印刷、塑料膜制造、造纸、半导体晶圆制造和其他工业过程,这些工业过程需要将流体介质从固定来源(例如泵或储存容器)传送到旋转元件(例如机床主轴，工件夹紧系统，或者转筒或回转缸)。通常这些应用需要相对较高的介质压力，流速，或者高机床转速。
[0005]这些应用中所使用的旋转接头能够传送流体介质，设备所使用的这些流体介质用于冷却、加热，或者用于驱动一个或多个旋转元件。典型的流体介质包括水基液体(water-based liquids)、液压油或冷却油液和空气。在某些例子中，例如，当将介质从流体通道中排空时，旋转接头可以在真空下操作。使用旋转接头的机械通常包括精密零件(precision component),例如轴承、齿轮、电子元件等,在工作过程中这些精密零件昂贵并且/或者难以维修或更换。在操作过程中，如果这些元件出现流体从旋转接头中泄漏或排放，那么这些元件通常面临腐蚀性的环境或损坏。
[0006]旋转接头通常包括固定件，有时称为壳体，该壳体具有用于接收流体介质的入口。非旋转密封件安装在壳体中。旋转件(有时称为转子)包括旋转密封件和用于将流体传送到旋转组件的出口。非旋转密封件的密封表面通常通过弹簧、介质压力或其他方法偏压为与旋转密封件的密封表面流体密封地连接，因此使得接头的旋转组件和非旋转组件之间形成密封。该密封允许流体介质通过该接头传送而不会在非旋转部分和旋转部分之间发生明显的泄漏。流过旋转接头的流体介质可以对连接的密封表面进行润滑，以将密封件的磨损最小化。当旋转接头使用非润滑介质(例如干燥空气)或不使用任何介质时，连接的密封表面会经历一个“无润滑运转(dry running)”工况，该工况会因为缺乏足够的润滑而导致快速的密封磨损。较长时间的无润滑运转会导致密封件的严重损坏，由此造成需要对一个或两个密封件进行昂贵而费时的替换。
[0007]例如计算机数控统床、钻床、车床、生产线(transfer lines)等高速加工设备在一种通常称为“主轴冷却剂(through spindle coolant)”的结构中使用旋转接头以将介质直接提供至工具的切削刃，从而起到冷却和润滑的作用。主轴冷却剂结构能够延长昂贵的切削工具的使用寿命，能够通过允许更高的切削速度而增加生产率，并且能够将可能损坏工件或切削工具的材料碎片从工具的切削表面上冲走。不同的工件材料通常需要不同的介质以获得最佳的生产率和性能。例如，空气或气溶胶介质可以在加工非常硬的材料时提供更好的热控制，而液体冷却剂可以在加工较软的材料(例如铝)时呈现出更好的性能。此外，在不使用穿过主轴的介质的情况下实施某些类型的操作可能会更加高效且比较经济。
[0008]在某些应用中，可能还需要在密封断开时(例如当更换机床主轴时)避免联轴器(coupling)的工作流体的任何泄漏。除上述情况之外，可能还需要在工作流体达到最高压力之前连接联轴器的旋转密封，以使得涌流(flow)(该涌流可以包括工作流体和空气的混合物)的启动不会导致工作流体的泄漏。
【发明内容】
[0009]在一个方面，本公开对旋转接头进行描述，该旋转接头用于在旋转机械组件和非旋转机械组件之间提供流体连通。所述旋转接头包括用于与旋转机械组件连接的旋转密封支架。该旋转密封支架上连接有旋转密封件。非旋转密封支架基本为圆柱形，该非旋转密封支架上连接有非旋转密封件。活塞部分连接至非旋转密封支架的靠近非旋转密封件的端部。活塞部分基本为圆柱形，该圆柱形具有相对于非旋转密封支架而言增大的直径。流量限制器环形件基本为环形并且围绕活塞部分设置。壳体与非旋转机械组件连接，并且壳体内还形成有支架内腔，非旋转密封支架可滑动并且可密封地设置在该支架内腔中。当非旋转密封支架位于相对于壳体而言的伸展位置时，非旋转密封件与旋转密封件连接以形成滑动面密封。壳体还形成活塞腔，该活塞腔可滑动地容纳活塞部和流量限制器环形件，以使得在流量限制器环形件的外径和活塞腔的内径之间形成间隙。在旋转密封支架和非旋转密封支架中形成有分段的介质通道。分段的介质通道用于限定在旋转机械组件和非旋转机械组件之间传送流体介质的流体通道，并且提供滑动面密封。分段的介质通道还用于当旋转密封件和非旋转密封件断开时打开以向大气中排放。在一个公开的实施方式中，活塞部分的增大的直径提供净余的气动或液压表面，通过壳体的活塞腔内的带有正负大气压力或负大气压力的流体能够作用于该净余的气动或液压表面。
