DE1425077A1 - Druckmittellagerung - Google Patents
DruckmittellagerungInfo
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Description
National Research Development Corporation, 1, Tilney -Street,
London .·». 1, England
Druckmittellagerung
Druckmittelgeschmierte Lagerungen haben vernachlässig-"
bar kleine Reibungswerte und können erhebliche Legerdrücke aufnehmen. Aus diesem und aus anderen Gründen werden sie infolgedessen
in steigendem l/aße insbesondere für ,»-erkzeugrn??schinen
verwendet, auf welchem Fachgebiet sie insbesondere übereil dort bemerkenswerte Vorteile gegenüber herkömmlichen Lagerungen
aufweisen, wo sie zwischen »erkzeugschlitten und darauf laufenden
Teilen verwendet werden.
Die bisher bekannten druckmittelgeschmierten Lagerungen
haben jedoch häufig eine schlechte Führungssteifigkeit, d.h.
die Dicke der zwischen den Lagerungselementen befindlichen Jchmierochicht ändert sich zu stark mit den veränderlichen
Lagerbelostungen. oollen hydrostatische Lagerungen bei hoher
BAD
- 1 - 2O981S/1191
Lagerbelastung in den nunmehr in entwicklung befindlichen
automatischen .Verkzeugmg schinen mit der erforderlichen Genauigkeit
arbeiten, so muß dafür gesorgt werden, daß die i'ührungs-"steifigkeit
derartiger Lagerungen verbessert wird.
Es ist bereits verschiedentlich versucht worden, die
2'ührungssteifigkeit von Druckmittellagerungen zu verbessern,
bei welchen ein Druckmittel mit einem Anfsngsdruck P in einen
».strömungswiderstand konstanten «V'iders tandwert es H^ eingeführt
wird und durch diesen hindurch in den Lagerspielraum gelangt. Dieser setzt dem durch ihn hindurchströmenden Strömungsmittel
einen .Widerstand Hp entgegen. Der Druck des Druckmittels kurz
vor Durchströmung des Lagerspielraums sei mit P, bezeichnet. Der Vviderstandswert Hp ändert sich bei derartigen Lagerungen
im wesentlichen mit dem Druck P, , der seinerseits wiederum die Größe der Jeweiligen Lagerbelastung angibt. Im Zuge der
soeben erwähnten Versuche zur Verbesserung der Führungssteifigkeit
derartiger Lagerungen wurde schon vorgeschlagen, die Menge des durch die betreffende Lagerung strömenden Druckmittels
im Sinne einer Konstanthaltung des .Viderstandswertes
Rp und folglich einer Konstanthaltung des Lagerspiels so zu
regeln, daß diese Druckmittel-Strömungsmenge die durch Belastungsschwankungen des Lagers verursachten Änderungen des
Druckes P, in etwa ausgleicht. £ine derartige Regelung erfolgt im allgemeinen mittels ßundschiebern, durch welche das
schmiermittel hindurchgeführt wird. Wach einem Vorschlag des
209815/1 191
U25077 S
britischen ./issenschaf tiers Dr. J.K. Royle wird der Widerst^ndswert
L konstant gehalten, während die Drücke P, und P· in entgegengesetzten Richtungen auf einen Bundschieber einwirken,
dessen Schieber folglich unter der kombinierten wirkung dieser beiden Drücke jeweils so eingestellt wird,
daß die jeweils zugeführte Druckmittelmenge im Sinne einer Konstanthaltung des Verhältnisses Pv/P geregelt wird. In-
Q S
folgedessen müssen auch der ,Viderstandswert R2 und das Lagerspiel
ebenfalls konstant bleiben. Jundschieber haben leider insbesondere dann, wenn zwischen dem Schieber und dem Schiebergehäuse
ruhende Reibung herrscht, ungünstige Verstelleigenschaften und außerdem hat das Druckmittel das Bestreben, an
den Schieberbunden vorbeizulecken. Aus diesem Grunde zeigen derartige Bundschieber auch ein schlechtes dynamisches Ansprechvermögen,
is besteht aber gerade die Forderung nach Druckmittellagerungen, mittels welcher Belastungsänderungen
rasch und merkbar aufgenommen werden können und bei welchen die durch die jeweilige Lagerung hindurchgeführte Schmierini
ttelmenge jeweils rasch und unter Verwendung von .einrichtungen
geregelt wird, die unter Bedingungen ruhender Reibung keine nachteiligen betrieblichen eigenschaften aufv/eisen und
auch die sonstigen i»echteile der jundschieberregelung nicht
haben.
Die vorliegende Erfindung dürfte eine Lagerung beinhalten,
welche die soeben erwähnte Forderung erfüllt. Die .Erfindung ist
BAD ORIGINAL
209815/1191
. 142507?
