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Schubübertragende Einrichtung Die Erfindung bezieht sich auf Maschinen,
die mit hohen Arbeitsdrücken betrieben werden, insbesonders auf große hydraulische
Pressen. Häufig müssen diese Drücke oder ihre Gegendrücke von einem Maschinenteil
auf ein anderes unter Bedingungen übertragen werden, die dazu führen, daß der eine
Maschinenteil aus seiner genauen Richtung gegenüber dem anderen herausgebracht wird,
und zwar dadurch, daß der Maschinenteil etwas kippt. Eine solche Bedingung kann
in ungleicher Lastverteilung bestehen. Dann ergibt sich die Aufgabe, zwischen den
Flächen der beiden Maschinenteile, welche den Schub übertragen, Einrichtungen einzuschalten,
welche die übertragung großer Schübe ermöglichen und gleichzeitig gestatten, daß
der eine Maschinenteil aus seiner genau ausgerichteten Lage gegenüber dem anderen
herausgebracht wird, ohne daß dadurch ein übermäßiger Verschleiß an den Flächen
entsteht.
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Diese Aufgabe kann sich z. B. in denjenigen Fällen ergeben, in denen
aus Zylinder und Kolben bestehende hydraulische Kraftantriebe dem Zweck dienen,
einen Teil einer hydraulischen Presse, etwa ein Querhaupt, zu bewegen. Wird der
zu bewegende Teil gleichzeitig seitlich wirkenden oder exzentrischen Lasten unterworfen,
so sucht er gegenüber der Achse des Zylinders und Kolbens zu kippen. Er kann dadurch
den Kolben an seiner freien Beweglichkeit im Zylinder hindern, was zu einem entsprechend
erhöhten Verschleiß der in gleitender Berührung miteinander stehenden Teile führt.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, zwischen dem Kolben einer hydraulischen
Presse oder seinem Ansatz und dem von ihm in Bewegung versetzten Teil, etwa einem
Querhaupt, besondere schubübertragende Elemente einzuschalten, die schwenkbare Schublager
mit bogenförmigen oder kugelförmigen Flächen bilden. Dabei stehen diese Flächen
in unmittelbarer metallischer Berührung miteinander. Der Einschaltung dieser schwenkbaren
Schublager zufolge kann der bewegliche Teil eine beschränkte Kippbewegung gegenüber
der Achse des Kolbens ausführen. Da die von hydraulischen Pressen zu übertragenden
Arbeitsdrücke im allgemeinen hoch sind und sich der Größenordnung nach auf mehrere
hundert oder sogar tausend Tonnen belaufen können, erfordern sie für ihre Übertragung
entsprechend große, sich berührende Lagerflächen, die bei bogenförmiger oder kugelförmiger
Gestalt schwierig herzustellen sind und einen erheblichen Kostenaufwand erfordern.
Wegen der Größe der zu übertragenden Kräfte ergeben sich gewöhnlich sehr hohe spezifische
Drücke zwischen den Berührungsflächen dieser Lager, und ihre Schmierung ist unzureichend
oder praktisch überhaupt nicht vorhanden. Daher ergeben sich zwischen diesen Flächen
eine sehr erhebliche Reibung und ein entsprechender Verschleiß. Die Lagerelemente
mit den bogenförmigen oder kugelförmigen Berührungsflächen müssen daher von Zeit
zu Zeit ersetzt werden, was kostspielig ist.
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Es ist auch eine schubübertragende Einrichtung für Maschinen bekannt,
die aus einem hydraulischen Schublager besteht. Dabei ist ein aus einer Flüssigkeit
bestehendes Kissen zwischen einem Zylinder und einem in diesem verschiebbaren Kopf
eingeschaltet, der eine kugelige Umfangsfläche hat und daher in dem Zylinder auch
kippen kann. Da jedoch zwischen der Wandung des Zylinders und der kugeligen Umfangsfläche
des Kopfes eine nachgiebige Dichtungsmanschette eingeschaltet werden muß, um eine
Abdichtung auch bei hohen Flüssigkeitsdrücken zu gewährleisten, kann sich der Kopf
gegenüber dem Zylinder in geringem Maße auch in radialer Richtung verlagern, wenn
die nachgiebige Manschette an einer Seite stärker als an der gegenüberliegenden
zusammengedrückt wird. Infolgedessen ist bei diesem hydraulischen Schublager eine
genaue Zentrierung der gelagerten Teile nicht gewährleistet.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine schubübertragende
Einrichtung zu schaffen, die eine Übertragung hoher Schübe von einem Maschinenteil
auf einen anderen beim Auftreten gegenseitiger begrenzter
Kippbewegungen
in einer Weise ermöglicht, durch welche die geschilderten Mängel der rein mechanisch
wirkenden Schubübertragung und auch die Mängel der rein hydraulisch wirkenden Schubübertragung
vermieden sind.