[0010]在另一个方面，本公开对旋转接头进行描述，该旋转接头用于包括旋转组件和非旋转组件的机械中。旋转接头设置为将在非旋转机械组件和旋转机械组件之间延伸的分段的介质通道流体连通。旋转接头包括用于与旋转机械组件连接的旋转密封支架。旋转密封支架上连接有旋转密封件。非旋转密封支架与非旋转机械组件连接，并且非旋转密封支架上连接有非旋转密封件。活塞部分形成在非旋转密封支架的靠近非旋转机械组件的端部上。活塞部分基本为圆柱形，该圆柱形具有相对于非旋转密封支架而言增大的外径。壳体形成有支架内腔，非旋转密封支架可滑动并且可密封地设置在该支架内腔中。当非旋转密封支架位于相对于壳体而言的伸展位置时，非旋转密封件与旋转密封件连接以形成滑动面密封。壳体还形成活塞腔，该活塞腔可滑动地容纳活塞部分，以使得在流量活塞部分的外径和活塞腔的内径之间的径向方向上形成间隙。分段的介质通道在旋转密封支架和非旋转密封支架内形成。分段的介质通道用于限定在旋转机械组件和非旋转机械组件之间传送流体介质的流体通道，并且提供滑动面密封。分段的介质通道还用于当旋转密封件和非旋转密封件断开时打开以向大气中排放。活塞部分的增大的外径提供净余的气动或液压表面，通过壳体的活塞腔内的带有正大气压力或负大气压力的流体能够作用于该净余的气动或液压表面。
[0011]在另一个方面，本公开对具有旋转组件和非旋转组件的机械进行描述。旋转组件和非旋转组件形成分段的介质通道，通过该分段的介质通道能够将流体提供到旋转组件和非旋转组件之间。该机械还包括旋转接头，该旋转接头设置为沿着分段的介质通道选择性地建立流体通道。旋转接头包括与旋转机械组件连接的旋转密封支架，该旋转密封支架上连接有旋转密封件。旋转接头还包括与非旋转机械组件连接的非旋转密封支架，该非旋转密封支架上连接有非旋转密封件。活塞部分形成在非旋转密封支架的靠近非旋转机械组件的端部上。活塞部分基本为圆柱形，该圆柱形具有相对于非旋转密封支架而言增大的外径。壳体形成有支架内腔，非旋转密封支架可滑动并且可密封地设置在该支架内腔中，以使得当非旋转密封支架位于相对于壳体而言的伸展位置时，非旋转密封件与旋转密封件连接以形成滑动面密封。壳体还形成活塞腔，该活塞腔可滑动地容纳活塞部分，以使得在流量活塞部分的外径和活塞腔的内径之间的径向方向上形成间隙。分段的介质通道用于限定在旋转机械组件和非旋转机械组件之间传送流体介质的流体通道，并且提供滑动面密封。分段的介质通道还用于当旋转密封件和非旋转密封件断开时打开以向大气中排放。活塞部分的增大的外径提供净余的气动或液压表面，通过壳体的活塞腔内的带有正大气压力或负大气压力的流体能够作用于该净余的气动或液压表面。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是根据本发明的旋转接头的示意图；
[0013]图2是根据本发明的安装在旋转机械组件和固定机械组件之间的旋转接头的侧视图；
[0014]图3是根据本发明的具有空气控制密封连接机构的旋转接头的一个实施方式的横截面图；
[0015]图4是根据本发明的具有空气控制密封连接机构的旋转接头的另一个实施方式的横截面图；
[0016]图5是根据本发明的具有空气控制密封连接机构的旋转接头的操作方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]在构成说明书的一部分的附图中，图1是旋转接头100的一个实施方式的分解的等距视图，图2是安装在两个机械组件之间的旋转接头100的侧视图，该机械组件以虚线显示并且被截出一段，以显示机械组件之中和两个机械组件之间的旋转接头的布置。参考图1和图2，旋转接头100包括旋转密封件102和非旋转密封件104，旋转密封件102连接在旋转密封支架(rotating seal carrier) 101的端部,该旋转密封件102通常称为转子,该非旋转密封件104连接在非旋转密封支架(non-rotating seal carrier) 103 (参见图3)的端部。非旋转密封支架103相对于壳体106轴向可移动。旋转密封件102与旋转机械组件108相关联(参见图2)，壳体106与非旋转机械组件110相关联。分段的管道或介质通道112分别穿过非旋转机械组件110、旋转密封支架101和非旋转密封支架103、旋转密封件102和非旋转密封件104延伸，旋转机械组件108在图2中最佳地显示。
