DE2049709A1 - Verfahren zum Zentrieren einer Welle in einem Lager und hydrostatisches Lager mit großer Starrheit nach diesem Verfahren - Google Patents

Description

AGENOE NATIONALE DE VALOBISATION

DE LA EECHEECHE, Tour Aurore,

Paris-Defense, Oourbevoie, Hauts-de-Seine/Frankreich

Patentanmeldung

Verfahren zum Zentrieren einer Welle in einem Lager und hydrostatisches Laser mit grosser Starrheit nach

diesem Verfahren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lager, in denen die Welle von einem flüssigen oder gasförmigen strömenden Druckmedium umgeben und abgestützt ist. Sie bezieht sich insbesondere auf solche hydrostatischen Lager, in denen eine selbsttätige Zentrierung der Welle gewährleistet ist.

Derartige Lager sind bereits laufend angewendet und in den französischen Patentschriften 994· 356 und 998 513 besonders beschrieben.

Diese bekannten Lager haben den Nachteil eines Auftriebs und einer begrenzten Starrheit. Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen:

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In den bekannten selbstzentrierenden Lagern, wie sie z. B. in der französischen Patentschrift 1 040 241 beschrieben sind, wird die Lage der Welle durch in Hilfskammern gebildete hydraulische Quellen bestimmt, deren Druck die Verteilungsorgane beeinflusst, die die Zufuhr in die Hauptkammern kontrollieren.

Andere Lösungsvorschläge sind in der französischen Patentanmeldung No. PV 169 744, angemeldet am 14·. 10.1968, als j "hydrostatisches Kipp- oder Bogenlager" beschrieben. Jedoch j sind derartige Lager kompliziert und teuer und nehmen einen gros-jsen Raum ein. Aus diesen Gründen sind sie praktisch nur in ; Lagern grosser Abmessungen anwendbar und können nur eine kleine ! Anzahl von Kammern besitzen. j

Die Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren und ein Lager zu i schaffen, die die bei den bekannten Lagern aufgezeigten Nachteile nicht aufweisen.

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum selbsttätigen Zentrieren einer Welle in einem hydrostatischen Lager mit wenigstens drei radial einander gegenüberliegenden Kammern, die mit Druckmedium gespeist werden, um die radialen Kräfte der Welle auszugleichen. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man alle Kammern direkt von einer äusseren Druckmittelquelle speist, dass man dieses Druckmittel auf die Kammern mit Hilfe eines innerhalb des Lagers angeordneten Verteilers verteilt und dass man das Ausströmen dieses Druckmittels, welches eine dieser sich verkleinernden Kammern versorgt, verhindert, wenn der Druck in dieser Kammer ansteigt.

Gemäss einer weiteren vorteilhaften Verfahrensform variiert man die Ausströmmenge des Druckmittels selektiv für jede Kammer in unmittelbarer Abhängigkeit von den Druckänderungen in diesen Kammern, die von den radialen Kräften der Welle herrühren.

Die Erfindung beinhaltet auch ein hydrostatisches Lager mit

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grosser Starrheit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens einen in einer ringförmigen Kammer angeordneten schwimmenden Ring aufweist, der die im Lager geführte Welle umgibt, dass diese Kammer mindestens eine Druckmittelzuführung und Verteilerkammer aufweist, durch die das Druckmittel Jeweils in die radial einander gegenüberliegenden Kammern des Lagers abfliessen kann, dass dieser Ring entsprechend seiner Verlagerung den Durchtritt des Druckmittels durch die Verteilerkammern steuert, dass eine der Flächen dieses in ümfangsrichtung festgeklemmten Ringes wenigestens eine bewegliche Wand mit mehreren Vertiefungen, die mit den Verteilerkammern in Verbindung stehen, bildet, wobei Jede mit wenigstens einer der radial gegenüberliegenden Kammern dieses Lagers und jede dieser miteinander verbundenen Vertiefungen durch einen kali~ brierten Durchgang mit dem Druckmitteleingang verbunden ist.

Nach einer einfachen Ausführungsform durchdringen die vorerwähnten kalibrierten Durchgänge den schwimmenden Ring selbst. Jedoch hat diese Anordnung den Nachteil, dass sie am Ring anliegend Dichtungsringe benötigt, um Leckströme zu vermeiden. Diese Dichtungsringe verursachen eine für eine einwandfreie Funktion der Anordnung schädliche Reibung. Aus diesem Grunde v/erden nach einer anderen Ausführungsform die genannten kalibrierten Durchgänge zwischen dem Eintritt des Druckmittels und J der ringförmigen Kammer, die den schwimmenden Ring einschlie-ssti, angeordnet. j

Andererseits ist der schwimmende Ring in bestimmten Ausführungsformen so montiert, dass er Verlagerungen in radialen Richtungen ausführen kann, wobei aber zwischen diesem Ring und j seinem Sitz ein Arbeitspiel vorgesehen werden muss, das in den radial gegenüberliegenden Kammern des Lagers Druckschwankungen um den bei einwandfreier Funktion der Anordnung günstigsten Wert erlaubt. Dieser Wert wird im allgemeinen dann als ideal betrachtet, wenn er sich in der Nähe des halben Zuführungsdrucks bewegt. Die Regelung dieses Spiels stellt eine nicht

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zu vernachlässigende Konstruktionserschwernis darj ausserdem verliert dieses Spiel seinen idealen Wert, wenn das Lager zum Abstützen einer Welle dient, deren Lagerspiel eine Veränderung erfahren hat.

