DE2432467A1

DE2432467A1 - Hydrostatische stuetzvorrichtung

Info

Publication number: DE2432467A1
Application number: DE2432467A
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Christ
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1974-06-27
Filing date: 1974-07-06
Publication date: 1976-01-08
Also published as: AT328232B; US3994367A; DE2432467C3; DE2432467B2; ATA544674A; CH579723A5

Description

P.4805

ESCHER WYvSS Aktiengesellschaft, Zürich/ Schweiz

Hydrostatische Stützvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Stützvorrichtung zur berührungsfreien Lagerung gegenseitig beweglicher Teile mit einem Stützkolben, der unter dem Einfluss eines in einem Druckraum eingeschlossenen hydraulischen Mediums steht, der sich zwischen dem Stützkolben und dem den Stützkolben tragenden Teil befindet, wobei der Stützkolben mindestens eine hydrostatische Lagertasche zur Lagerung des anderen, gegenüber dem tragenden Teil beweglichen Teiles aufweist, die durch einen Drosselkanal mit dem Druckraum in Verbindung steht, und der Druckraum an eine Quelle des hydraulischen Druckmediums angeschlossen ist.

Hydrostatische Stützvorrichtungen zur berührungsfreien Lagerung gegenseitig beweglicher Teile sind in ver-

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schiedenen Formen bekannt. Einerseits bestehen die sogenannten festen Lager, z.B. nach der CH-PS 317.617, die mit einem zeitlich konstanten Volumenstrom des hydraulischen Druckmediums gespeist werden. Diese Lager haben eine extrem steil fallende Kraft-Weg-Charakteristik, die im Diagramm einer vertikalen Linie gleichkommt. Wenn sich die Lauffläche des beweglichen Teiles etwas vom Stützelement entfernt, bricht wegen des vergrösserten LagerSpaltes der Druck in der Lagertasche und somit auch die Druckkraft des Stützelementes zusammen.

Ausserdem bestehen sogenannte nachfahrbare hydrostatische Stützvorrichtungen, z.B. nach dem US-Patent 3.802.044. Diese enthalten einen beweglichen Stützkolben und werden mit Druckmedium mit konstantem, geregeltem Druck gespeist. Ihre Kraft-Weg-Charakteristik ist horizontal, d.h. die Druckkraft bleibt konstant, unabhängig vom Weg.

Die Erfindung hat die Schaffung einer hydrostatischen Stützvorrichtung der erwähnten Art zum Ziel, welche eine fallende Kraft-Weg-Charakteristik hat, d.h., die mit zunehmender Bewegung zum tragenden Teil eine grössere Stützkraft aufbringt, wobei eine hydrostatische Lagerung voll gewährleistet bleibt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass

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zwischen dem Stützkolben und dem tragenden Teil ein federndes Element angeordnet ist, welches den Stützkolben zusätzlich zur hydraulischen Kraft gegen den anderen Teil drückt.

Durch die Anordnung der Feder wird auf einfachste V/eise das erfindungsgemässe Ziel erreicht, nämlich ein Anstieg der hydrostatischen Lagerkraft bei einer Annäherung des beweglichen Teiles an den tragenden Teil.

Eine besondere Wirkung wird jedoch erreicht, wenn die Quelle des hydraulischen Mediums einen Volumenstrom liefert, der pro Zeiteinheit im wesentlichen konstant ist. Auf diese Weise kann ein unter Umständen sehr bedeutender Verstärkungsfaktor erhalten werden, mit welchem der Einfluss der Feder verstärkt wird. Mit einer relativ schwachen Feder kann dabei eine grosse Kraftveränderung, abhängig von der Lage des Stützkolbens, erhalten werden.

Die Quelle des hydraulischen Druckmediums kann mit einer Temperatur-Regelvorrichtung zur Konstanthaltung der Temperatur des dem Druckraum zugeführten hydraulischen Druckmediums versehen sein. Durch die Konstanthaltung der Temperatur kann auf einfache Weise die Viskosität des Druckmediums konstant gehalten werden. Auf diese Weise wird ein Störungsfaktor ausgeschaltet, welcher zusätzlich den Verstärkungsfaktor beeinflusst. Durch diese Massnahme wird eine

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genaue Abhängigkeit der Kraft-Weg-Charakteristik der Stützvorrichtung von der Charakteristik der Feder erhalten.

Bei einer bekannten Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher der Stützkolben dichtend in einer Zylinderbohrung geführt ist, welche den Zylinderraum bildet, kann sich die Feder in der Zylinderbohrung befinden. Dadurch wird eine einfache Ausführungsform der Stützvorrichtung erhalten.