[0018]介质通道112的部分限定在旋转接头100的不同组件中，以在旋转密封件102和非旋转密封件104连接时提供穿过旋转机械组件108和非旋转机械组件110的流体通道。介质通道112可以选择性地设置为:当旋转密封件102和非旋转密封件104相互连接时，介质通道112能够将流体密封地封闭，当旋转密封件102和非旋转密封件104不连接时，介质通道112能够打开以向大气中排放，如在下文中对旋转接头100的操作的更加详细的描述和对图5的流程图的描述。在某些应用中，介质通道112可以承受真空，即，将介质通道112中的工作流体抽出并抽空。
[0019]旋转机械组件108可以为任意类型的机械组件，例如CNC铣床上的主轴，该旋转机械组件108能够支撑旋转支架101和旋转密封件102。当旋转密封件102与非旋转密封件104连接时产生的机械的面密封能够对介质通道112形成密封，以使得流体介质从非旋转机械组件110传送到旋转机械组件108。在图示的实施方式中，壳体106通过螺栓105 (图示为4个)与非旋转机械组件110连接,该螺栓105与非旋转机械组件110上形成的相应的螺纹孔相连接，但是也可以使用其他的安装结构。旋转机械组件108具有内腔(bore)，该内腔限定介质通道112的一部分，并且还限定用于密封地容纳旋转密封支架101和旋转密封件102的特征。
[0020]图3的横截面图中显示了旋转接头100的一个实施方式。参考图3，非旋转密封件104与非旋转密封支架103连接。非旋转密封支架103可滑动并且可密封地设置在壳体106的内腔128中，并且该非旋转密封支架103具有外径部分，该外径部分可滑动地与内腔128的表面部分(land) 129连接。如图3所示，内腔128通常沿着其自身的多个段部形成阶梯状，以使得表面部分129与支架103滑动接触，并且在表面部分129和支架103之间形成细微的间隙以允许支架103和内腔128之间在轴向方向上的角度偏差，这有利地使得旋转接头能够适应旋转机械组件108和非旋转机械组件110之间的装配偏差和操作偏差情况(参见图2)。该表面部分129延伸为环状地围绕非旋转密封支架103，表面部分129的轴向长度和内径尺寸可以根据每个应用具体设计需要和组件之间的预期偏差来选择。该结构布置允许非旋转密封件104相对于非旋转机械组件110滑动，并且该结构布置使得非旋转密封件104与旋转密封件102之间选择性的连接和断开，并且对旋转机械组件108和非旋转机械组件110之间可能出现的轴向偏移进行补偿。
[0021]壳体106具有通道和开孔，该通道和开孔用于将工作流体(该工作流体可以为液体或气体)提供到介质通道112,还用于向激活通道(activation channel)中提供空气或真空，以使非旋转密封支架103相对于壳体106移动。更具体地，壳体106形成空气驱动口(air actuation port) 200,该空气驱动口 200与壳体106中形成的活塞腔202流体连通。活塞腔202是容纳有非旋转密封件104和非旋转密封支架103的内腔128的一部分并且与该内腔128共轴。如图3所示，活塞腔202相对于内腔128的其他部分而言具有更大的直径，并且该活塞腔202设置在内腔128的端部以形成内腔的朝向旋转密封件102的开口端部。驱动空气通道204穿过壳体106的一部分延伸以使活塞腔202和空气驱动口 200流体连接。
[0022]设置在活塞腔202之内的非旋转密封支架103的部分具有相对于非旋转密封支架其他部分而言增大的直径。当非旋转密封支架103设置在壳体106中时，活塞部分206可往复运动地(reciprocally)设置在活塞腔202中。活塞部分206的相对增大的直径提供净余的气动或液压表面，可以通过真空或处于驱动空气通道204中的带压力的流体作用于该净余的表面。加压流体或真空通常通过流量限制器环形件(flow restrictor ring)208的辅助临近所述气动或液压表面储存。