Um diesen Nachteil ζ u vermeiden, werden nach anderen Ausführungsformen die Eintrittsflächen aller Verteilerkammern in derselben Ebene rechtwinklig zur Achse des Lagers angeordnet gegenüber einer einzigen Stirnfläche des schwimmenden Ringes, die an der genannten Ebene elastisch anliegt und derart! angeordnet ist, dass sie sehr kleine Kippbewegungen aushält, in; deren Verlauf seine Achse eine sehr kleine Winkelstellung zur ' Lagerachse einnimmt, um die vorerwähnte Kontrolle des Druckmitteldurchgangs durch die Verteilerkammern zu gewährleisten. _;

Dank dieser speziellen Anordnung braucht man sich nicht mehr um die Bestimmung und Aufrechterhaltung eines genauen Arbeitsspiels zu kümmern.

Die Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Be- ; Schreibung und der beigefügten Zeichnungen, die nicht beschränkende Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt eines bekannten einfachen Layers, in dem jede Kammer über eine Zuführungsdüse versorgt wird,

Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt eines anderen bekannten verbesserten Lagers, in dem jede Kammer durch eine unabhängige volumetrische Pumpe versorgt wird,

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt eines Lagers nach der Erfindung, und

Fig. 4- zeigt einen Schnitt gemäss der gestrichelten Linie a - a in Fig. 3,

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt eines Lagers nach der Erfindung, welches durch eine Anzahl Verbesserungen vervollständigt ist, insbesondere durch die axialen Anschläge,

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Pig. 6 bis 12 zeigen verschiedene Ausführungsformen des Lagers nach der Erfindung, insbesondere im Hinblick auf die Anordnung des schwimmenden Ringes und auf die Verteilerkammern, mit denen der Ring zusammenwirkt,

Pig. 13 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie XIII - XIII in Pig. 14 eines hydrostatischen Lagers mit schwimmendem Ring für radiale Verlagerungen ohne Dichtungsringe,

Pig. 14 zeigt einen Schnitt gemäss der gestrichelten Linie XIV-XIV in Pig. 13 (der schwimmende Ring ist ungeschnitten dargestellt),

Pig. 15 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie XV - XV in Pig. 16 eines Lagers, das dem in den Pig. 13 und 14 analog ist, jedoch für einen leichteren Zugang und leichtere Regelung des schwimmenden Ringes entwickelt ist,

Pig. 16 zeigt einen Schnitt gemäss der gestrichelten Linie XVI - XVI in Pig. 15 (der schwimmende Ring ist ungeschnitten dargestellt),

Pig. 17 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie XVII - XVII in Pig. 18 eines hydrostatischen Lagers mit schwimmendem Ring für Kipp-Verlagerung,

Pig. 18 zeigt einen Schnitt gemäss der gestrichelten Linie

XVIII - XVIII in Pig. 17 und
Pig. 19 zeigt einen Halbschnitt gemäss der Linie XIX - XIX in

Pig. 18. j

Das in Pig. 1 dargestellte bekannte hydrostatische Lager ent- , hält eine Anzahl Kammern 1, die durch Austrittskanäle 2 von- ' einander getrennt sind und über Zuführungsdüsen 3 von einer Druckmittelquelle 4 versorgt werden.

Ein solches Lager weist den folgenden Nachteil auf: wenn die i Welle A im Lager absinkt, z. B. auf Grund der Wirkung der ' Schwerkraft, steigt der Druck in der unteren Kammer an, weil j sich der Spalt zwischen Welle und Lager verkleinert. Daher verringert sich die Durchsatzmenge dieser Kammer, weil ja auch ihre Zusatzdüse mit einem geringeren Druckverlust arbeitet.!

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Damit ein solches Lager besser funktioniert, ist es erforderlich, dass die Durchsatzmenge dieser Kammer erhöht wird, um ein konstantes Spiel aufrechtzuerhalten, weil Ja der Druck in dieser Kammer angestiegen ist.

Das hydrostatische Lager nach Fig. 1 wirkt genau umgekehrt, und deshalb sind sein Auftrieb und seine Starrheit begrenzt. Man hat also vorgeschlagen, jede Kammer 1 durch eine eigene volumetrische Pumpe 5 zu versorgen^ wie in Pig. 2 dargestellt ist, oder durch eine einzige Pumpe, deren Fördermenge durch eine Verteilereinrichtung aufgeteilt wird, um die gleiche Menge in die verschiedenen Kammern zu fördern.

Das Lager nach der Erfindung, dargestellt in den Fig. 3 und 4-, weist Druckkammern 1 und Austrittskanäle 2 auf; es ist aus drei wesentlichen Elementen aufgebaut: eine zentrale Hülse 6, die an ihrem linken Ende durch einen Ring 7 mit Flansch und an ihrem rechten Ende durch einen Ring 8 ohne Flansch abgeschlossen ist.

Die Teile 6, 7) 8 bilden nach der Montage ein einheitliches Bauteil, was z. B. durch Pressen, Schweissen, Verkeilen etc. erzielt werden kann. Dieses Bauteil befindet sich in einem Gehäuse 27-

Der schwimmende Ring 9 ist charakteristisch für die vorliegende Erfindung j er ist mit radialem Spiel auf der Buchse 6 und mit seitlichem Spiel zwischen den Ringen 7 und 8 angeordnet.

In der Bohrung des schwimmenden Ringes 9 befinden sich Ausnehmungen 10, die kleiner sind als der Ring. Im Ring 9 sind soviel Ausnehmungen 10 enthalten wie Kammern 1 in der Buchse 6, und die Kammern 1 und Ausnehmungen 10 werden in radialer Richtung in Deckung gehalten durch einen Keil mit Spiel oder durch eine Kugel, die gleichzeitig in eine Aushöhlung des

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Hinges 9 und einen Sitz in der Buchse 6 eingelassen ist, wie es |

bei 35 in den JFig. 3 und 4- dargestellt ist. Jede Ausnehmung 10 j

wird von einer nicht dargestellten Druckmittelquelle über eine ;

Zuführungsdüse 11, die in eine Ringnut 12 des Ringes 9 ausmün- \

det, und einen Kanal 13 versorgt. I

Im Ring 7 befinden sich Vertei 1 erkarmneria 14- und im Ring 8 j

Verteilerkammern 15· Diese sind wie die Ausnehmungen 10 i

in Umfangsrichtung mit den Kammern 1 orientiert und stehen _; mit diesen durch die Kanäle 16 in Verbindung.