Dabei kann die Feder auf einer Stützfläche abgestützt sein, die in der Bewegungsrichtung des Stützkolbens zwecks Einstellung der Federkraft verstellbar ist.

Bei der bekannten Ausführungsform des Stützelementes, bei welcher der Stützkolben in der Zylinderbohrung mit der Hilfe einer Dichtung geführt ist, die seitliche Schwenkbewegungen des Stützkolbens gegenüber dem Tragteil gestatten, kann die Feder am Stützkolben auf einer kugeligen Fläche abgestützt sein, die sich im Betrieb im wesentlichen auf der Höhe der Dichtung befindet.

Vorzugsweise kann zwischen dem Stützkolben und dem tragenden Teil eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung angeordnet sein. Durch diese Massnahme kann mit einfachen Mitteln eine an sich bereits bei der Stützvorrichtung bestehende Dämpfwirkung wesentlich verstärkt werden.

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Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigt:

Fig.1 ein Schema einer einfachen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Erläuterung des Prinzips,

Fig.2 ein Diagramm der Kraft-Weg-Charakteristik der erfindungsgemässen Stützvorrichtung und

Fig.3 eine neigbare Stützvorrichtung mit Dämpfungselementen im Schnitt.

In der Fig.1 ist schematisch ein tragender Teil 1 und ein gegenüber diesem beweglicher, abgestützter Teil 2 dargestellt. Die hydrostatische Abstützung des Teiles 2 erfolgt durch einen Stützkolben 3, welcher mit geringem Spiel, das in der Zeichnung aus zeichnerischen Gründen stark übertrieben dargestellt ist, in einer Zylinderbohrung 4 des tragenden Teiles 1 geführt ist. Die Zylinderbohrung 4 bildet im Teil 1 einen Druckraum 5, der über eine Leitung 6 an eine Quelle 7 von hydraulischem Druckmedium angeschlossen ist. Die Quelle 7 enthält eine volumetrische Pumpe 8, die das Druckmedium, z.B. Hydraulikcl, aus einem Behälter 10 ansaugt und in die Leitung 6 fördert. In der Leitung 6 befindet sich ein Kühler 11, in welchem das Druckmedium, z.B. durch Kühl-

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wasser, das aus einer Leitung 12 zugeführt wird, auf eine konstante Temperatur gekühlt wird. Zu diesem Zweck ist an die Leitung 6 ein Temperaturfühler 13 angeschlossen, der auf einen Temperaturregler 14 einwirkt, welcher die Zufuhr von Kühlwasser aus der Leitung 12 in den Kühler 11 steuert.

Der Stützkolben 3 enthält auf seiner dem abgestützten Teil 2 zugewandten Seite eine hydrostatische Lagertasche 15, die durch eine Drosselbohrung 16 mit einer Innenbohrung des Stützkolbens 3 verbunden ist. In der Innenbohrung 17, welche mit dem Druckraum 5 in Verbindung steht, befindet sich eine Schraubenfeder 18.

Im Betrieb besteht zwischen dem Stützkolben 3 und dem abgestützten Teil 2 ein Spalt S, der in der Regel eine Dicke von einigen wenigen Hundertstel Millimeter aufweist, und durch welchen das zugeführte Druckmedium, wie durch Pfeile P angedeutet, entweicht.

Wenn in den Druckraum, wie es bei den nachführbaren Stützelementen nach der erwähnten US-PS 3.802.044 bekannt ist, Druckmedium mit konstantem Druck zugeführt wird, hat bereits die Feder 17 die Wirkung, dass sich die Kraft des Stützkolbens 3 mit zunehmendem Eintauchen in die Zylinderbohrung 4 vergrössert. Die Vergrösserung ist in diesem Fall jedoch nur von der Federkraft der Feder 18 abhängig, so dass die Stützkraft des Stützkolbens die Summe der auf den Kolben

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wirkenden hydraulischen Kraft und der Federkraft ist.

Wenn jedoch, wie es bei der Ausführungsform nach der Fig.1 der Fall ist, die Quelle 7 des hydraulischen Druckmediums durch die volumetrische Pumpe 8 einen Volumenstrom liefert, der pro Zeiteinheit konstant ist, wird zusätzlich eine besondere Verstärkungs-wirkung erhalten. Sobald sich nämlich der abgestützte Teil 2 dem tragenden Teil 1 nähert, verkleinert sich durch eine Verhärtung der Feder der Spalt S. Eine Verkleinerung des Spaltes S hat jedoch eine Drosselung der Strömung in der Richtung der Pfeile'. 7 zur Folge, so dass der Druck im Druckraum 5 und somit die auf den Stützkolben 3 wirkende Kraft steigt. Dadurch kann eine an sich schwache Kraft der Feder 18 bedeutend verstärkt werden.