[0023]在活塞部分206的外径和活塞腔202的内径之间可能会出现间隙(gap)210，流量限制器环形件208控制间隙210的尺寸和流量特性。在一种类似于在内燃机中设置于内腔和往复运动的活塞之间的密封件的形式中，流量限制器环形件208通常为环形密封件，该环形密封件设置在通道212中并形成为环形地围绕活塞部分206。流量限制器环形件208可以包括横切口(cross-cut opening)以有助于将该流量限制器环形件安装到凹槽或通道212中，或者可替换地可以为无断开部分的部件(be continuous)并使用其他结构安装。
[0024]流量限制器环形件208还进一步地具有一定弹性，这样在将流量限制器环形件208安装到活塞腔202中时流量限制器环形件208具有一些径向向内的方向上的压力。可替换地，流量限制器环形件208可以制成为具有能够在活塞腔202中形成间隙配合的外径。在安装流量限制器环形件208时，流量限制器环形件208设置为允许流体(例如空气)向活塞容腔214中或者从活塞容腔214向外的小泄漏。换句话说，为流经流量限制器环形件208和活塞腔202和/或活塞部分206的接触面的流体建立受控泄漏条件。这里，活塞容腔214这一术语用于描述与驱动空气通道204流体连通的活塞腔202的部分，该活塞容腔214限定于驱动空气通道204和流量限制器环形件208之间。活塞容腔214通常对称地围绕活塞腔202延伸，以使得施加在活塞部分206上的任何气压或液压力相对于非旋转密封件104而言有利地对称。
[0025]第二密封件146在壳体106和非旋转密封支架103的外表面之间提供滑动密封。在如图所示的实施方式中的第二密封件146轴向地设置在活塞容腔214和介质通道112的部分的入口 144之间，该介质通道112穿过非旋转密封支架103延伸。第二密封件146可以具体实施为任意适当类型的滑动密封件，例如，U形杯密封件(U-cup seal), 0形环密封件(0-ring seal),唇形密封件等。当加压介质或真空施加到介质通道112中时,第二密封件用于使介质通道112相对于环境和活塞容腔214形成密封。
[0026]在操作过程中，向活塞容腔214施加相对较低的气压或真空会导致非旋转密封支架103相对于壳体106伸展或收缩。也就是说，尽管液压力能够通过介质作用在非旋转密封支架103上并导致非旋转密封支架103相对于壳体106轴向移动，向活塞容腔214施加气压或真空的应用也会具有气动(或液压，根据使用的流体类型)线性活塞驱动器(pneumaticlinear piston actuator)的效果,该气动线性活塞驱动器的效果为操作支架103相对于壳体106的内腔202伸展或缩回。具体地，当气流提供至空气驱动口 200时，即使气流会以可控的速率泄露通过流量限制器环形件208,空气的流动量(flow momentum of that air)还是会充满活塞容腔214并动态地推动活塞腔202和/或流量限制器环形件208的后侧，因此使得非旋转密封支架103沿着伸展方向相对于壳体106移动。类似地，当向空气驱动口 200施加真空时，以可控的泄漏形式移动到活塞容腔214中的气流的流动量会在流量限制器环形件208上施加推力，并因此传递力，该力趋向于推动非旋转密封支架103沿着缩回方向相对于壳体106移动。可替换地，转子或旋转密封支架101朝向壳体106的轴向运动可以导致非旋转密封支架103的缩回。[0027]对于流量限制器环形件208，即使如图3所示地该流量限制器环形件208具有矩形横截面，但是也可以使用其他横截面。流量限制器环形件208可以由适当的材料制成。在一个实施方式中，流量限制器环形件208由一种材料制成，该材料能够形成所需要的尺寸，并且当该材料与活塞腔202的壁相互作用时具有相对较低的摩擦力，并且当使用空气作为相对于活塞容腔214的驱动流体时所述材料通常能够自润滑。