Die Gleichgewichtsbedingungen des Ringes 9 in axialer Richtung : sind derart, dass er ständig im Gleichgewicht ist, weil jeder '■ Verteilerkammer 14- eine gleich grosse Verteilerkammer 15 j gegenüberliegt, die unter demselben Druck steht j während der ι schwimmende Ring 9 in radialer Richtung an seiner äusseren ; Oberfläche mit dem das Lager versorgenden Druckmittel beauf- : schlagt ist und er somit im Gleichgewicht ist. Hingegen ist ^! der Ring 9 sxi seiner inneren Oberfläche mit den Drücken beaufschlagt, die in den verschiedenen Ausnehmungen 10 herrschen, i

Diese letzteren Drücke sind ständig untereinander gleich. Wenn _: also die in das Lager reichende Welle beim Anlauf keiner
äusseren Kraft ausgesetzt ist und wenn alle Bauteile des Lagers
und die Welle genau konzentrisch sind, nimmt das Druckmittel
den folgenden Weg: Kanal 13? Ringnut 12, Zuführungsdüsen 11,
Ausnehmungen 10, Verteilerkammern 14- und 15} Kanäle 16, Kammern 1, Abführungs-Längsnuten 2 und Ringnuten 17 und 18 der
Ringe 7 uncL 8 und Abführungskanäle 29· Aus Gründen der Symmetrie sind die Durchsatzmengen und die Drücke in allen Kammern
1 gleich.

Wenn jetzt die Welle bestrebt ist, sich vertikal zu heben, wird
sich die Durchcatzmenge der oberen Kammer 1 verkleinern, weil
sich ihre Evakuierung verringert. Aus diesem Grunde verringert
sich due Belastung der Einströmdüse 11 in dem Masse wie der

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Druck in der oberen Ausnehmung ΊΟ ansteigt. Der Ring 9 ist bestrebt, sich anzuheben, umso mehr als der Druck in den unteren Ausnehmungen 10 gleichzeitig und durch den entgegengesetzten Effekt abnimmt.

Der Hing 9 nimmt somit eine neue Gleichgewichtslage ein, exzentrisch nach oben in dem erforderlichen Masse, um das Druck-gleichgewicht zwischen den verschiedenen Ausnehmungen 10 wieder herzustellen.

Der Ring 9 kann sich nicht zu hoch exzentrisch einstellen, weil j die Drücke in den unteren Ausnehmungen 10 dann stärker anstei- i gen würden als diejenigen in den oberen Ausnehmungen und sich ! eine resultierende Druckwirkung ergeben würde, die den Hing 9 ! nach unten zurückstellt. ■

In derselben Weise würde eine Verlagerung der Welle nach unten eine Exzentrizität des schwimmenden Ringes 9 nach unten hervorrufen.

Schliesslich nimmt der Ring 9 in jedem Augenblick eine Exzentrizität ein, deren Grosse und Richtung der Grosse und Richtung der radialen Belastung des Lagers durch die Welle entspricht, und dieser Ring 9 bleibt konstant im Gleichgewicht, da die Ausnehmungen 10 denselben Druck haben.

Also ist es unnötig, Dichtungen zwischen den Ausnehmungen 10 vorzusehen.

Da die Grosse der inneren Zungen des Ringes 9 klein ist, d. da die Ausnehmungen 10 fast den gesamten Umfang dieses Ringes ausmachen, entspricht die Funktionsweise genau der soeben beschriebenen; der Druck in allen Ausnehmungen'ist derselbe, alle Zuführungsdüsen 11 arbeiten unter derselben Belastung und infolgedessen erhalten alle Kammern 1 dieselbe Durchsatz-" menge, wie gross auch ihre Drücke sein mögen.

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Damit ist das erste Ziel der Erfindung erreicht. Man kann aber die Grosse der inneren Zungen des Ringes 9 "beliebig vergrössern, indem man die Ausnehmungen 10 relativ zum Ring verkleinert.

Der Druck, der unter diesen Lippen herrscht, kann als Mitteldruck zwischen denjenigen in den Ausnehmungen 10 und in den Kammern 1 angesehen werden. Infolgedessen wird mit hinreichend grossen Lippen der schwimmende Ring 9 druckempfindlich im Hinblick auf den in den Kammern 1 herrschenden Druck.

Also wie vorstehend aufgezeigt, neigt die Welle dazu, sich senkrecht anzuheben, wird sich die Durchsatzmenge der oberen Kammer 1 verringern, da sich ihre Ausströmmenge verringert. Aus diesem Grunde verringert sich der Druckverlust in der oberen Zuführungsdüse 11 in dem Masse, wie der Druck in der oberen Ausnehmung 10 ansteigt. Der Ring 9 wird sich anheben, umso mehr als sich der Druck in den unteren Ausnehmungen 10 gleichzeitig und durch den umgekehrten Effekt verringert.

Man findet hier den vorstehend beschriebenen Effekt wieder. Aber diesem Effekt lagert sich ein anderer über. Im Falle des senkrechten Anhebens der Welle nimmt der Druck in der oberen Kammer 1 zu. Und wie der Ring 9 mit grösseren Lippen druckempfindlich im Hinblick auf den Druck der Kammern 1 geworden ist, ist er einer ansteigenden hydraulischen Druckwirkung ausgesetzt. Aus diesem Grunde bleibt er nur dann im Gleichgewicht, wenn sich der Druck in der unteren Ausnehmung 10 verringert. Aber die obere Zuführungsdüse 11 hat einen höheren Druckverlust und liefert mehr. Also erhalten die Kammern 1, deren Druck unter der Wirkung der von der Welle hervorgerufenen radialen Beanspruchung ansteigt, eine grössere Durchsatzmenge als die anderen; damit ist das zweite Ziel der Erfindung erreicht, durch das das Spiel zwischen Welle und Lager genau konstant gehalten wird, wie auch die Änderungen der radialen Beanspruchungen des Lagers durch die Welle sein

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können. Manchmal nennt man ein Lager, das diese Eigenschaften besitzt, "selbstzentrierendes Lager", und man sagt, dass seine Starrheit unendlich sei.