auf DrueRmittel-Lagerungssysteme'anwendbar, bei welchen die
Strömung des von einer Druckmittelquelle zu einer Lagerungsstelle geführten Druckmittels mittels eines veränderbaren
Strömungswiderstandes so geregelt wird, daß der Druck des Druckmittels an der Lagerungsstelle" auf ,einem ,jeweils gewünschten
Wert gehalten wird. Aus diesem Grunde ist die Erfindung nicht nur auf Druckmittel-Lagerungssysteme anwendbor,
bei weichen der /viderstandswert S^ so verändert wird, daß die
jeweilige Schmiermittel-Strömungsmenge jeweils im Sinne einer Zonstantheltung des vViderstendswertes Kp proportional dem je-
i
weiligen Druck E, ist, sondern auch auf Lagerungen, bei welchen diese Strömungsmenge auf andere Vifeise gesteuert werden soll, beispielsweise im Sinne einer Gleichhaltung des Druckes P, mit einem anderen veränderlichen ,Druck oder einem Vielfachen eines solchen Druckes oder im Sinne einer Gleichhaltung einer Summe oder einer Differenz zwischen jeweils zwei anderen Drücken. Verschiedene Ausführungsformen von .Einrichtungen, welche diesen Erfindungsgedanken beinhalten, werden nunmehr unter Bez^g die anliegenden Zeichnungen im einzelnen beispielsweise schrieben. Üs stellen dar:
weiligen Druck E, ist, sondern auch auf Lagerungen, bei welchen diese Strömungsmenge auf andere Vifeise gesteuert werden soll, beispielsweise im Sinne einer Gleichhaltung des Druckes P, mit einem anderen veränderlichen ,Druck oder einem Vielfachen eines solchen Druckes oder im Sinne einer Gleichhaltung einer Summe oder einer Differenz zwischen jeweils zwei anderen Drücken. Verschiedene Ausführungsformen von .Einrichtungen, welche diesen Erfindungsgedanken beinhalten, werden nunmehr unter Bez^g die anliegenden Zeichnungen im einzelnen beispielsweise schrieben. Üs stellen dar:
Figur" ^ "' ~" einen Mittellängsschnitt durch ein
hydrostatisches Lager nach der Erfindung, bei welchem der Druck des Druckmittels
so gesteuert wird, daß das Lagerspiel unabhängig von veränderlichen Lagerbelastungen
konstant gehalten wird,
Γ20981 5/11 91
bad original
Figur Ά einem MittellSngssehnitt durcn ein©
andere AuäfünrtingsföriS eines iiydiösta
tisönen Lägerä nsön- der Erfindung
g^ündäätzlißn ähnlioiiei· Bauart wie
aää in Figüt* 1 gezeigte
eines Mitteliängsäöhnitt duieS zwei
miteinandSf köfflMriiei?te hydr^gtätiSöhe
Lager üä§ii de? Stundung * "bei Welchefi
die · Srlioktiiitteisttfomung diifön das eiiie
■iöiliägef iffi Sinne einer Eönstanthäitüfi
des Lagefsliigiä ger'egelt wird j
die Braelääitteistföaiüng düröE das ä
aleiilagef iiü Sinne einer Gieiöhhäitüfig
des in dgn BfüSfaäitteltasöneii BeidSr
Druökmitteidrüöke§
ein§n ili^öüäflgäSSfiäi^ii dürefi ein
stäiisen§§ iiagdi1 Men der
fflii z#ei 3rüeÄi^^§itäseh§n an
enigeging§s§%zl§fi Seitön eine§
fä&äildi§a K6rpr§i feil WeieiieM die
Sillffle dir in äen B§iden
Brü^ki
jeweils gleich, einem weiteren Jtettek
gehalten wird,'.."'" ' -
. die Figuren 5 hydraulische öchaltschemen* welche . -
Ms 8
die nrit der in Figur 4 dargestell1>en,r ;
Lageranordaung erisielbareii -fcecfeais^heii- :.
Vorteile erläutern und .
figur 9 eise grapMüche Darstellung, durch x
w@lehe die Arbeitsweise der in den
fi-iuren 1 und 2 dargestellten fegeruagefi
aaeh der Erfindung erläutert.
wird*
Das Jzig.ggfs|(iel 1 der in 31IgHr 1 der Zeichnungen gezeigten
Lagerung iaäöh def ErfifläUnf wird dureh zwei einander gegenüberliegende efegse Fläöaeii 2 und 3 "bestitflmt* In der Fläcne 2 ist
eine Briiöiöai-BijgitasGhe Φ ggtiildet» die über einen Kanal 5 ^i*
Eäiaffl@r-i v§flüiidgfl iät, welöhe am einer Seite durch eine
iiäMüng, ölmüöh durch eine Metsllmeabran / begrenzt
is-6« Jln@ äeheaatigeh bei S angedeutete Druckmittelliöf
ort §in Bruelaaittsi üiit itönstäntem Sruck und hat,
£ einen Kanal 9 fflit äe£ läioffler β yerbindung* i)er Kanal 9
ist Bei ΊΊ fest Mit eia@m äi§ Katamer S bildefiden KBicper ver-Bünden
lind endigt in eiagr iüstrittsdüse 10* welche so in
die Käimmer 6 einsiiMeti daß die ringfärfflige Büsenffiündungsfiäche
12 düreh einen ifalt 1| ^eräadgrbärer Breite von der
11-91
U25077
!«embren 7 getrennt ist. Dieser Spalt. 13 stellt also eine
Drosselstelle ,veränderlichen Durchgangsquerschnitts dar.
An der von der Kammer 6 abgelegenen Seite der Membran 7 liegt
eine Druckfeder 14 geringer -Steifigkeit an, deren .Federdruck
mittels einer otellschrsube 15 einstellbar ist.Diese Druckfeder
dient zur i.'inregelung des Ausgangswertes G^,p der Breite
des Spaltes 1> i- einem Betriebszustand, bei welchem der Druck
des in der Sch-nierrsitteltesche 4 befindlichen Druckmittels den
nert l.ull hat und sich nickt den auf die Membran 7 einwirkenden
Drücken überlagert, so d?3 diese.sich ausschließlich entsprechend
ihrer ^igensteifij;ceit und den Drücken der auf sie einwirkenden
Druckmittel einstellt.
.vird nn£e;iOTr.T;en, äa£ die Steifigkeit der Llembr^n 7 den
Abmessungen der Austrittsdüse 1C μηά der ursprünglichen 5reite
G,,,-, des öpaltes 15 entsprechend einer nachstehend noch im
einzelnen rnsugebenden Ableitung angepeit ist, so kann das
iel innerhalb einer Grenze von - 5 /° seines Nennwertes
■constant gehr-Iten werden, wenn der Druck -Jr, -sich zwischen
dem ü,1rfache:i und den 0,3-fachen des konstanten Druckes
ändert, mit welchem das Druckmittel von der Druckmittelquelle
zugeführt wiri. Jede änderung der Lagerbelastung ändert auch
den Druck B, und versucht dementsprechend die Größe des Lagerspiels
1 ebenfalls zu verändern. Sine Erhöhung der Lagerbelastung versucht, den Drucl: P, zu erhöhen und folglich des
Lagerspiel zu verringern and umgekehrt. Steigt jedoch der
209815/1 !91
H25077
.. : :; ■ ■ t -■■■ .- --■■■■,■■■ ■■■■■■ ·
in der Kammer 6 Herrschende Druck P, an, so bewirkt das Ansteigen
des auf die Membran 7 wirkenden Flüssigkeitsdruckes
eine Vergrößerung des Spaltes 13 und;infolgedessen eine
Verstärkung der Sehmiermittelströmung ζμπι Lager im Sinne
einer" Konstanthaltung des Lagerspiels 1. Die Membran 7 kommt
infolgedessen in einer Stellung zur Ruhe, in welcher sie. einen
breiteren Spalt 13 als vorher bestimmt. Sinkt die Lagerbelastung
ab\, so vollzieht sieh ein Vorgang in entgegenge—
setzter Richtung, d.h. die Membran 7 beult sich in die Kammea? 6
hinein aus und verringert infolgedessen den Spalt" 1J., Die·
Folge ist,, daß in diesem Fall wiederum die Schmiermittel-Strömung
zum Lager im Sinne einer Konstanthaltung des Lagerspiels1
verringert wird.