[0028]无论介质通道112中是否具有工作介质，也无论介质通道112中的工作介质是何种类型，向活塞容腔214单独地提供空气或真空能够有利地可选择地打开或关闭旋转密封件，即旋转密封件102和非旋转密封件104的连接和断开。公知地，平衡率可以相对于非旋转密封支架103和非旋转密封件104结构地限定，该平衡率可以相对于介质通道112中的带压力的流体提供一个净余的液压打开或关闭的等效表面(net hydraulic opening orclosing equivalent surface)。通过这种方式,作用在这个等价表面上的加压流体可以传递趋向于将旋转密封件102和非旋转密封件104连接或断开的力。在如图所示的实施方式中，所示结构的平衡率为大约54%，但是该平衡率可以在50%-60%的范围内变化。通过这个平衡率，当没有向空气驱动口 200提供气流或向空气驱动口 200提供真空时，可以在介质通道112中具有带压力的不可压缩的介质的情况下使旋转密封件连接，或者，可以在介质通道112中具有可压缩的介质的情况下使旋转密封件和非旋转密封件之间具有间隙。
[0029]图4所示为旋转接头100的一个可替换的实施方式。这里，为了简便起见，使用相同的附图标记标注与上文所描述或所显示的结构(例如，在图3中所示的结构)相类似的结构。在这个实施方式中，旋转接头100包括打开弹簧(opening spring) 216。该打开弹簧216设置在壳体106和非旋转密封支架103之间，并且设置为提供一个偏压力，该偏压力趋向于在缩回的轴向方向上相对于壳体推动非旋转密封支架103。这个实施方式可以适用于旋转接头100在垂直或成角度的方向(即非旋转密封支架103的中心线218未处于水平位置)上安装的实施方式。在这种应用中，弹簧216的弹力或弹性常数可以选择为使得弹簧提供的力足够克服非旋转密封支架103和非旋转密封件104的重力。可以想象地，根据安装方向，弹簧和壳体106可以设置为提供关闭力而不是打开力。无论是否存在弹簧216，也无论弹簧216的作用如何，非旋转密封支架103和非旋转密封件104的平衡率可以有利地在根据图3和图4所示并描述的实施方式之间保持不变。
[0030]在图5中显示了操作旋转接头100的方法的流程图。此处所描述的方法显示了操作旋转接头100的一个可能的操作方法，不应当理解为排除其他的操作方法，也不应理解为穷举了所有的可能的操作方法。此处所描述的方法包括操作旋转接头的理想的特征，这些特征的全部或部分可能用于操作过程中的不同时期，或者根据每个操作任务的特殊需要而用于不同的应用。
[0031]此处所述的方法可适用于可能在工作任务的开始或结束时段出现不理想的操作特性的机床中的旋转联轴器。预期的工作任务可以包括启动、使用和从旋转接头中排空工作介质的周期。在预期的应用中，在工作任务的开始和结束时段都不希望存在工作介质的泄漏。
[0032]在上文所述的基础上，在步骤302中气流施加到空气驱动口，如上文所述地在缺少工作介质时操作连接旋转密封件。在这个阶段，气流引起接头的类似活塞的特征以传递趋向于使非旋转密封件相对于壳体伸展的力。当密封件连接时，在步骤304中可以可选择地将气流中断，在一个实施方式中，该步骤304与步骤306中的介质通道中介质流的启动同时进行，或在步骤306中的介质通道中介质流的启动之后立即进行。可以理解地，对于这些旋转接头的包括打开弹簧的实施方式，在缺少工作介质时中断气流可能会导致密封件断开，因此，对于这些实施方式，可以省略步骤304。对于不包括打开弹簧的实施方式，如果静力(例如摩擦力)和关闭力(例如弹簧)等可以克服打开力而使得密封连接可以维持时，气流的中断不会导致密封断开。
[0033]当旋转密封件连接时，工作介质的涌流可以在步骤306启动。出于多种原因，可能需要在工作介质流启动之前使密封件闭合。例如，即使不可压缩的工作介质会在旋转接头的平衡率的基础上形成密封件连接，在介质通道中的涌流启动的限定期间内不充足的液压力也可能会使得流体泄漏，除非密封件已经连接。通过首先在步骤302中提供气流以连接密封件，可以确保不会发生这种不理想的流体泄漏。