Fig. 5 zeigt ein hydrostatisches Lager, dessen Prinzip dem des in Fig. 3 und 4 gezeigten Lagers identisch ist. Die Elemente,die miteinander korrespondieren, tragen dieselbe Bezugszahl.

In dem Lager nach Fig. 5 münden die Ausströmnuten 2 nicb.t in die Ausströmringnuten 17 und- 18 aus, wie im Lager nach Fig. 3 und 4. Der jenseits der Nut 17 befindliche Endring 7 trägt ein Schraubengewinde 19 _? dessen Windungssinn so bemessen ist, dass die Leckflüssigkeit durch die Drehung der Welle in die liut 17 hineingedrückt wird.

Die Nut 18 des Endringes 8 bildet eine flache, kronenförmige Kammer, die die Leckflüssigkeit aus den Kammern 1 aufnimmt, dies bezüglich des linken Lagers.

Was das rechte Lager betrifft, hat die Kammer 20 in dem Hing 8' eine genau halb so grosse Oberfläche wie die der Kammer 18, und sie wird durch einen oder mehrere Kanäle 21 versorgt, die in der (nicht dargestellten) Ringnut beginnen, die entsprechend der Nut 12 zur Druckmittel-Versorgung des rechten Lagers di ent.

Der schwimmende Ring 9 ist mit zwei Dichtungsringen 22 versehen, die das unmittelbare Ausströmen von Flüssigkeit zwischen der Nut 12 und den Verteilerkammern 14 und 15 vermeiden, das als Bypass-Strom um die Einströmdüsen 11 die Funktionsfähigkeit der Anordnung stören würde.

Die Verteilerkammern 14 und 15 sind nicht in die Endringe 7 und 8 eingefräst, sondern in die Ringe 23 eingeschmiedet. Die Ringnut 17 mündet über Kanäle 25 in eine andere Ringnut 26 aus,

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die im Gehäuse 27 vorgesehen ist, in dem sich die Lager befinden. Die Ringnut 26 steht mit Abströmkanalen (nicht dargestellt^ im Gehäuse 27 in Verbindung. Ein Dichtungsring 20, der zwischen dem Flansch des Hinges 7 und dem Gehäuse 27 eingeklemmt ist, verhindert das Hindurchlecken.

Die Kanäle 29 stellen die Verbindung der Nuten 2 mit dem Innern des Gehäuses her, dessen Druckmittel durch eine Öffnung 30 in das Reservoir zurückfliesst.

Die Abdichtung auf beiden Seiten der Ringe 23 ist durch I Dichtungsringe 24 sichergestellt, die vorteilhaft mit den j Dichtungsringen 22 identisch sind. j

Ein Ring 33 dient als Abstandshalter zwischen den beiden Ringen \ 33. Seine Länge ist etwas grosser als die des schwimmenden Rin- i ges 9j damit dieser zwischen den Ringen 23 frei beweglich ; bleibt. \

Der linke Ring 23 wird durch einen Drehring 34 abgestützt, der den Verschluss der entsprechenden Verteilerkammern 14 sicherstellt. Schliesslich sorgt ein elastischer Ring 32, z. B. in gewellter Form, für die Anpressung der Teile 34 - 23 - 33 - 23 an die Schulter der Buchse 6.

Die Punktion des Lagers nach Fig. 5 ist im Hinblick auf die radialen Belastungen der Welle in allen Punkten gleich der des Lagers nach den Fig. 3 und 4.

Im Hinblick auf den Ausgleich der axialen Belastungen wirken die Kammern 18 und 20 wie folgt: die Kammer 20 wird unmittelbar mit dem Druck des dem Lager zugeführten Druckmittels beaufschlagt, wodurch sich eine konstante Schubkraft nach links ergibt; aber diese Wirkung wird durch den Druck ausgeglichen, der in der Kammer 18 herrscht. Der Bund 31 bleibt bis auf ein gewisses Spiel automatisch am entsprechenden Ring 8. Wenn

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tatsächlich der Bund 8 in direkter Berührung mit dem Ring 8 sein würde, würde der Bund 51 durch den Druck in der Kammer vom Ring 8 weggedrückt werden. Umgekehrt würde der Druck in der Kammer 18 gegen Null gehen, wenn sich der Bund 31 zu weit vom Ring 8 entfernen würde j die auf die Kammer 20 wirkende Schubkraft würde überwiegen und den Bund 31 in die Nähe des Ringes 8 bringen.

In vorstehendem Beispiel wurde die Kammer 20 durch einen Kanal 21 versorgt j aber in einer vereinfachten Ausführungsform könnte man den Kanal 21 weglassen; die Kammer 20 würde dann über die Undichtigkeiten der Kammer 1' des entsprechenden Lagers versorgt.

In allem Vorangegangenen müssen der Ring 9 und die beiden Ringe 23 in Übereinstimmung mit den Kammern 1 gehalten sein über nicht dargestellte Mittel von der Art eines Keiles.

Das Spiel zwischen dem schwimmenden Ring und seinem Sitz ist proportional von derselben Grössenordnung wie das Spiel zwischen der Welle und den vorstehenden Wandteilen der Druckkammern. In der Praxis betragen diese Spiele etwa 1/10 mm; aus Gründen der Vereinfachung sind sie in den Zeichnungen nicht dargestellt.