Der Verstärkungsfaktor, welcher auf diese Weise erreicht werden kann, ist vom Verhältnis der wirksamen Fläche Fm der Tasche 15 zur dem Druck im Druckraum ausgesetzten Kolbenfläche F_Q des Kolbens 3 abhängig.

Der Proportionalitätsfaktor m kann dabei aus der Formel errechnet werden

Der Verstärkungsfaktor ist somit konstruktiv beeinflussbar und kann ohne Schwierigkeiten Werte von 5 bis

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etwa 100 annehmen.

Bei einem Verstärkungsfaktor von 100 kann eine Federkraft von 1 kp eine Tragkraftzunähme von 100 kp bewirken. Dabei verringert sich der Spalt S etwas, wobei gilt, dass sich die dritte Potenz des Spaltes umgekehrt proportional zur Tragkraft verhält. Eine derartige Verringerung ist ohne weiteres zulässig, da bei hydrostatischen Lagern immer relativ grosse Spalte bestehen.

Wenn.eine progressive Kraft-Weg-Charakteristik der Stützvorrichtung erwünscht ist, genügt es, eine Feder mit einer entsprechenden progressiven Federcharakteristik vorzusehen.

In der Fig.2 ist in einem Kraft-Weg-Diagramm eine Charakteristik a einer erfindungsgemässen Stützvorrichtung gezeichnet. Zum Vergleich ist im Diagramm gleichzeitig auch eine Charakteristik b der eingangs erwähnten festen Lagerung sowie eine Charakteristik c einer nachfahrbaren Lagerung eingetragen. Bei dieser ist die Kraft F unabhängig vom Weg S.

Die vereinfacht dargestellte hydrostatische Stützvorrichtung nach der Fig.1 ist nur funktionsfähig, wenn durch besondere Mittel gewährleistet ist, dass die Lagerfläche des Teiles 2 immer senkrecht zur Achse der Zylinderbohrung 4 steht.

Wenn dies nicht gewährleistet ist, muss eine Stütz-509882/0640

vorrichtung nach der Fig.3 vorgesehen werden.

Bei der Stützvorrichtung nach der Fig.3 ist im
tragenden Teil 1 eine Zylinderbohrung 30 ausgebildet,
deren Durchmesser wesentlich grosser ist als der Aussendurchmesser des in die Zylinderbohrung eingetauchten Teiles des Stützkolbens 31. Zur Abdichtung des den Stützkolben 31 umgebenden Druckraumes 32 gegenüber dem Kolben 31
ist eine Dichtung 33, z.B. nach der Art eines O-Ringes₅
vorgesehen. Da der Stützkolben 31 nicht in der vertikalen Richtung in der Zylinderbohrung 30 geführt ist, enthält er in aus der US-PS 3.802.04 4 bekannten Weise vier Lagertaschen 34, die jeweils durch Drosselbohrungen 35 mit dem Druckraum 32 verbunden sind. Der Druckraum 32 ist durch einen Kanal 35 an eine Quelle des hydraulischen Druckmediums angeschlossen, die gleich wie die Quelle 7 aus der Fig.1 sein kann.

Im Druckraum 32 befindet sich zwischen dem Stützkolben 31 und dem tragenden Teil 1 eine Druckfeder 36, in diesem Fall eine aus mehreren Tellerscheiben bestehende Tellerfeder. Die Feder 36 ist auf einer Scheibe 37 abgestützt, die eine kugelige Stützfläche 38 aufweist,mit welcher sie sich gegen eine Ausnehmung 40 im Stutzkolben 31
stützt. Das andere Ende der Feder 36 ist auf einer Stützfläche 41 eines Einstellteiles 42 abgestützt, der mit der Hilfe eines Gewindes 4 3 im Teil 1 verstellbar ist. Mit der

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Hilfe des Einstellteiles 42 kann die Kraft der Feder 36, die in einer gegebenen Betriebsstellung wirkt, eingestellt werden.