[0034]当工作任务完成之后，在步骤308中可以将气流施加到空气驱动口。通常地，趋向于连接密封件的力可以不与工作介质的液压力合成，以减少密封件磨损。这里，在工作流体流动和压力减小的有限时间内应用气流，以使得密封件可以保持在连接状态。可选择地，在仍然施加气流以保持密封件处于连接状态时，可以将真空施加到介质通道以在步骤310移除任何剩余的工作流体。通过这种方式，可以实现介质通道有效地排空，并且避免了流体泄漏。
[0035]当工作流体的排空完成时，空气驱动口的气流中断，并且在步骤312中可选择地替换为在同样的空气驱动口提供真空。如上文所述，向空气驱动口提供真空可以引起密封件的断开。并且，可以理解 的是，如果使用如图4所示实施方式中的打开弹簧，就不需要这一步骤。可替换地，密封件的断开可以通过旋转密封件的轴向运动来实现。
[0036]在操作中，旋转接头100可以向活塞容腔214 (参考图3或图4)提供工作压力大约为Obar的气流或液体冷却剂流，以使得密封件102和104可以连接。为了断开密封件，可以使用工作压力为3bar至6bar之间的真空。这些参数的大小可以根据具体尺寸改变，这些尺寸根据实现密封件的连接或断开的结构进行选择。
[0037]本文中所引用的包括出版物、专利申请和专利在内的所有的参考文件都相同程度地通过引用包含于本文中，每个参考文件都独立且具体地指出为通过引用而包含于本文，并且本文对每个文件都进行了整体的描述。
[0038]在描述本发明的语境中(特别是在本发明的权利要求的语境中)，“一个”和“该”等术语应当解释为覆盖单数和多数的形式，除非文中明确指出或者与上下文内容明显矛盾。“由……组成”、“具有”、“包括”和“包含”应当理解为开放性含义的术语(即，表示“包括但不限于”)，除非存在相反的说明。本文中对数值范围的详细描述仅是为了用作分别参考每个单独的数值的落在范围内的快捷方法，除非本文中存在相反的说明，每个单独的数值分别地被引用并包含在说明书中。本文所描述的所有方法可以以任何更加适合的顺序执行，除非存在相反的说明或者与上下文内容明显矛盾。本文中任意一个或所有实施例的使用，或者示例性语言(以“例如”为例)只是为了更好的解释本发明，而并不造成对本发明的范围的限制，除非存在相反的声明。说明书中的语言不应当解释为将任何未要求保护的元件作为实施本发明的关键的指示。
[0039]本文中所描述的本发明的优选实施方式，包括发明人所知道的实施本发明的最佳方式。对于本领域技术人员来说在阅读上述描述的基础上能够显而易见地获得多种本发明的优选实施方式的变形形式。发明人希望技术人员能够适当地实施这些变形形式，并且发明人希望本发明能够不限于本文中的具体描述而实施。相应地，本发明包括主题的所有修改和等价形式，该主题根据适用的法律的许可在本发明的权利要求中引用。此外，在所有可能的变形中上述元件的任意组合都包含在本发明中，除非存在相反的说明或者与上下文内容明显矛盾。
【权利要求】
1.一种旋转接头，该旋转接头用于在旋转机械组件和非旋转机械组件之间提供流体连通，该旋转接头包括: 旋转密封支架，该旋转密封支架用于连接所述旋转机械组件，所述旋转密封支架上连接有旋转密封件； 非旋转密封支架，该非旋转密封支架基本为圆柱形，所述非旋转密封支架上连接有非旋转密封件； 活塞部分，该活塞部分连接至所述非旋转密封支架的靠近所述非旋转密封件的端部，所述活塞部分基本为圆柱形，该圆柱形具有相对于所述非旋转密封支架而言增大的直径； 流量限制器环形件，该流量限制器环形件基本为环形并且围绕所述活塞部分设置； 壳体，该壳体与所述非旋转机械组件连接并且形成支架内腔，所述非旋转密封支架可滑动并且可密封地设置在所述支架内腔中，以使得当所述非旋转密封支架位于相对于所述壳体而言的伸展位置时，所述非旋转密封件与所述旋转密封件连接以形成滑动面密封，所述壳体还形成有活塞腔，该活塞腔可滑动地容纳所述活塞部分和所述流量限制器环形件，以使得在所述流量限制器环形件的外径和所述活塞腔的内径之间的径向方向上形成间隙； 分段的介质通道，该分段的介质通道在所述旋转密封支架和所述非旋转密封支架中形成，所述分段的介质通道用于限定在所述旋转机械组件和所述非旋转机械组件之间传送流体介质的流体通道，并且提供滑动面密封，其中，所述分段的介质通道还用于当所述旋转密封件和所述非旋转密封件断开时打开以向大气中排放； 其中，所述活塞部分的所述增大的直径提供净余的气动或液压表面，通过所述壳体的所述活塞腔内的带有正大气压力或负大气压力的流体能够作用于所述净余的气动或液压表面。·