Die Erfindung ist für zahlreiche Varianten geeignet. So sind zum Beispiel, wie in Fig. 6 dargestellt, die Ausnehmungen 1OA nicht im Ring 9 vorgesehen, sondern in der äuseren Umfangsfläche der Buchse 6. Ebenso können die Verteilerkammern 14B und 15B in derselben Umfangsflache eingearbeitet sein; oder auch können die Ausnehmungen 10 (Fig. 7) im Ring 9 bleiben und die Verteilerkammern 14-B und 15B in der äusseren Umfangsfläclie der Buchse 6 angeordnet sein.

Einige vorteilhafte Wirkungen werden auch erzielt, wenn die Lippen des Ringes 9 eine genügende Grosse haben, dtunit dieser

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Ring auf den in den verschiedenen Kammern 1 herrschenden Druck ' anspricht. Man kann diese Ansprechempfindlichkeit noch erhöhen, indem man im Ring 9 sowohl die Ausnehmungen 10 als auch die Verteilerkammern 14A und 15A vorsieht, wie es in Fig. 8 dargestellt ist.

Eine andere Variante ist in den Fig. 9 und. 10 dargestellt. Hier ist der schwimmende Eing 9B zu einer Buchse verlängert. Die Ausnehmungen 1OA sind ebenso wie die Verteilerkammern 14B auf der äusseren Oberfläche der Buchse 6 angeordnet. Auch in dieser Konstruktion existiert eine Verschiebung in Umfangsrichtung zwischen den Ausnehmungen 1OA auf dem Ring und den Kammern 1 des Lagers.

TJm der Buchse 90 eine grössere Stabilität zu geben, kann man die Ausnehmungen 1OA und ihre Zuführungsdüsen 11 in Längsrichtung gleichmässig aufteilen, wie es in Fig. 11 gezeigt ist.

Man kann das System auch demontierbar machen, indem man die Buchse 6 mit wenigstens dem einen der beiden Ringe 7 oder 8 verschraubt.

Man kann auch der Bohrung des Ringes 9 und der entsprechenden ; Oberfläche des Lagers eine leicht konische Form geben, um das entsprechende Spiel und die axiale Lage des Ringes 9 leicht einstellen zu können.

Die Fig. 12 zeigt eine andere Variante, bei der die Verteiler-■ krjumerri 140 und 150, die die Versorgung der Kammern 1 des Lagerr sicherstellen, an den Enden des Mittelteils 33 abgeschrägte Kanten aufweisen. ■·

Im Innern des Gehäuses 27 des hydrostatischen Lagers nach den Fig. 13 und 14 sind fünf sichelförmige Ausnehmungen 50-1 bis 50-5 eingearbeitet, die alle mit der Versorgungsnut 12 und mit fünf winkelgleichen Kanälen 51-1 bis 51-5 in Verbindung stehen.

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Der schwimmende Ring 9 weist zwei Serien mit fünf Kammern 10-1 bis 10-5 und 10'-1 bis 10'-5 auf, von denen jede Kammer, wie z. B. 10-1, mit jeder ihr zugeordneten Kammer, wie z. B. 10'-1, durch einen Kanal, wie z. B. 52-1, der für den Druckausgleich zwischen diesen beiden Kammern sorgt, verbunden ist. Die zentrale Buchse 6 des Lagers weist Verteilerkammern 14-1 bis 14-5 auf, die mittels Senkfräser eingearbeitet sind und direkt in die Druckkammer 1 des Lagers ausmünden. Der linke Ring 7 (in Fig. 1) des Lagers weist öffnungen in Form von Augen 53-1 bis 53~5 auf (Fig. 14), die eine Festlegung des Lagers im Gehäuse 27 in der gewünschten Winkellage erlauben. Eine derartige Festlegung wird durch Schrauben 54 gewährleistet, die eine gelochte Platte 60 festklemmen. Der Ring 7 und die Platte 60 werden in ihrem unteren Bereich von einem Kanal 55 durchsetzt, der für die Rückgewinnung des Leckmediums dient.

Die Welle A trägt einen Spritzring 56, der sich mit ihr dreht und als torischer Dichtungsring fest in einer in der Welle eingearbeiteten Nut sitzt.Eine Dichtungskappe 57 dient zum Rückgewinnen des Leckmediums. Schliesslich gewährleisten drei Dichtungsringe 58» zum Beispiel torische Ringe, die notwendige statische Abdichtung.

Die Funktion des Lagers nach Fig. 13 und 14 ist folgende: das zugeführte Druckmittel erreicht die Ringnut 12 durch den Kanal 13, strömt durch die fünf Sicheln 50-1 bis 50-5, die fünf winkelgleichen Kanäle 51-1 bis 51-5 und erreicht die Kammern 10-1 bis 10-5 und auch 10'-1 bis 10'-5 dank der Ausgleichskanäle 52-1 bis 52-5· Jedes Kammerpaar, wie z. B. 10-1, 10'-1, versorgt eine Verteilerkammer, wie z. B. 14-1, die in die entsprechende Kammer 1 ausmündet.

Indem man die Winkellage des Lagers in Bezug auf das Gehäuse dank der Augen 53-1 bis 53-5 richtig einstellt, regelt man gleichzeitig die fünf Drosselstellen ein, die zwischen den Sicheln, wie z. B. 50-1> und den Kanalmündungen, wie z. B.

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51-1» gebildet werden. Die Drosselstellen spielen dieselbe Rolle wie die Zuführungsdüsen 11 in den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 12.

Also ist der schwimmende Ring 9 nur im radialen Gleichgewicht, wenn der Druck in allen Kammern, wie z. B. 10-1 und 10'-1, genau gleich ist.

Die fünf Drosselsteilen am Eintritt der Kanäle, wie z. B. 51-1, arbeiten also alle genau mit dem gleichen Druckverlust und lassen somit dieselbe Menge in die fünf Druckkammern 1 des Lagers strömen.

Der schwimmende Ring 9 ist im axialen Gleichgewicht, da einmal seine Form in Bezug auf eine Mittelebene symmetrisch ist, und zum andern jede rechte Kammer, wie z. B. 10-1, durch einen Kanal 52-1 mit der entsprechenden linken Kammer 10^r-1 druckausgeglichen ist.