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Die schubübertragenden Einrichtungen nach der Erfindung bestehen aus
einem sich selbstausrichtenden Lager mit aufeinandergepaßten Lagerflächen, von denen
die eine gewölbt, z. B. bogen- oder kugelförmig, und die andere hohl ist, und aus
einem hydraulischen Schublager, das gleichachsig zu dem sich selbstausrichtenden
Lager angeordnet ist und mit diesem einen gemeinsamen Drehpunkt der Schwenkbewegung
hat, der in der Achse der Schubbelastung liegt, wobei das hydraulische Schublager
das sich selbstausrichtende Lager umgibt und eine größere Lastübertragungsfläche
als jenes hat. Infolgedessen nimmt das sich selbstausrichtende Lager einen kleineren
Anteil der Schublast auf als das hydraulische Schublager. Daher können die gekrümmten
Lagerflächen dieses Lagers wesentlich kleinere Abmessungen erhalten, als es möglich
wäre, wenn dieses Lager den gesamten Schub allein übertragen müßte: Gegenüber der
bekannten, rein hydraulisch wirkenden, schubübertragenden Einrichtung bietet die
Erfindung den Vorteil, daß eine genaue Zentrierung der Maschinenteile gewährleistet
ist. Die Erfindung besteht also in der Vereinigung des an sich bekannten hydraulischen
Schublagers mit dem ebenfalls an sich bekannten, rein mechanisch wirkenden selbstausrichtenden
Lager.
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Der Hauptzweck des sich selbstausrichtenden Lagers besteht darin,
den Ort des hydraulischen Schublagers auf dem schubübertragenden Maschinenteil zu
bestimmen und die Kippbewegung des hydraulischen Schublagers zu stabilisieren.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht das hydraulische Schublager
aus einer Druckmittelkammer, die an dem einen Ende des schubübertragenden Maschinenteils
gebildet wird und von einem topfförmigen Gehäuse umgeben ist, das flüssigkeitsdicht
über das Ende des schubübertragenden Elements paßt und mit diesem zusammenspielt
wie Zylinder und Kolben, während das sich selbstausrichtende Lager in der Mitte
der Druckmittelkammer angeordnet ist und vom Ende des schubübertragenden Maschinenteils
vorspringt und so einen Halter für das Gehäuse bildet.
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Am besten erhält der im Gehäuse angeordnete Abschnitt des schubübertragenden
Teils eine nach außen gewölbte Krümmung, deren Mittelpunkt mit demjenigen der Kippbewegung
des hydraulischen Schublagers und des sich selbstausrichtenden Schublagers zusammenfällt.
Es kann die Anordnung der Teile auch umgekehrt werden, indem die Druckmittelkammer
an dem einen Ende des den Schub aufnehmenden Maschinenteils angeordnet und durch
ein topfförmiges Gehäuse eingeschlossen ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden Einrichtungen zur
Vergrößerung der Lagerpressung in dem sich selbstausrichtenden Lager bis über die
in dem hydraulischen Schublager herrschende Pressung vorgesehen, um dadurch eine
feste Berührung zwischen den lastübertragenden Flächen des sich selbstausrichtenden
Lagers zu gewährleisten.
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Beim Einbau der Schubübertragungseinrichtungen nach der Erfindung
in eine hydraulische Presse oder eine andere Maschine mit einem hydraulischen Kraftantrieb
kann die hydraulische Druckflüssigkeit dem hydraulischen Schublager von dem Zylinder
des hydraulischen Kraftantriebes zugeführt werden, der den zu übertragenden Schub
erzeugt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
Die einzige Figur in der Zeichnung veranschaulicht im Schnitt einen Teil einer hydraulischen
Presse, in der ein hydraulischer Kraftantrieb dazu dient, ein Querhaupt in Bewegung
zu versetzen und dabei auf dieses einen erheblichen Schub auszuüben.
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Der hydraulische Kraftantrieb besteht aus einem Zylinder a, der auf
einem zur Presse gehörigen Unterteil ruht, und aus einem Kolben b, der sich in dem
Zylinder a verschieben kann, um ein Querhaupt c in Bewegung zu versetzen. An dem
vom Querhaupt abgewandten Ende hat der Zylinder eine Kammer d, die durch einen Einlaß
e mit einem Druckmittel beschickt werden kann. An seinem anderen Ende ist der Zylinder
durch einen Deckel f mit einer Dichtung f 1 abgeschlossen. Der Kolben b ragt
durch diesen Deckel mit seinem Ende b 1 hindurch. Ein ebensolcher Antrieb, der aus
dem Zylinder und dem Kolben besteht, ist an dem anderen (nicht dargestellten) Ende
des Querhauptes c vorgesehen.