2.根据权利要求1所述的旋转接头，其中，所述分段的介质通道设置为在所述旋转机械组件和所述非旋转机械组件之间传送介质时在正压力或真空下进行操作。
3.根据权利要求1所述的旋转接头，其中，所述旋转接头还包括第二密封件，该第二密封件设置在所述壳体的所述支架内腔和所述非旋转密封支架之间，所述第二密封件在所述支架内腔的内表面和所述非旋转密封支架的外表面之间提供滑动密封，所述滑动密封将所述分段的介质通道和所述活塞腔内的不同压力的流体分离。
4.根据权利要求3所述的旋转接头，其中，所述第二密封件轴向地设置在所述活塞腔和设置在所述壳体内的所述分段的介质通道的入口之间。
5.根据权利要求3所述的旋转接头，其中，所述第二密封件选自由U形杯密封件、O形环密封件和唇形密封件构成的组。
6.根据权利要求1所述的旋转接头，其中，所述旋转接头还包括驱动通道，该驱动通道形成在所述壳体中，并且将所述活塞腔和形成在所述壳体上的空气驱动口流体连通，所述驱动通道与选择性设置的流体压力源或容器连接。
7.根据权利要求6所述的旋转接头，其中，当向所述空气驱动口提供气流时，通过所述空气驱动通道进入到所述活塞腔的所述气流的流动量设置为充满所述活塞腔，所述气流的流动量以预定的速率通过径向的所述间隙经由所述流量限制器环形件泄露，并且动态地推动所述活塞部分和所述流量限制器环形件的后侧，以局部地推动所述非旋转密封支架沿着伸展方向相对于所述壳体移动。
8.根据权利要求6所述的旋转接头，其中，当向所述空气驱动口施加真空时，将从环境进入所述活塞腔的所述气流的流动量设置为以预定速率通过径向的所述间隙经由所述流量限制器环形件泄漏，并动态地推动所述活塞部分和所述流量限制器环形件的前侧，以局部地推动所述非旋转密封支架沿着缩回方向相对于所述壳体移动。
9.根据权利要求1所述的旋转接头，其中，所述旋转接头还包括弹性元件，该弹性元件设置在所述非旋转密封支架和所述壳体之间，所述弹性元件设置为提供弹性力，该弹性力的施力方向为沿着缩回方向相对于所述壳体推动所述非旋转密封支架。
10.根据权利要求9所述的旋转接头，其中，当所述旋转接头的安装位置使得所述支架内腔的中心线位于不同于水平方向的其他角度时，所述弹性力设置为使得所述弹性元件提供的力足够克服所述非旋转密封支架和所述非旋转密封件的重量。
11.根据权利要求1所述的旋转接头，其中，所述流量限制器环形件由能够以所需要的尺寸变形的材料制成，当所述材料与所述活塞腔的壁相互作用时具有相对较低的摩擦力，并且当使用空气作为相对于所述活塞部分的驱动流体时所述材料通常能够自润滑。
12.根据权利要求1所述的旋转接头，其中，所述支架内腔和所述活塞腔在所述壳体中形成为阶梯式内腔，其中所述支架内腔具有相对于所述非旋转密封支架的间隙，所述间隙允许所述非旋转密封支架和所述支架内腔之间的轴向方向上的角度偏差，以允许所述旋转机械组件和所述非旋转机械组件之间所发生的操作偏差或装配偏差。
13.一种用于机械中的旋转接头，该机械包括旋转组件和非旋转组件，所述旋转接头设置为将在所述非旋转机械组件 和旋转机械组件之间延伸的分段的介质通道流体连通，所述旋转接头包括: 旋转密封支架，该旋转密封支架能够与所述旋转机械组件连接，所述旋转密封支架上连接有旋转密封件； 非旋转密封支架，该非旋转密封支架能够与所述非旋转机械组件连接，所述非旋转密封支架上连接有非旋转密封件； 活塞部分，该活塞部分形成在所述非旋转密封支架的靠近所述非旋转机械组件的端部上，所述活塞部分基本为圆柱形，该圆柱形具有相对于所述非旋转密封支架而言增大的外径; 壳体，该壳体形成有支架内腔，所述非旋转密封支架可滑动并且可密封地设置在所述支架内腔中，以使得当所述非旋转密封支架位于相对于所述壳体而言的伸展位置时，所述非旋转密封件与所述旋转密封件连接以形成滑动面密封，所述壳体还形成有活塞腔，该活塞腔可滑动地容纳所述活塞部分，以使得在所述流量活塞部分的外径和活塞腔的内径之间的径向方向上形成间隙； 分段的介质通道，该分段的介质通道在所述旋转密封支架和所述非旋转密封支架中形成，所述分段的介质通道用于限定在所述旋转机械组件和所述非旋转机械组件之间传送流体介质的流体通道，并且提供滑动面密封，其中，所述分段的介质通道还用于当所述旋转密封件和所述非旋转密封件断开时打开以向大气中排放； 其中，所述活塞部分的所述增大的直径提供净余的气动或液压表面，通过所述壳体的所述活塞腔内的带有正大气压力或负大气压力的流体能够作用于所述净余的气动或液压表面。