Wie in der Anordnung nach den Fig. 1 bis 12 sind Abdichtungen zwischen den verschiedenen Kammern, wie z. B. 10-1, und zwischen den verschiedenen Kammern, wie z. B. 10'-1, ungebräuchlich, da ja der dort herrschende Druck praktisch gleich ist.

Aber im abgeschlossenen ringförmigen Raum 59 zwischen dem Ring 9 und dem Gehäuse 27 herrscht ein Druck, der genau dem Mittel der in den verschiedenen Kammern, wie z. B. 10-1 und 10^l-1, herrschenden Drücken entspricht. Zwischen den Ringraum 59 einerseits und den Kammern, wie z. B. 10-1 und 10'-1, andererseits ist daher eine Abdichtung ungebräuchlich.

Schliesslich ist der Ring 9 frei von jeder Dichtung und von jeder Reibung.

In iiireiu Prinzip unterscheidet sich die Anordnung nach den Fig.

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15 und 16 kaum von der nach den Fig. 13 und 14. Sie hat einfach den Zweck, den Ausbau des schwimmenden Hinges 9A zu erleichtern. Das Lager ist durch Schrauben 54' befestigt, die einen fest mit der Zentralbuchse 6 verbundenen Plansch gegen das Gehäuse 27 spannen, ohne die Möglichkeit einer Drehbewegung. Eine Zwischenplatte 63 ist durch Schrauben 61 gegen diesen Flansch gespannt. Die Platte 63 weist Augen, wie z. B. 53-1» 53~2 usw., auf, die ihre Einregulierung in Umfangsrichtung erlauben, damit die Ausnehmungen 50-1 ^i s 50-5» die sie aufweist, die Zuführungskanäle, wie z. B. 51-1? mehr oder weniger überdecken können.

Ein Deckel 64- ist mit Schrauben 62 mit seinem Band gegen die Platte 63 gespannt und lässt einen Kingraum 59 frei, in dem sich der schwimmende Ring 9-A. befindet. Auf Grund dieser besonderen Anordnung kann man an den Hing 9A gelangen, wobei das Lager am Gehäuse 27 befestigt bleibt und eine Veränderung der Einregulierung der Zuführungskanäle 51-1 bis51-5 vermieden wird.

Die Fig. 17, 18 und 19 zeigen ein Lager mit einem schwimmenden Ring, der so angebracht ist, dass man sehr kleine Kippbewegungen um einen gedachten, genau auf der Achse des Lagers gelegenen Punkt erhält. Die axiale Lage dieses Punktes stellt sich automatisch ein, um ideale Laufbedingungen sicherzustellen, d. h., dass seine Achse einen Winkel beschreibt, der in seiner Grosse und Ausrichtung in Bezug auf die Achse des Lagers variabel ist. Der mit der Buchse 6 starr verbundene Flansch (Fig. 17) weist Augen auf, die wie in der Anordnung nach Fig. 13 die Einregulierung des Lagers in dem Gehäuse 27 erlauben, um beliebig die Versorgung der Kanäle, wie z. B. 51-1» kontrollieren zu können. Auf diesem Flansch ist mittels Schrauben 61 eine Zwischenplatte 63 befestigt. In diese Platte sind Verteilerkammern 14-1 bis 14-5 in einer Anzahl eingearbeitet, die der der Kammern 1 entspricht. Mit diesen sind die Verteilerkammern durch Kanäle 16-1 bis 16-5 verbunden. Der schwimmende Ring 9B ist flach neben der Platte 63 angeordnet. Ei¹ weist

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fünf geschlossene Kammern 10-1 bis 10-5 (Fig. 18) auf, um auf den in den Kanälen, wie ζ. Β. 51-I> herrschenden Druck anzusprechen, und stellt in Bezug auf die Verteilerkammern 14-1 "bis 14-5 einen Verschluss dar. Eine sternförmige Feder 65 drückt den schwimmenden Hing 9B gegen die Platte 6J. Ein zusätzlicher ; Kanal 66 (Fig. 19), dessen Durchgang mittels eines Nadelven- ! tils 67 gesteuert wird, erlaubt die Versorgung des ringförmigen Raumes 59 zwischen dem Ring 9B und dem Deckel 64. Eine Schraube befestigt den Deckel 64.

Der Ring 9B ist mit fünf Zuführungsdüsen 69-1 bis 69-5 ver- i sehen, die in die Verteilerkammern 14-1 bis 14-5 ausmünden. ; So ist der Druck im Raum 59 nicht nur eine Funktion des Zu- .

führungsdruckes des Lagers, sondern auch des in den Kammern 1 ; herrschenden Druckes.

Die Funktion des Lagers nach Fig. 17 bis 19 ist folgende: | Das Nadelventil 67 steuert einen Bezugsdruck, der im Raum 59 genau konstant ist; dieser Druck liegt zwischen dem Zuführungs- { druck und dem Druck in den Kammern 1. Der Ring 9B stellt sich ]

automatisch in die geforderte Lage, um im Gleichgewicht zwischen! dem Bezugsdruck im Ringraum 59 und dem Druck in den Kammern 10-1 bis 10-5 zu sein. I

Wenn sich also der Ring 9B zu weit links befindet (in Fig. 17) > sind die Verteilerkammern, wie z. B. 14-1, weitgehend freigelegt, derart, dass der Druck in den Kammern, wie z. B. 10-1, genau dem in den Kammern 1 entspricht, folglich unterhalb des Bezugsdruckes im Ringraum 59 liegt. Der Ring 9B wird dann hydraulisch nach rechts gedruckt.