Die VSTirkungsweise der Anordnung wurde soeben als zeitliche Folge einzelner Vorgänge geschildert./ Es wird jedoch
besOnders darauf hingewiesen, daß das Ansprechvermögen der
Anordnung so schnell sein, muß, daß unter allen Umständen
verhindert wird, daß die Größenänderungen des Spaltes 1-J so
groß werden oder sich so lange Zeit fortsetzen, daß in die
Arbeitsweise des. .Druckmittel-Lagerungssystems.,' von welchem
das Lager einen Teil bildet, ein Fehler eingetragen wird.
Eine andere Ausführungsform einer Druckmittellagerung nach
der Erfindung ist in Figur 2 der Zeichnungen dargestellt. Das'
Lagerspiel 21 des Lagers wird auch bei dieser Ausführungsform
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— 8 -
der Erfindung wiederum durch ebene Flächen 22 und 23 bestimmt. Eine Druckmittelquelle 24 liefert ein unter konstantem Druck
stehendes Druckmittel über einen zylindrischen Kanal 25 in eine, in der Flachs 22 gebildete Druckmitteltasche bzw.
.Kammer 26., von wo das DruOTnn.ittel über den Lagerspielraum
austritt.
Die Außenwandung der den Kanal 25 bildenden"Leitung ist
mit Sehi-ebesitz innerhalb einer Bohrung einer Scheibe 27 verschiebbar-
Diese .Scheibe ist mittels Schrauben 28 an dem, die Fliehe 22 bildenden Körper befestigt. Die den Kanal 25
bildende leitung ragt durch eine bewegliche Wandung, beispielsweise
durch eine ßingmeabran 29 hindurch und ist an ■
dieser befestigt. Der Band der Singmembran ist zwischen einem
Dichtungsring 30 und dem Außenflansch 31 eines Haltekörpers
eingespannt. Auch der Dichtungsring und der Flansch des Haltekörpers sind mittels der Schrauben 28 an dem die Fläche 22
bildenden Körper befestigt, während sie mittels Schrauben an der Scheibe 27 befestigt sind. Die Ringmembran 29 unterteilt
die Druckmitteltasche bzw. Kammer 26 in zwei völlig voneinander getrennte {Deilkammern 34 und 35» deren letztere
durch eine in der Scheibe 27 angeordnete Entlüftungsbohrung
mit der Außenatmosphäre Verbindung hat.
Die den Kanal 25 bildende Leitung kann infolge ihrer
Verschiebbarkeit innerhalb der Scheibe 27 und der Nachgiebig-
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keit der Eingmembran 29 eine begrenzte Axialverschiebung zur
Druckmitteltasche 26 ausführen. Der mittlere Teil des Haltekörpers 32 ist schalenartig ausgebildet und in dem sehalen-'artig
vorspringenden Teil mit Durchtrittsöffnungen versehen.
In die Mitte des schalenartig vorspringenden Teils des Haltekörpers 32 ist mittels eines Gewindeschaftes 38 ein Ventilkörper
37 eingeschraubt, der ein scheibenförmiges Kopfstück aufweist. Der Schaft 38 liegt koaxial zu der axial verschiebliehen
Leitung 25· Auf diese Weise wird wiederum eine Drosselöffnung veränderlichen Durchgangsquerschnitts in Form eines
Spaltes 40 veränderlicher Breite gebildet, der sich zwischen
der Mündung der Leitung 25 und dem Kopfstück 39 des Ventil-'körpers
37 erstreckt. Dieser Spalt kann wiederum vor Inbetriebnahme des Lagers durch entsprechende Verdrehung des Gewindeschaftes
38 eingestellt werden und die eingestellte relative Lage der Mündung der Leitung 25 und des scheibenförmigen Kopfstückes 39 des .Ventilkörpers kann sodann durch
Anziehen einer Gegenmutter 4-1 gesichert werden.
Aus den Zeichnungen ist ohne weiteres ersichtlich, daß die
in den Figuren 1 und 2 der Zeichnungen dargestellten und oben
beschriebenen Lagerungen nach der Erfindung eine gleiche
wirkungsweise haben. Diese Wirkungsweise wird nunmehr nachstehend im einzelnen begrifflich abgeleitet.
In Tafel I sind die im Zuge der nachstehenden Ableitung
gebrauchten Symbole im einzelnen erläutert. Die in Klammern
2&SÄ-16/119.1
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angegebenen Zahlen stellen die Bezugsziffern derjenigen Teile
dar, welche in den Figuren 1 und 2 der Zeichnungen im einzelnen wiedergegeben sind. · ;
•renn der Lagerdruck gleich dem Atmosphärendruck ist
(P-, =0), dann entspricht die Breite des Spaltes 13 bzw. 40
dem wert G . ί/ährend des Betriebes nimmt der Lagerdruck einen
anderen Viert von P, an und der Wert G ändert sich in einen »vert G, so daß also
G= % + h
wird. Der Strömungswiderstand des Spaltes 13 bzw. 40 entspricht
dem
Außerdem ist
• Vü~ — I / = —Τ · V. p^ — I J ·
J3
?b
Dann wird
Ρ— τ?- VtJ ~ LT / ······ V1/
O τ»
c ist der Membran-Auslenkungswert, der sich aus der Aus lenkung der fembranmitte je Druckeinheit errechnet. Infolgedessen
wird
6 = c .Pb .