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Zwischen dem Kolbenende b 1 und dem Querhaupt c ist nun die Kraftübertragungseinrichtung
angeordnet. Zu diesem Zweck ist ein topfförmiges Gehäuse g auf das Ende b 1 des
Kolbens aufgepaßt und diesem gegenüber durch eine Dichtung g1 abgedichtet, die in
ihrer Lage durch einen Ring g2 gehalten wird. Mit seinem Boden sitzt das Gehäuse
g in einer Ausnehmung c1 des Querhauptes c. Mit der Stirnfläche des Kolbenendes
b 1 schließt der Boden des Gehäuses- einen freien Raum ein, der eine zweite Druckkammer
h von runder Gestalt bildet, die gleichachsig zur Achse X-X des Kolbens
b angeordnet ist. Die Kammer h wird von der Kammer d aus mit
Druckflüssigkeit mittels eines Durchlasses i beschickt, der sich der Länge nach
durch den Kolben b erstreckt. Das in der Kammer h befindliche Flüssigkeitskissen
bildet im Inneren des Gehäuses g ein hydraulisches Schublager.
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Außerdem befindet sich im Inneren der Druckkammer h gleichachsig zu
dieser ein sich selbstausrichtendes Lager, das von der Stirnfläche des Kolbenendes
b 1 vorspringt und das Gehäuse g abstützt. Dieses Lager hat gewölbte und hohle Flächen,
die sich berühren und den Schub mit übertragen. Der Krümmungsmittelpunkt O dieser
Lagerflächen liegt auf der Achse X-X des Kolbens b. Gebildet werden die hohlen
und gewölbten Lagerflächen von zwei Lagerkörpern k und 1, von denen
der eine im Kolbenende b 1
und der andere im Boden des Gehäuses g befestigt
ist. Der Lagerkörper k ist zu diesem Zweck in das Kolbenende b 1 eingeschraubt oder
sonstwie an ihm befestigt. Der Lagerkörper 1 wird in seiner Lage auf dem Lagerkörper
k durch einen mittleren Bolzen m gehalten, der durch das Gehäuse g
und die beiden Lagerkörper k und 1 hindurchgeht und dessen Kopf
m 1
unten an dem Lagerkörper k anliegt. Mithin ist das Gehäuse g mit dem Lagerkörper
1 an dem Kolbenende b 1 und dem Lagerkörper k befestigt. Der Bolzen
m
hat in der Bohrung des Lagerkörpers k so viel radialen Spielraum, daß das
Gehäuse g um den Punkt O kippen kann. Gewünschtenfalls kann auch die Berührungsfläche
zwischen dem Kopf m 1 und der Unterseite des Lagerkörpers k derart gekrümmt ausgeführt
sein,
daß sich der Krümmungsmittelpunkt bei O befindet.
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Das Ende b 1 des Kolbens, an das sich das topfförmige Gehäuse g mit
seiner Wandung anlegt, ist kugelförmig gewölbt, wobei der Kugelmittelpunkt bei O
liegt. Infolgedessen haben das hydraulische Schublager und das sich selbstausrichtende
mechanische Schublager einen gemeinsamen Schwenkpunkt, der auf der Achse X-X des
Kolbens b liegt.
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Da das Gehäuse g auf dem Kolben b durch das sich selbstausrichtende,
aus den Lagerkörpern k und l bestehende Lager unmittelbar abgestützt
ist, wird ein Teil der Schublast von dem Kolben b auf das, Gehäuse g durch das sich
selbstausrichtende Lager übertragen, während der Rest dieser Last durch das Druckmittelkissen
in der Kammer h übertragen wird, wobei das Gehäuse g wie ein Kolben auf das Querhaupt
c wirkt. Bei dem veranschaulichten Beispiel sind die lastübertragenden Flächen des
hydraulischen Schublagers weit größer als die Lagerflächen des sich selbstausrichtenden
Lagers k, 1, wobei das Flächenverhältnis sich am besten auf 5: 1 bis
10: 1 beläuft. Dadurch wird es möglich, das sich selbstausrichtende Lager
viel kleiner zu machen, als es erforderlich sein würde, wenn es das einzige lastübertragende
Element darstellen würde.