Umgekehrt, wenn sich der Ring 9B zu weit rechts befindet, z. B. an der Platte 6J anliegt, sind die Verteilerkammern, wie z. B. 14-1, vollständig verschlossen, so dass der Druck in den Kammern, wie z. B. 10-1, praktisch dem Zuführungsdruck entspricht, folglich über dem Bezugsdruck im Ringraum 59 liegt. Der Ring

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9B wird dann hydraulisch, nach links gedrückt.

Die mathematische Erfassung der Strömung zeigt, dass mittels des Nadelventils 67 der Mittelwert der Drücke in den Kammern auf einen Wert eingeregelt werden kann, der ein Bruchteil des Druckes bleibt, der in den Kanälen, wie z. B. 51-1» herrscht, und infolgedessen ein Bruchteil des Zuführungsdruckes bleibt.

Das Lager arbeitet also mit Drücken in den Kammern 1, die um einen gleichbleibenden Mittelwert pendeln, z. B. der Hälfte des Zuführungsdruckesj dies ist der günstigste Wert, um die bestmögliche Starrheit bei derartigen Lagern zu erhalten.

Manwird feststellen, dass diese idalen Bedingungen beibehalten werden, auch wenn das Spiel zwischen dem Lager und der Welle A zufällig variiert, sei es auf Grund von Wärmedehnungen oder weil man die Welle durch eine andere mit wenig verschiedenen Durchmesser ersetzt hat oder sei es aus irgendwelchen anderen Gründen.

Es soll jetzt dargelegt werden, wie die Anordnung nach ffig. 17 bis 19 auf eine radiale Wellenverlagerung reagiert.

Angenommen, die Welle tendiert nach oben. Die Abströmung aus der oberen Kammer 1 wird sich verringern, so dass sich ihre Durchsatzmenge gleichermassen verringert. Der Druckverlust am Eintritt des oberen Kanals 51-1 verringert sich ebenfalls, der Druck in der oberen Kammer 10-1 wird somit ansteigen. Gleichzeitig und auf Grund der umgekehrten Wirkung wird sich der Druck in denunteren Kammern 10-3 und 10-4 verringern. Der Ring 9B führt folglich eine entgegengesetzte Kippbewegung (siehe Fig. 17) aus, die die Wirkung hat, die Versorgung der oberen Kammern 1 auszuweiten, denen sich die Welle annähert, und die Versorgung der unteren Kammern 2 einzuengen, von denen sich die Welle entfernt.

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Schliesslich nimmt der Ring 9B automatisch die Kippstellung ein, damit der Druck in allen Kammern, wie z. B. 10-1, infolgedessen genau gleich ist; die fünf Drosselstellen am Eintritt der Kanäle, wie z. B. 51-1, haben denselben Druckverlust und geben die gleichen Durchsatzmengen in die fünf Kammern 1.

Man wird bemerken, dass man den Ring 9B druckempfindlicher gegenüber dem in den Kammern 1 herrschenden Druck gestalten kann, vrenn man die Grosse der Verteilerkammern, wie z. B. 14— 1, angemessen erhöht. Infolgedessen liefert die Anordnung auch keine konstante Durchsatzmenge in alle Kammern, sondern eine grössere in die mehr belasteten Kammern und eine kleinere Durchsatzmange in die weniger belasteten Kammern$ dies verbessert die Starrheit des Lagers ebenfalls.

In den Fig. 1 bis 12 wurden Anordnungen mit schwimmendem Ring für radiale Bewegungen beschrieben, dessen wirksame Oberfläche ein zur Lagerachse koaxialer Zylinder ist.

In den Fig. 17 bis 19 ist eine Anordung mit schwimmendem. Ring für Kippbewegungen beschrieben, dessen wirksame Oberfläche eine zur Lagerachse rechtwinklige Ebene ist.

Es ist ersichtlich, dass die Erfindung auch alle anderen geometrisch verschiedenen Anordnungen umfasst, die aber dieselbe Wirkungsweise haben. Zum Beispiel wäre als Zwischenlösung zwischen Zylinder und gerader Fläche eine konische Fläche für den schwimmenden Ring denkbar (nicht dargestellt), der dieselben Vorteile wie die der Anordnung nach den Fig. 17-19 gev.'ärhleistet. Anders ausgedrückt, wenn der schwimmende Ring konisch wäre, würde er infolge seiner axialen Lage einen Hittelwert einstellen zwischen den Drücken in den Kammern 1 entsprechend einem Bruchteil des Zuführungsdruckes und entsprechend seiner radialen und Kipplage eine gleiche Aufteilung der Durchsatzmenge auf die Kammern 1.

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Man kann auch den Kontrolldruck im ringföemigen Kaum verschieden herstellen. Man kann auch z. B. die Zuführungsdüsen, wie z. B. 69-15 weglassen und eine Zuführungsdüse zwischen dem Ringraum 59 und einer oder mehrerer Auslassnuten 2 vorsehen. Man könnte also den Kontrolldruck auf einen gegebenen Wert einregeln; daraus ergeben sich Mittelwerte für den Druck in den Kammern, wie z. B. 10-1, für den Druckverlust am Eintritt der Kanäle, wie z. B. 51-1? für die Durchsatzmenge zur Versorgung der Kammern 1 und folglich für ihren Druck.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt; sie gilt auch für zahlreiche Varianten, ohne dabei ihren Rahmen zu verlassen.

Ansprüche:

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Claims (1)

1. - 21 Ansprüche

   Verfahren zum selbsttätigen Zentrieren einer Uelle in einem hydrostatischen Lager mit wenigstens drei radial einander gegenüberliegenden Kammern, die für den Ausgleich der radialen Belastung der Welle mit einem Druckmittel gefüllt werden,· dadurch gekennzeichnet, dass alle Kammern von einer äusseren einzigen Druckmittelquelle direkt versorgt werden, dass das Druckmittel mit einem im Lager angeordneten einzigen Verteiler auf die Kammern verteilt wird und dass die Verringerung der Durchsatzmenge des eine dieser Kammern versorgenden Druckmittels verhindert wird, wenn der Druck in dieser Kammer ansteigt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchsatzmenge des Druckmittels selektiv in jeder der Kammern variiert wird in unmittelbarer Abhängigkeit der Druckänderungen in diesen Kammern, die von den radialen Belastungen der Welle herrühren.