14.根据权利要求13所述的旋转接头，其中，所述旋转接头还包括流量限制器环形件，该流量限制器环形件基本为环形并且围绕所述活塞部分设置，其中，在所述流量限制器环形件的外部和所述活塞腔的内表面之间设置间隙。
15.根据权利要求13所述的旋转接头，其中，当对所述活塞腔提供正表压的流体时，进入到所述活塞腔的流体流动量充满所述活塞腔，所述流体流动量以预定的速率通过径向的所述间隙经由所述活塞部分泄露，并且动态地推动所述活塞部分的后侧，以使得所述非旋转密封支架沿着伸展方向相对于所述壳体移动。
16.根据权利要求13所述的旋转接头，其中，当对所述活塞腔提供负表压的流体时，将从外部环境进入到所述活塞腔的流体流动量设置为以预定的速率通过径向的所述间隙泄漏，并且动态地推动所述活塞部分的前侧，以使得所述非旋转密封支架沿着缩回方向相对于所述壳体移动。
17.—种机械,该机械具有旋转组件和非旋转组件,所述旋转组件和所述非旋转组件形成分段的介质通道，通过该分段的介质通道能够将流体提供到所述旋转组件和所述非旋转组件之间，所述机械包括: 旋转接头，该旋转接头设置为沿所述分段的介质通道选择性地建立流体通道，所述旋转接头包括: 旋转密封支架，该旋转密封支架能够与所述旋转机械组件连接，所述旋转密封支架上连接有旋转密封件； 非旋转密封支架，该非旋转密封支架能够与所述非旋转机械组件连接，所述非旋转密封支架上连接有 非旋转密封件；和 活塞部分，该活塞部分形成在所述非旋转密封支架的靠近所述非旋转机械组件的端部上，所述活塞部分基本为圆柱形，该圆柱形具有相对于所述非旋转密封支架而言增大的外径; 壳体，该壳体形成有支架内腔，所述非旋转密封支架可滑动并且可密封地设置在该支架内腔中，以使得当所述非旋转密封支架位于相对于所述壳体而言的伸展位置时，所述非旋转密封件与所述旋转密封件连接以形成滑动面密封，所述壳体还形成有活塞腔，该活塞腔可滑动地容纳所述活塞部分，以使得在所述流量活塞部分的外径和活塞腔的内径之间的径向方向上形成间隙； 其中，所述分段的介质通道限定在所述旋转机械组件和所述非旋转机械组件之间传送流体介质的流体通道，并且提供滑动面密封； 其中，所述分段介质通道用于当所述旋转密封件和所述非旋转密封件断开时打开以向大气中排放；以及 其中，所述活塞部分的所述增大的直径提供净余的气动或液压表面，通过所述壳体的所述活塞腔内的带有正大气压力或负大气压力的流体能够作用于所述净余的气动或液压表面。
18.根据权利要求17所述的机械，其中，所述旋转接头还包括流量限制器环形件，该流量限制器环形件基本为环形并且围绕所述活塞部分设置，其中，在所述流量限制器环形件的外部和所述活塞腔的内表面之间设置间隙。
19.根据权利要求17所述的机械，其中，当对所述活塞腔提供正表压的流体时，进入到所述活塞腔的流体流动量充满所述活塞腔，所述流体流动量以预定的速率通过径向的所述间隙经由所述活塞部分泄露，并且动态地推动所述活塞部分的后侧，以使得所述非旋转密封支架沿着伸展方向相对于所述壳体移动。
20.根据权利要求17所述的机械，其中，当对所述活塞腔提供负表压的流体时，将从所述外部环境进入到所述活塞腔的流体流动量设置为以预定的速率通过径向的所述间隙泄漏，并且动态地推动所述活塞部分的前侧，以使得所述非旋转密封支架沿着缩回方向相对于所述壳体移动。·
【文档编号】F16D33/18GK103711809SQ201310337484
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2012年8月3日
【发明者】A·拉克罗伊克斯 申请人:杜博林公司