209815/1191
Tafel Ii
Formel- Zugehöriges Bauteil der erfindungsgemäßen
symbol Druckmittellagerung
Dimension
Auslenkung der "beweglichen Wandung (Versehie—
bungsweg der-Membranmitte je Druckeinheit)
Augenblickswert der Spaltbreite an der Drosselstelle
(13, 40)
ursprüngliche Spaltbreite an der Drosselstelle
(15 j. 40) bei einem Druck yon P^ = 0
Augenblickswert der Größe des Lagerspiels
(}
cm^/kp
Nennwert des Lagerspiels (1, 2i)
Konstante des Widerstandswertes de,s Lager—
Spiels (1, 21) ^ \ H>
Konstantre des Widerstandswertes des Spaltes
an der Drosselstelle (12* 40) = E . * g3
Druckmitteldruck an diet Lager stelle, d.h.
der in der Schmiermitteltasche der Lagerstelle herrschende Druckmitteldruck (4t 26}
Unveränderlicher Druck der Druckmittelquelle
(8t 24)
Strömungsgeschwindigkeit - des Schmiermittels
Hydraulischer Widerstand des LagerSpielraums
Xt,- 2?) . ;"
Hydraulischer Widerstand des Spaltes an
der Drosselstelle (15, 40)
Konstrüktionskonstante des Spaltes an der Dtosselsteile (13, 40)
Konstrüktionskonstante des Lagerspielraums
(1, 21)
Auslenkung der beweglichen Wandung (Verschiebungsweg der Membtanmitte)
Willkürlich gewählte Konstruktionskonstante für den Drosselstellenspalt (13, 40)
cm
cm
cm | see |
cm | cm. |
k^ | |
sec | |
kp_
2 cm
kp
cm
cm sec
kp sec cmr
kp sec cur
dimensionslos
dimensionslos
cm
dimensionslos
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- 12 -
Der Wert o muß außerdem die Gleichung
eriüllen, in welcher V eine willkürlich, gewählte, dimensionslose
EbnstruktiOnskonstante darstellt. Infolgedessen wird
~n ' ~s
■"■.■"■" ■ . ί
Aus den Slßiclhäingen. '(1) und (2) ergibt sich
IX JT-v
1E" .
und
Hn ~ * 7
ist, worin Λ>und /5 zwei weitere Konstante darstellen, dann wird
H 3 P
s y. s
Aus Gleichung (3) kann ein Ausdruck abgeleitet werden,
TT
in welchem das Verhältnis -?|-als Funktion von tx, ß, P und P,
209815/1191
/ir
erscheint. Es wurden Versuche mit Lagern entsprechend Figur
der Zeichnungen ausgeführt, bei welchen ein an seiner Unterseite ebener und rechteckig begrenzter Körper durch den Lager-1
Spielraum von einer ebenfalls ebenen Auflagefläche, getrennt ist.
Die eigentliche Lagerfläche war bei diesem Lager 76 mm χ 28 mm
groß und der Druck P0 betrug 8,42 kp/cm . Als Membran 7 wurde
eine Federstahlscheibe von 25»4 mm Durchmesser und einer
Dicke von 0,56 mm verwendet. Der Außendurchmesser des Düsenrohres
betrug 6,40 mm und der Innendurchmesser desselben betrug
5»88 mm. Das Lager sprach innerhalb eines Belästungsbereiches
einwandfrei an, in welchem sich der Wert P^ zwischen 0,1 P
und 0,8 P änderte, d.h. zwischen einem Druck von 0,84 kp/cm
s
und 7j 04 kp/cm . Die Konstanten # und x>
hatten bei dieser Anordnung die Werte J = 1 und ou = 3»5· In der graphischen Darstellung
in Figur 9 der Zeichnungen sind unter Zugrundelegung
dieses Wertes der Konstante o" und der Gleichung (3) die Ver-
H Pb
hältniswerte τ?— und ^- für verschiedene Werte von β gegeri-
hältniswerte τ?— und ^- für verschiedene Werte von β gegeri-
n s
einander aufgetragen. Es zeigt sich, daß bei einem Wert von
einander aufgetragen. Es zeigt sich, daß bei einem Wert von
TT Τ)
ρ= 0,2 das Verhältnis ττ- für Verhältnisse von _t zwischen
η 1S
0,1 und 0,8 nahezu konstant bleibt. Infolgedessen wurde dieser
konstante Wert von /# für die weiteren Betrachtungen zugrunde
G gelegt. Da also nunmehr das Verhältnis g°- = β und die
η Konstante J beide dem Wert Eins entsprachen, ergab sich, daß
die ursprüngliche Breite des Spaltes 13 ungefähr einem Fünftel
der Nennbreite des Lagerspiels 1 entsprach.
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H25077 β
Diese Versuche sind in einer Abhandlung beschrieben,
welche Mohamed Ezzat Mohsin auf der Dritten Internationalen
< % Werkzeugmaschinen-Konstruktions- und Forschungskonferenz
in der Zeit vom 24. bis zum 28* September 1962 in Birmingham,
England, der Öffentlichkeit vorgelegt hat. Diese Abhandlung wird nunmehr in der Zeitschrift "International Journal of
Machine Tool Design and Eesearch" veröffentlicht»
Figur 3 der Zeichnungen zeigt ein hydrostatisches Lager, in welchem die Erfindung auf andere Weise Anwendung findet.