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Am besten beläuft sich die Pressung des hydraulischen Schublagers
auf einen geringeren Betrag als die Pressung, die in dem sich selbstausrichtenden
Lager k, 1 herrscht, damit eine feste Berührung zwischen den lastübertragenden
Flächen des sich selbstausrichtenden Lagers gewährleistet ist. Zu diesem Zweck haben
das Kolbenende b 1 und die Druckkammer h einen etwas kleineren Durchmesser als der
Hauptteil des Kolbens b und die Druckkammer d. Die für die Schubübertragung
zur Verfügung stehende Gesamtfläche ist daher an dem Kolbenende b 1 kleiner als
an dem anderen Ende des Kolbens b, an dem sich die Kammer d befindet. Da der Flüssigkeitsdruck
in den beiden Kammern d und h gleich groß ist, kann der Unterschied der durch die
Kammern d und h
übertragenen Schublasten nur durch eine entsprechend
höhere Pressung in dem sich selbstausrichtenden Lager ausgeglichen werden, das von
den Lagerkörpern k und 1 gebildet wird. Die spezifische Pressung in
dem sich selbstausrichtenden Lager k, 1 ist daher höher als in dem hydraulischen
Schublager.
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Bei einer praktischen Ausführung der Erfindung beläuft sich der Querschnitt
des Kolbens b auf 325 cm2, derjenige des verjüngten Kolbenendes b 1 auf 318,5
cm2 und die Berührungsfläche der Lagerkörper k und 1 auf 32,5 cm2,
so daß für die Druckkammer h eine Fläche von 286 cm2 verbleibt. Nimmt man nun an,
daß sich die spezifische Pressung in der Kammer d und h auf 2 t je
Quadratzoll beläuft, dann beträgt die Schublast im Kolben b 100 t, von denen 88
t durch das hydraulische Schublager und 12 t durch das sich selbstausrichtende Lager
übertragen werden. Die spezifische Pressung in dem sich selbstausrichtenden Lager
beläuft sich dann auf 15 600 kg/cm2, ist also 20 % höher als die spezifische Pressung
in der Kammer h. Der überschuß reicht aus, um eine feste Berührung zwischen den
Lagerkörpern k und 1 zu ge-
währleisten.
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Die Erfindung läßt sich auch auf andere Weise ausführen, als es in
der Zeichnung dargestellt ist.
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Stellt der Kolben b den ortsfesten Teil und der Zylinder a den beweglichen
Teil des hydraulischen Kraftantriebes dar, dann wird die Druckkammer h außerhalb
des Zylinders so angeordnet, daß das topfförmige Gehäuse g mit seiner Seitenwand
außen über die Zylinderwandung greift. Bei Anwendung der Erfindung auf doppeltwirkende
hydraulische Kraftantriebe, bei denen der Zylinder a an beiden Enden geschlossen
ist und bei denen eine Stange durch das eine dieser Enden hindurchgeht, um den Schub
auf das Querhaupt oder irgendeinen anderen Teil der Maschine zu übertragen, kann
die Stange einen radialen Flansch haben, der im Durchmesser dem Kolbenende b 1 entspricht
und an dessen Stelle tritt. In diesem Falle erstreckt sich die Bohrung i zum Zuführen
des Druckmittels zur Kammer h durch die Stange hindurch. Die Anordnung des sich
selbstausrichtenden Lagers in der Achse des Kolbens b sowie die Anordnung des Gehäuses
g entspricht der vorstehend erläuterten Anordnung.
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Das Druckmittel für das hydraulische Schublager kann Wasser oder auch
Öl von passender Zähigkeit sein. Bei Anwendung der Erfindung auf eine hydraulische
Presse kann der Flüssigkeitsdruck für das hydraulische Schublager verwendet werden.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, das hydraulische Druckmittel für das Schublager
von einer besonderen Quelle liefern zu lassen. Ein Beispiel hierfür sind sich selbstausrichtende
Lager für Walzen von Walzwerken. In diesem Falle können die hydraulischen Schublager
und die sich selbstausrichtenden Lager zwischen der Schubspindel eingefügt werden,
mit welcher der Walzenabstand eingestellt wird, und dem Walzenzapfenlager, auf das
die Schubspindel einwirkt.
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Die Erfindung hat den weiteren wichtigen Vorteil, selbsttätig für
eine reichliche Schmierung der Flächen des sich selbstausrichtenden Lagers zu sorgen,
die in unmittelbarer Berührung miteinander stehen. Diese Schmierung wird dadurch
gewährleistet, daß die Flächen dieses Lagers im Inneren der Druckmittelkammer des
hydraulischen Schublagers liegen.
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Gewünschtenfalls kann in der Speiseleitung, die das hydraulische Druckmittel
der Kammer h zuführt, ein hydraulisches Sicherheitsventil angeordnet sein, das sich
öffnet, sobald der Druck eine bestimmte Grenze überschreitet. Das Sicherheitsventil
schützt also gegen Überlastungen.