Die in der Fig.3 dargestellte Stützvorrichtung wirkt in der gleichen Weise wie die Vorrichtung nach der Fig.1, mit dem Unterschied, dass der Stützkolben 31 gegenüber dem Teil 1 neigbar ist und sich daher einer eventuellen Neigung des abgestützten Teiles 2 anpassen kann. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Spalt S unter allen Betriebsbedingungen am Umfang des Stützkolbens 31 im wesentlichen gleich gross ist;

Die erfindungsgemässe Stützvorrichtung hat bereits an sich eine beträchtliche Dämpfwirkung bei Schwingungen des abgestützten Teiles 2 gegenüber dem Teil 1. Bei einer Annäherung des Teiles 2 an den Teil 1 muss Druckmedium aus den Taschen 34 und aus dem Druckraum 32 durch einen verkleinerten Spalt S bzw. die Drosselbohrungen 35 verdrängt werden. Bei einem Abheben des Teiles 2 vom Teil 1 muss zuerst zusätzliches Druckmedium nachströmen können.

Die Dämpfwirkung der erfindungsgemässen Stützvorrichtung kann durch die in der Fig.3 dargestellte Dämpfvorrichtung zusätzlich wesentlich verstärkt werden.

Die hydraulische Dämpfvorrichtung enthält nach der Fig.3 einen Kolben 44, der in einer Bohrung 45 des Einstellteiles 43 mit geringem Spiel geführt ist. Der Kolben 44 ist

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durch eine Verbindungsstange 46 mit der Scheibe 37 verbunden. Der Kolben 44 begrenzt in der Bohrung 45 einen Zylinderraum 47, der durch einen Kanal 48 mit dem Druckraum 32 der Zylinderbohrung 30 in Verbindung steht. Die Verbindung des Zylinderraumes 47 mit dem Druckraum 32 durch den Kanal 48- kann mit der Hilfe einer einstellbaren Drosselnadel 50 beeinflusst werden.

Bei einer Bewegung des Stützkolbens 31 in der Bohrung 30 wird gleichzeitig auch der Kolben 44 nach unten oder nach oben im Teil 42 bewegt* Dadurch wird im Zylinderraum 47 befindliches Medium verdrängt,oder es wird Medium in diesen eingesaugt. Dadurch wird in bekannter Weise eine hydraulische Dämpfung erzielt. Es ist dabei möglich, die Dämpfung nur in einer Richtung wirksam zu machen, indem ein zusätzlicher Eingangskanal 51 vorgesehen wird, der in den Zylinderraum 47 führt und ein in diesen gerichtetes Einwegorgan 52 enthält.

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Claims

Patentansprüche

1.' Hydrostatische Stützvorrichtung zur berührungsfreien Lagerung gegenseitig beweglicher Teile mit einem Stützkolben, der unter dem Einfluss eines in einem Druckraum eingeschlossenen hydraulischen Mediums steht, der sich zwischen dem Stützkolben und dem den Stützkolben tragenden Teil befindet, wobei der Stützkolben mindestens eine hydrostatische Lagertasche zur Lagerung des anderen, gegenüber dem tragenden Teil beweglichen Teiles aufweist, die durch einen Drosselkanal mit dem Druckraum in Verbindung steht, und der Druckraum an eine Quelle des hydraulischen Druckmediums angeschlossen ist, dadurch gekennzeich net, dass zwischen dem Stützkolben (3, 31) und dem tragenden Teil (1) ein federndes Element (18, 32) angeordnet ist, welches den Stützkolben zusätzlich zur hydraulischen Kraft gegen den anderen Teil (2) drückt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (7) des hydraulischen Druckmediums einen Volumenstrom liefert, der im wesentlichen pro Zeiteinheit konstant ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (7) eine Temperatur-Regelvorrichtung (11-14) zur Konstanthaltung der Temperatur des dem Druck-

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raum zugeführten hydraulischen Druckmediums aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Stützkolben dichtend in einer Zylinderbohrung geführt ist, welche den Zylinderraum bildet, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Feder (18, 36) in der Zylinderbohrung (4, 30) befindet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (36)auf einer Stützfläche (41) abgestützt ist, die in der Bewegungsrichtung des Stützkolbens (31) verstellbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher der Stützkolben in der Zylinderbohrung mit der Hilfe einer Dichtung geführt ist,die seitliche Schwenkbewegungen des Stützkolbens gegenüber dem Tragteil gestattet, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (32) am Stützkolben (31) auf einer kugeligen Fläche (36) abgestützt ist, die sich im Betrieb im wesentlichen auf der Höhe der Dichtung (33) befindet.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stützkolben (31) und dem tragenden Teil (1) eine hydraulische Dämpfungsvorrichtung (44 bis 48) angeordnet ist.

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