Der Lagerspielraum 61 des erfindungsgemäßen Lagers 60 wird von zwei einander zugekehrten Flächen 62 und 63 zweier Lagerelemente
62a und 63a bestimmt. In der Fläche 63 ist eine Druckmitteltasche 64- gebildet. Die beiden Flächen 62 und 63
sind nur grob bearbeitet, so daß die Größe des Lagerspiels 61· aus mancherlei Gründen, insbesondere infolge Verzuges der
einzelnen Bauteile, nicht genau bestimmt werden kann. Einerseits des Lagerspielraums 61 ist an dem Lagerelement 62a
eine lange, schmale Leiste 65 befestigt, die eine genau ebene Fläche 66 aufweist. Am Lagerelement 63a ist unmittelbar oberhalb
der Leiste 65 eine Leiste 67 befestigt, die ebenfalls eine genau ebene Fläche 68 aufweist und genau der Leiste 65
gegenüberliegt. Die beiden Leisten 65 und 67 bilden die Lagerelemente eines weiteren Lagers und bilden zwischen sich einen
weiteren LagerSpielraum 69· In der Lagerfläche 68 ist eine
Druckmitteltasche 70 gebildet. Die jeweiligen Lagerelemente
beider Lager können sich in einer senkrecht zur Bildebene
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H25Ö.77
; .; jt
stehenden Richtung gegeneinander verschieben und die beiden
nutformigen Bruckmitteltasühen 64- und fO verlaufen ebenfalls
dieser Richtung*
zweite dieser beiden iager, entspricht der iii figur
der Zeichnungen dargestellten i/agerbauart * In Figur 3 sind
die Druckmittelquelle 8>
die Kanäle 5 und 9 und die Membran
sehr seheifiätiseh dargestellt* ?oh der lieitung ^ zweigt eine
Zweigleitung !/'Λ ab^ die 2;u einem Regler ?2 führte Welöher die
DrUOlaaittelströmung von der Sruckiilittel(iuelle Ö zur Sruök-'
mitteltäsche 64- des Lagers 60 derart regelt·, daS die Sruckmitteldrück'e
in den beiden BrucMaitteltssohen 64 und YG_ gleich
groß gehalten Werden·. Bei Schwankungen der iagerbelastung werden
die Druckfflitteldrücke in -den Bruckäiitteltaschen' 6% und JG
in gleicher· //eise so geregelt^ daß die Iaagerspiele 61 und 69
konstant bleiben,'wie dies oben mit Bezug auf die in den Figuren 1 Und 2 der Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben wurde* iVird außerdem infolge der
Bearbeitüngsungenäuigkeit der i<agerfiächen 62 und 65. eine
Änderung des Lägerspiels 51 verursacht, so ist die in Figur
der Zeichnungen dargestellte Lagerung imstahde, eine eritspreöheiide
Äusgieichwifkühg au-S'zuübeni Bewirkt die genannte
Bearbeitungsungehauigkeit beispielsweise eine Vergrößerung
des Lagerspiels 61^ so fallt der in der Sruckniitteltasche 64-herrschende
I3ruckmitteldrUGk und bewirkt^ daß die beiden ungenau bearbeiteten Flächen 62 und 63 sich aufeinander zubewegen*
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U25077 ti
Dadurch werden auch die "beiden genau bearbeiteten Flächen 66 und 68 aufeinander zubewegt, wodurch das Lagerspiel 69 vermindert
wird und der Druck P, entsprechend ansteigt. Der Segler 72 erzeugt infolgedessen einen entsprechenden Druckanstieg
in der Druckmitteltasche 64, was zur Folge hat, daß die beiden Lagerflächen 62 und 63 sich wiederum so lange
auseinander bewegen, bis das Lagerspiel 69 wieder die gewünschte Größe hat.
Der .Regler 72 weist einen Zylinder 73 auf, der in
drei Kammern 74, 75 und 76 unterteilt ist. Die Zweigleitung
speist die Kammer 7^· Zwischen den beiden Kammern 74 und 75
erstreckt sich eine bewegliche Wandung in Form einer Metallscheibe 78· Diese Metallscheibe 78 ist durch einen Dichtungsring
77 mit kreisförmigem Querschnitt aus nachgiebigem Werkstoff,
beispielsweise aus Gummi, gegenüber der Mantelwandung des Zylinders 73 abgedichtet. Die Passung dieses Dichtungsringes
ist mit Bezug auf den Zylinder 73 und mit Bezug auf die Metallscheibe 78 so gewählt, daß der Dichtungsring 77
bei geringfügigen Bewegungen der Scheibe 78 innerhalb des
Zylinders 73 nur in seinem Querschnitt verformt wird,'jedoch
weder rollen noch gleiten kann. Die Scheibe 78 und der Dichtungsring 77 bilden also zusammen eine Membran von vernachlässigbar
kleiner Steifigkeit. Die Kammer 75 hat über einen Kanal 79 mit der Druckmitteltasche 64 Verbindung. Sind die
Druckmitteldrücke in den Lagerspielräumen 61 und 69 gleich groß,
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U25077
so sind auch, die in den Kammern 74- und 75 herrschenden Drücke
gleich groß und die Scheibe 78 bleibt infolgedessen in Ruhe.
Die der Membran gegenüberliegende Wandung der Kammer 73 weist
in ihrer Mitte eine Öffnung auf, deren Hand bei 80 in Sichtung
der -Kammer 76 hochgezogen ist. Kin an einer Stirnseite der
Scheibe 78 befestigter Schaft 81 ist durch diese öffnung hindurchgeführt
und hält an seinem freien iSnde eine kleine Iletallscheibe
82. Die Kammer 76 ist an die Druckmittelquelle c angeschlossen
und die Scheibe 32 und der hochgezogene Rand 80 der Mittelöffnung bilden zusammen eine Drosselstelle von veränderlichem
Durchgangsquerschnitt, mittels welcher der Druck des der Druckmitteltasche 64- zugeführten Druckmittels beim Durchgang
von der Kammer 76 zur Kammer 75 vom wert P auf den
innerhalb der Kammer 74- herrschenden augenblicklichen Druck
herabgedrosselt wird. Sollte der in der Kammer 74-"herrschende
Druck relativ zu dem in der Kammer 75 herrschenden Druck ansteigen, so bewegt sich die Scheibe 78 in Richtung der Kammer 75»
wobei der Querschnitt der Gummidichtung 77 entsprechend verformt
wird. Auf diese vYeise werden die Platte 82 und der hochgezogene Rand 80 auseinanderbewegt, so daß nunmehr der beim
Durchgang des Druckmittels zwischen diesen beiden Teilen auftretende Druckabfall desselben das Bestreben hat, kleiner zu
werden. Sollte der in der Kammer "74 herrschende Druck relativ
zu dem in der Kammer 75 herrschenden Druck abfallen, so bewegt sich die Scheibe 78 mit entsprechend entgegengesetzter .Wirkung
in entgegengesetzter Richtung. Der kleine Durchgangsquerschnitt
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H25077
der zwischen den Kammern 75 und 76 gelegenen Durchtrittsöffnung
stellt sicher, daß auf die kleine Scheibe 81 nur ■ ■ eine sehr kleine Druckdifferenz wirkt. Dies hat zur Folge,
daß auf beiden Seiten der Scheibe 82 ebenfalls nur eine sehr geringe Druckdifferenz einwirkt. Für praktische Zwecke genügt
es, daß die einzigen, auf die Scheibe 7ö einwirkenden Kräfte
diejenigen der sxif beiden Seiten mit dieser Scheibe in Berührung stehenden Druckffiitteldrücke sind.