   35. Hydrostatisches Lager grosser Starrheit zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen schwimmenden Ring (9j 9A, 9^, 9G) innerhalb des ringförmigen Raumes (12, 59) aufweist, der die durch das Lager abgestützte Welle (A) umgibt, wobei in diesen Kaum mindestens ein Üruckmittelkanal (13) und Verteilerkammern (14, 15; 14A, 15Aj 14B, 15-B; 14C, 15G) für die selektive Zuführung von Druckmittel in die radial einander gegenüberliegenden Kammern (1) des Lagers ausmünden und der Hing durch seine Verlagerungen die Strömung des Druckmittels durch die Verteilerkammern selektiv kontrolliert, dass eine der Flächen dieses in Umffingsrichtung arretierten Ringes (bei 35) wenigstens eine bewegliche Wand mit mehreren Ausnehmungen (1O, 1OA) bildet, von denen jede mit wenigstens einer der einander radial

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   gegenüberliegenden Kammern des Lagers durch, die Verteilerkammern in Verbindung steht, wobei jede dieser Ausnehmungen über eine Drosselstelle (11, 50, 51) mit der Druckitiittelzufiihrung (13) in Verbindung steht.

   4. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ; schwimmende Ring (9) mit parallelen Stirnflächen versehen in allen Richtungen zwischen zwei einander zugeordneten i parallelen Stirnflächen des Lagers radial beweglich auge- ' ordnet ist.

   5. Lager nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, dass die ' kalibrierten Durchgänge (11) den schwimmenden Ring (9) durchsetzen.

   6. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerkammern (14., 15) in einem Teil (7, 8) angeordnet sind, das fest mit dem Lager verbunden ist und an den ebenen Stirnflächen des Ringes (9) anliegt, wobei die Verteilerkammern durch Kanäle (16) mit den radieil einander gegenüberliegenden Kammern (1) verbunden sind.

   7· Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet;, dass die Verbeilerkammern (14A, 15A) in dem schwimmenden Ring (9A) angeordnet sind.

   8. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vor beil erkamm ern (14B, 15B) i*¹ <Ü^e äussere Oberfläche eines fest mit dem Lager verbundenen l'eils (6) eingearbeitet sind.

   9· Lager nach Anspruch 3> diidurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (10) in den schwimmenden Ring (9) eingearbeitet sind.

   10. Lager nach Anspruch 3> dadurch gekennzeiclmet, dass die Ausnehmungen (1ÖA) in die äussere Oberfläche eines fest mit

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   - 23 dem Lager verbundenen Teils (6) eingearbeitet sind.

   11. Lager nach Anspruch 5₅ dadurch gekennzeichnet, dass der schwimmende Ring eine verlängerte Buchse (9B) bildet, deren eine Fläche mit mehreren Ausnehmungen (1OA) zusammenwirkt, von denen jede durch eine feste Zuführungsdüse (11A) versorgt wird, wobei die Verteilerkammern durch Längsnuten (14B) gebildet werden, die zwischen den Ausnehmungen angeordnet sind.

   12. Lager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (9C) axial mit zwei Serien von Ausnehmungen (1OA) zusammenwirkt, von denen jede dieser Ausnehmungen in Umfangsrichtung von der benachbarten durch eine Verteilerkammer abgeteilt ist.

   13· Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der schwimmende Eing (9) Dichtungsringe (22) trägt, die das Ausströmen von Druckmittel parallel zu den kalibrierten Kanälen unterbinden.

   14. Lr.ger nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wand der Ausnehmungen (1OA) durch einen in Umfaiigsrichtung fixierten Abstandsring (33) gebildet wird, der koaxial zum Lager und mit Abstand zum schwimmenden Eing (9) angeordnet ist.

   15· Lager nach Anspruch 14, dadiu?ch gekennzeichnet, dass die VerteilerkaiJimern (14C, 15^) und die Ausnehmungen (IOA) in den Abstraiüsriiig (33) eingearbeitet sind.

   16. Lager nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass es gleichzeitig Mittel (18 - 20) für den axialen Druckausgleich der Welle (A) enthält.

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   _ 24 -

   17· Lager nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstellen (50, 51) zwischen der Druckmittelzuführung (13) und dem den schwimmenden Ring (9a, 9B) aufnehmenden Ringraum (59) angeordnet sind.

   18. Lager nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jede Drosselstelle von den Rändern der dazugehörenden Hündungen (50, 51) gebildet wird bzw. von zwei Teilen (6, 27 oder 6, 65), die kooxicl zur Welle angeordnet und in Umfangsrichtung gegeneinander festgelegt sind.

   19. Lager nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die der eine bewegliche Wand der Ausnehmung (10, 10-1) bildenden !''lache gegenüberliegende fläche mit dem Druckmitteleintritt (13) durch eine regelbare Düse (67) verbunden ist.

   20. Lager nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Eiiitrittsflächen aller Verteilerkammern (14-1 bis 14-5) in derselben Ebene rechtwinklig zur Lagerachse liegen und im Abstand zur Stirnfläche des schwimmenden Ringes (9B), der elastisch (mittels 65) gegen diese Ebene angedrückt i.lrd und so montiert ist, dass er sehr leichte Kippbewegungen aufnehmen kann, in deren Verlauf seine Achse einen sehr kleinen Winkel zur Lagerachse einnehmen kann, um die vorgenannte Kontrolle der Strömung durch die Verteilerkammern έιι gewährleisten.

   21. Lager nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, d::ss die Ausnehmungen (10-1 bis 10-5) in der Stirnfläche der, schwimmenden Ringes (9B) eingearbeitet sind.

   Der Pat eilt; η wait

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