Die bisher beschriebenen Lagerungen nach der Erfindung eignen sich für Anwendungsgebiete, bei welchen positive
LngerdrÜcke die beiden Lagerelemente zusammenpressen, nicht jedoch f'ir Falle, in welchen negativ gerichtete Lagerkräfte
Versucher., die beiden L?gerelemente auseinanderzureißen.
Figur M- der Zeichnungen zeigt eine beispielsweise Anwendung
der Erfindung auf ein Lager, welches beiden flelastungsarten
standhält» iSines der Lagerelemente, nämlich das Teil 101, h.3t die Form eines planpar&llelen Körpers mit planparallelen
Flächen 1C2 und 103* Das andere der beiden Lagerelemente,
nämlich das Teil 10%, weist einen Hohlraum auf, der an einander gegenüberliegenden Innenwandungen mit Druckmitteltaschen 105
und 106 versehen ist. Der planparallele Körper 101 ist innerhalb
des Hohlraumes des Bauteils 104- so angeordnet, daß das aus der
Druckmitteltasche 105 austretende Druckmittel auf die Fläche 102 wirkt, während das aus der Druckmitteltasche 106 austretende Druckmittel auf die Fläche 105 wirkt» Durch eine Ab-
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laßÖffnung 107 ist· "sichergestellt", daß die beiden, den Druck- ■
mitteltaschen 105 und 106 zugeführten Druckmittel sich nicht
gegenseitig vermischen. Die Lagerfläche 102 und Druckmittel-'
tasche 105 bilden Teile einer Lagerung einer Bauart, wie ;;
mitteltaschen 105 und 106 zugeführten Druckmittel sich nicht
gegenseitig vermischen. Die Lagerfläche 102 und Druckmittel-'
tasche 105 bilden Teile einer Lagerung einer Bauart, wie ;;
sie mit Bezug auf Figur 1 der Zeichnungen beschrieben wurde. ■.
Dieser Lagerung wird das Druckmittel von einer, dasselbe mit ,
konstantem Druck P liefernden Druckmittelquelle 8 unter ■
- s
- s
anderem über "einen Kanal 9 sowie eine, zwischen einer Membran 7
und einer Austrittsdüse 5 gelegene Drosselstelle 1$ zugeführt.
Alle diese Teile sind in Figur 4 der Zeichnungen nur sehr
schematisch dargestellt. Der DruckmitteItηsehe 106 wird das
Druckmittel unter einem Druck zugeführt, der gleich der · =
und einer Austrittsdüse 5 gelegene Drosselstelle 1$ zugeführt.
Alle diese Teile sind in Figur 4 der Zeichnungen nur sehr
schematisch dargestellt. Der DruckmitteItηsehe 106 wird das
Druckmittel unter einem Druck zugeführt, der gleich der · =
Differenz zwischen dem Druck P und dem in der Druckmitteltasche 105 herrschenden Druckmitteldruck ist.
Der zuletzt genannte Druckwert wird durch ein Hegel- ;
ventil 108 erzeugt, welches von drei rechteckig begrenzten
Körpern 109, HC und 111 gebildet wird, die übereinander ange- ·
ordnet sind. In den mittleren Körper 11C sind von verschiedenen , deiten her zwei Blindbohrungen 112 und 113 - eingearbeitet. }
Körpern 109, HC und 111 gebildet wird, die übereinander ange- ·
ordnet sind. In den mittleren Körper 11C sind von verschiedenen , deiten her zwei Blindbohrungen 112 und 113 - eingearbeitet. }
Zwischen diesen beiden Bohrungen und einem, in dem Körper 111 :
angeordneten zylindrischen Hohlraum 116 sind Verbindungskanäle
114 und 115 angeordnet. Die Bohrung 113 hat außerdem
Verbindung mit einem, in dem Körper 109 angeordneten weiteren i zylindrischen hohlraum 117? der koaxial zu dem zylindrischen : Hohlraum 116 liegt und gleichen Innendurchmesser wie dieser \ hat. Innerhalb der beiden zylindrischen Hohlräume 116 und"117
Verbindung mit einem, in dem Körper 109 angeordneten weiteren i zylindrischen hohlraum 117? der koaxial zu dem zylindrischen : Hohlraum 116 liegt und gleichen Innendurchmesser wie dieser \ hat. Innerhalb der beiden zylindrischen Hohlräume 116 und"117
. . BAD
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• - 20 -
U25077
sind zwei Scheiben 118 bzw. 119 angeordnet, die durch eine
Verbindungsstange 120 zu gemeinsamer Bewegung miteinander verbunden
sind. Diese beiden Scheiben schließen wiederum an die Innenwandungen ihrer beiden zugehörigen Hohlräume 116 und 117
über Dichtungsringe 121 mit kreisförmigem Querschnitt aus nachgiebigem Werkstoff an. Die Passung dieser Dichtungsringe
121 ist mit Bezug auf die beiden Scheiben 118 und 119 einerseits und mit Bezug auf die beiden zylindrischen Hohlräume
116 und 117 wiederum so gewählt, daß bei geringfügigen Bewegungen der beiden Scheiben innerhalb der zylindrischen
Hohlräume in axialer Richtung nur die Querschnitte der Dichtungsringe
121 verformt werden, ohne daß diese Dichtungsringe relativ zu den Flächen, mit welchen sie in Berührung stehen,
zu rollen oder zu gleiten beginnen. Die Unterseite des zylindrischen
Hohlraums II7 hat mit einer Entlüftungsöffnung 122 Verbindung,
während die Oberseite des zylindrischen Hohlraums über eine öffnung 123 mit der Leitung 5 Verbindung hat. Die
Bohrung 112 ist mit der Druckmittelquelle 8 verbunden und die
Bohrung 11$ hat Verbindung mit der Druckmitteltasche 106. Die beiden Scheiben 118 und 119 wirken zusammen mit ihren Dichtungsringen
121 als Membranen sehr geringer Steifigkeit und die Scheibe 119 bildet zusammen mit ihrem Dichtungsring 121 eine
bewegliche Wandung der Lagerung im Sinne der Erfindung, deren Druckmitteltasche der ßaum 106 ist. Die Drosselöffnung veränderlichen
Durchgangsquerschnitts wird von der Unterfläche der Scheibe 119 einerseits und der etwasnach oben gezogenen
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Mündung der Durchtrittsöffnung 115 andererseits gebildet.
Diese Drosselöffnung bestimmt wiederum den Druckabfall zwischen dem in der Bohrung 112 herrschenden Druck P und
dem in der Druckmitteltasehe 106 und der Bohrung 113 herrschenden
Druck P,. ii/enn das erfindungsgemäße Regelventil lOcs in Tätigkeit
ist, herrscht an der Austrittsöffnung 122 der Druck null: und
an der Einlaßöffnung 123 der Druck P^. Mrd nun vorausgesetzt,
daß alle vier Scheibenflächen gleich groß sind und dem *Vert
a entsprechen, so ist die auf die Verbindungsstange 120 wirkende, nach oben gerichtete iiraf.t· gleich dem wert a . 0 + a . P ,
der einer nach unten gerichteten iiraft von der Größe a
. P, + a . P-v das Gleichgewicht hält. £s gilt infolgedessen
die Beziehung
a · P = a · P, + a
' + a · P-, oder die Beziehung
- Ps
Damit diese Beziehungen genau stimmen, wäre Voraussetzung, daß der Querschnitt der Verbindungsstange den «ert
Null habe und daß der Druck P0 Zutritt zur ganzen Unterflache
der Scheibe 118 hat und außerdem kein Druckmittel mit dem Druck P, über die Durchtrittsöffnung 115 Zutritt zur Unterfläche dieser Scheibe hat. Diese Voraussetzungen können
selbstverständlich in der Praxis nicht eingehalten werden, doch ist es durch entsprechend geschickte Konstruktion möglich,
209815/1191
- 22 -
U25077 IZ
diese Voraussetzungen so weitgehend zu erfüllen, daß die Bedingung
.
P = P1 + P - 3 1Zo erfüllt wird.
S _L D
D^durca, daß sichergestellt wird, daß bei Bewegung der
beiden .-Scheiben 113 und 119 die Dichtungsringe 121 nur in
ihrem querschnitt verformt v/erden, ohne relativ zu den mit
ihnen in Berührung stehenden Flächen zu gleiten oder zu rollen, werden die oben in Verbindung mit den bekannten Bundschiebern
nls nachteilig bezeichneten Eigenschaften der ruhenden Reibung,
des iiindurchleckens von Druckmittel an den Schieberbunden usw.
vermieden. In den beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung können selbstverständlich die soeben
dargelegten, entsprechend belasteten ocheiben durch Membranen ersetzt werden, wie sie beispielsweise unter Bezug auf die
Figuren 1 unl 2 der Zeichnungen gezeigt sind.
Jie Vorteile einer Verv/endung eines Doppelventils beispielsweise
einer Bauart des Ventils 103 nach Figur 4- sind in Verbindung mit hydrostatischen Lagern in den Figuren 5 bis
8 der Zeichnungen im einzelnen dargelegt. Die Figuren 7 und 8
zeigen ein ähnliches Leger, wie es in Figur 4 dargestellt ist,
welches jedoch in herkömmlicher .»eise geregelt ist und mit
maximalen positiven und negativen Lagerdrücken belastet ist. Das von der Druckmittelquelle 8 gelieferte, unter dem Druck P
stehende Druckmittel wird einer Druckmitteltasche 105 über einen Regler R zugeführt, der in gleicher .Veise arbeitet wie der mit
2 0 9 8 15/1191
- 23 -
H25077 Vl
Bezug auf die Figur 1 der Zeichnungen beschriebene Regler
für eine Lagerung nach der Erfindung. Bas Druckmittel kann * aus d.em Regler mit jedem beliebigen Druck innerhalb eines
Druckbereiches von beispielsweise 0,1 P bis 0,8 P aus—
S S
treten. Der Druckmitteltasche wird Druckmittel unter einem
konstanten Druck von beispielsweise 0,4-5 P zugeführt. Wenn
die Große der beiden Lagerflächen jeweils dem Wert A entspricht, dann ist die maximale positive Lagerbelastung,
welche das Lager aufnehmen kann, gleich dem Wert (0,8 P -
0,4-5 P1) · A, während'die größte negative Lagerbelastung,
welche das Lager aufnehmen kann, dem Wert (0,1 P - 0,4-5 P0) . A
S S
entspricht. Das Lager arbeitet.also nur innerhalb von Lagerbelastungen,
die in dem Bereich von - 0,35 · P«, · A fallen.. </ird jedoch die Druckmittel tasche 105 mit Druckmittel gespeist,
welches unter einem Druck innerhalb des Bereiches zwischen 0,1 P und 0,8 P steht, und wird die Druckmittel-
SS -
tasche 106 über das Regelventil 108 mit Druckmittel gespeist, dessen Druck gleich der Differenz zwischen dem Druck P und
.s
einem. Augenblickswert des Druckes des in der Druckmitteltasche 105 befindlichen Druckmittels ist, so kann das Lager
nach Figur 5 der Zeichnungen eine maximale positive Lagerbelastung von A .(0,8 P0 - (P0 - 0.8 Pe))= 0,6 Po . A auf-
So ο S
nehmen und die größte zulässige negative Lagerbelastung Wird
gemäß Figur 6 der Zeichnungen gleich dem A'ert A .(0,1 P (P
- 0,1 P ))= 0,8 P . Die zulässigen Belastungsgrenzendes Lagers werden also verdoppelt.
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- 24- -
Die in den Figuren 3 und 4 der Zeichnungen dargestellten
Lagerungen nach der Erfindung können selbstverständlich so :
miteinander kombiniert werden, daß sich eine Lagerung ergibt, die sowohl hohen positiven Lagerbelastungen als auch hohen
negativen Lagerbelastungen standhält und deren Führungssteifigkeit
durch ein oder mehrere zusätzliche Führungslager geringer Abmessung und großer Ausführungsgenauigkeit sichergestellt
wird, während das die Hauptlast aufnehmende Lager entsprechend grob gearbeitet und kräftig ausgeführt sein kann. Die in den
Figuren 1 bis 4 der Zeichnungen dargestellten und oben im einzelnen erläuterten beweglichen Wandungen nach der Erfindung
können selbstverständlich auch unabhängig von den i dargelegten Druekmittellagerungen nach der Erfindung nützliche
Anwendung finden, ebenso wie die beschriebenen Eegelventile,
in welchen derartige bewegliche Wandungen verwendet werden, auch in Verbindung mit anderen technischen Anwendungen
von Nutzen sein können.
2 0 9 815/1191
- 25 - ·
Claims (8)
1. Druckmittellagerung, bei welcher das von einer
Druckmittelquelle bezogene Druckmittel der Lagersteile über
eine Druckmittelleitung zugeführt wird, in welcher sich eine
Drosselstelle befindet, deren Durchtrittsquerschnitt mittels eines Reglers veränderbar ist, dessen Reglerkammer von einer
beweglichen Wandung durchsetzt ist, deren Ränder druckmitteldicht an die Reglerkammerwandungen anschließen und deren iVandungsflächen
der Einwirkung von Drücken ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß. die Lagerstelle diejenige eines druckmittelgeschmierten
Lagers ist, dessen Schmierdruckmittel die eine Fläche der beweglichen Wandung (7) mit dem an der Lagerstelle
(4-) herrschenden Druck derart beaufschlagt, daß die
bewegliche Wandung sich unter der Wirkung der auf sie wirkenden
Drücke in eine Lage einstellt, in welcher der Durchtrittsquerschnitt
der genannten Drosselstelie (13) dem an ihr
herrschenden Druckabfall entspricht,
2. Druckmittellagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die bewegliche Wandung (7) bei steigendem Druck" mitteldruck
das Bestreben hat, die Durchtrittsöffnung (12)
der Drosselstelle (1-5) zu schließen.
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U25077 ti
3· Druckmittellagerung nach Anspruch 2 mit zwei, Jeweils
mit Druckmitteltaschen versehenen Lagerstellen, deren eine mit einer kleineren Druckmitteltasche versehen und mit
besserer Oberflächengüte ausgeführt ist als die andere, uadurGh gekennzeichnet, daß die andere Wandungsfläche der
beweglichen Wandung 78 der Reglerkammer (75) der anderen
Lagerstelle (61) mit dem in der Druckmitteltasche (70) der einen Lagerstelle (69) herrschenden Druckmitteldruck derart
beaufschlagt ist, daß sich diese bewegliche Wandung im Sinne eines Ausgleichs der an beiden Lagerstellen (61, 69) herrschenden
Druckmitteldrücke einstellt (Figur 3)·
4. Druckmittellagerung nach Anspruch 1, bei welcher das
Druckmittel über eine zylindrische Bohrung an die genannte Drosselstelle herangeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
diese Drosselstelle (13) die Form eines Spaltes zwischen einer
Mündung (12) dieser zylindrischen Bohrung (9) und der einen rtandungsflache der beweglichen Wandung (7) hat.
5. Druckmittellagerung nach Anspruch 1, bei welcher das Druckmittel über eine zylindrische Bohrung an die genannte
Drosselstelle herangeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese zylindrische Bohrung (25) die bewegliche Wandung (29)
durchsetzt und daß ihre Wandung an der beweglichen Wandung befestigt ist, so daß sie deren Bewegungen mit Bezug auf eine
feste, der Bohrungsmündung gegenüberliegenden Wandungsfläche (39) mitaiccht und der Spalt (40) zwischen dieser und der Bohrungs-
2 0 9 8 1 B / 1 1 9 1
■■'■■■■:': '.' ...υ ■■■; :'■ :
mündung die Drosselstelle veränderlichen Querschnitts bildet ·.
(Figur 2). · .
6. Druckmittellagerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine weitere, gleichartige und mit der genannten beweglichen
Wandung (118) im Sinne gleichgerichteter Bewegungen gekuppelte (120) bewegliche Wandung (119)» deren eine Wandungsfläche
derart mit dem an der Druckmittelquelle (ö) herrschenden
Druckmitteldruck beaufschlagt ist, daß der an der Druckmittel—
quelle herrschende "Druck und der an der Lagerstelle (116, 117)
herrschende Druck mit Bezug auf die beiden beweglichen Wandungen einander entgegenwirken, während die andere. Wandungsfläche der
ersten beweglichen Wandung· vom Druck der umgebenden Atmosphäre
beaufschlagt ist und die andere liVandungsflache der zweiten
beweglichen Wandung derart an, ein Druckmittelvolumen angrenzt, daß der in diesem durch die Bewegungen dieser beweglichen
wandung erzeugte Druck dem Differenzdruck zwischen dem .an
der Druckmittelquelle herrschenden Druck und dem an der Lagerstelle
herrschenden Druck entspricht (Figur 4·).
7» Druckmittellagerung nach Anspruch 6r bei welcher einer
der beiden Lagerungsteile die Form eines Körpers mit zwei
planparallelen Flächen hat,der mit oplel in einen, den anderen
Lagerungsteil bildenden Hohlraum derart hineinregt, daß zwei
Innenflächen dieses Kohlraumes den beiden pl^nparalleJßnFlächen
des genannten Körpers jeweils gegenüberliegen und d?s Spare»!"
BAD ORIGINAL
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zwischen einer dieser Innenflächen und der betreffenden
fläche des planparallelen Körpers dem Lagerspiel entspricht,
dadurch gekennzeichnet, daß der das Spiel auf der anderen Seite des planparallelen Körpers (101) darstellende Zwischenraum
mit dem Druckmittelvolumen (113) verbunden ist, das die andere 'fandungsflache der zweiten beweglichen Wandung (119)
beaufschlagt (Figur 4-).
8. Druckmittellagerung nach Anspruch 7>
dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle veränderlichen Durchtrittsquerschnitts
teilweise durch die zweite bewegliche Wandung bestimmt ist (Figur 4-).
9* Druckmittellagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wandung bzw. die
beweglichen Wandungen der fieglerkammer bzw. der Seglerkammern
jeweils die Form einer Scheibe (78 bzw. 118 bzw. 119) haben, deren Rand durch einen Dichtungsring (77 bzw. 121) vorzugsweise
kreisförmigen Querschnitt aus nachgiebigem Werkstoff derart druckmitteldicht gegenüber den angrenzenden Wandungen der
Reglerkammer abgedichtet ist, daß bei Bewegungen der beweglichen Wandung mit Bezug auf die umgebenden Wandungen der
Reglerkammer der Dichtungsringquerschnitt verformt wird, ohne daß der Dichtungsring rollt oder sein Querschnitt kippt
(Figuren j5 und 4).
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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