DE2432467B2

DE2432467B2 - Hydrostatische Stützvorrichtung

Info

Publication number: DE2432467B2
Application number: DE2432467A
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr. Zuerich Christ (Schweiz)
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1974-06-27
Filing date: 1974-07-06
Publication date: 1978-07-20
Also published as: AT328232B; US3994367A; DE2432467C3; DE2432467A1; ATA544674A; CH579723A5

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Stützvorrichtung zur berührungsfreien Lagerung eines getragenen Teiles gegen einen tragenden Teil, mit einem Stützelement, das als Kolben in eine Zylinderbohrung des tragenden Teiles eingreift und dort von zuströmendem Druckmittel beaufschlagt ist, und das mit seinem dem getragenen Teil zugeordneten Ende eine Lagerfläche mit mindestens einer Drucktasche bildet, die mit dem Zylinderraum durch eine Drosselbohrung verbunden ist, wobei die wirksame Kolbenfläche kleiner ist als die die Drucktasche aufweisende wirksame Lagerfläche des Stützelementes.

Hydrostatische Stützvorrichtungen dieser Art sind z. B. aus der US-PS 34 53 032 oder der US-PS 38 02 044 bekannt. Diese Stützvorrichtungen werden mit in der Menge gesteuertem Druckmittel oder mit einem auf einem konstanten Druck gehaltenen Druckmittel gespeist. Wird der Druck konstant gehalten, ist die Kraftwegcharakteristik horizontal, d. h. die Tragkraft bleibt konstant, unabhängig von der Stellung, in welcher sich das Stützelement befindet. Bei der Vorrichtung nach der US-PS 34 53 032 ist eine besondere Steuervorrichtung vorgesehen, um dem Stützelement eine definierte Lage zu verleihen, damit z. B. die Welle einer Gasturbine in einer gegebenen axialen Stellung durch zwei gegeneinander wirkende Stützelemente gehalten werden kann.

Die Erfindung hat die Schaffung einer hydrostatischen Stützvorrichtung der erwähnten Art zum Ziel, deren Stützkraft bei einer Verringerung des Abstandes des getragenen Teiles vom tragenden Teil zunimmt und umgekehrt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Stützelement in der Zylinderbohrung axial gegen eine Feder abgestützt ist und daß

b) die pro Zeiteinheit zuströmende Menge des Druckmittels konstant gehalten ist

Durch diese Maßnahmen, für die nur gemeinsam Schutz begehrt wird, wird auf einfache Weise das erfindungsgemäße Ziel erreicht, nämlich ein Anstieg der hydrostatischen Lagerkraft bei einer Annäherung des getragenen Teiles zum tragenden Teil. Gleichzeitig wird ein Verstärkungsfaktor erhalten, mit welchem der Einfluß der Feder verstärkt wird. Mit einer relativ schwachen Feder kann dabei eine große Kraftveränderung in Abhängigkeit von der axialen Lage des Stützkolbens in der Zylinderbohrung erhalten werden.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß es bekannt ist, bei hydrostatischen Stützvorrichtungen ähnlicher Art zwischen Kolben und Zylinderbohrung eine Feder anzuordnen. In den bekannten Fällen handelt es sich dabei jedoch um sogenannte Zustellfedern, welche gewährleisten, daß das Stützelement gegen den getragenen Teil geführt wird. So fehlt z. B. bei der Ausführung nach der Fig.3 der erwähnten US-PS 34 53 032 außer der Konstanthaltung der Zuströmmenge noch die Drosselbohrung, so daß die erfindungsgemäße Wirkung nicht eintreten kann. Ähnliche Zustellfedern sind auch bei Stützelementen nach der US-PS 37 91 703 vorgesehen.

Die Feder kann am tragenden Teil in axialer Richtung verstellbar abgestützt sein. Dadurch wird eine Verstellung der Federcharakteristik ermöglicht, wodurch z. B. bei gegeneinander wirkenden Stützelementen eine Sollstellung des getragenen Teiles festgelegt werden kann.

Vorzugsweise kann das Stützelement im Zylinder kippbeweglich geführt und gegen die Feder über einen Federteller mit kugeliger Auflagefläche abgestützt sein. Dadurch wird ein Einstellen der Lagerfläche zu einer entsprechenden Fläche des getragenen Teiles möglich, so daß ein gleichmäßiger Lagerspalt über der ganzen Lagerflächt; erhalten wird.

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

F i g. 1 ein Schema einer einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung des Prinzips,

F i g. 2 ein Diagramm der Kraft-Weg-Charakteristik der erfindungsgemäßen Stützvorrichtung und

F i g. 3 eine kippbeweglich angeordnete Stützvorrichtung im Schnitt.

In der F i g. 1 ist schematisch ein tragender Teil 1 und ein gegenüber diesem beweglicher, getragener 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 Druckmittel angeschlossen ist. Die Quelle 7 enthält eine volumetrische Pumpe 8, die das Druckmittel, z. B. öl, aus einem Behälter 10 ansaugt und in die Leitung 6 fördert. In der Leitung 6 befindet sich ein Kühler 11, in welchem das Druckmittel, z. B. durch Kühlwasser, 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 getragenen Teil 2 zugewandten Seite eine Drucktasche 15, die durch eine Drosselbohrung 16 mit einer Längsbohi ung 17 des Stützkolbens 3 verbunden ist In der Läpgsbohrung 17, v/elche mit dem Druckraum 5 in Verbindung steht, befindet sich eine Schraubenfeder 18.

Während des Betriebs besteht zwischen dem Stützkolben 3 und dem getragenen Teil 2 ein Spalt 5, der in der Regel eine Dicke von einigen wenigen hundertstel Millimeter aufweist, und durch welchen das zugeführte Druckmittel, wie durch Pfeile Pangedeutet, entweicht.

Wenn in den Druckraum, wie es bei den nachführbaren Stützelementen nach der erwähnten US-PS 38 02 044 bekannt ist, Druckmittel 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 Tall jedoch nur von der Kraft der Feder 18 abhängig, so daß die Stützkraft des Stützkolbens die Summe der auf den Kolben 3 wirkenden hydraulischen Kraft und der Federkraft ist.

Wenn jedoch, wie es bei der Ausführungslorm nach der Fig. 1 der Fall ist, die Quelle 7 des hydraulischen Druckmittels durch die volumetrische Pumpe 8 einen Volumenstrom liefert, der pro Zeiteinheit konstant ist, wird zusätzlich eine besondere Verstärkungswirkung erhalten. Sobald sich nämlich der abgestützte Teil 2 dem tragenden Teil 1 nähert, verkleinert sich durch eine Verhärtung der Feder 18 der Spalt S. Eine Verkleinerung des Spaltes 5 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, die Tasche 15 aufweisenden Lagerfläche Ft zur dem Druck im Druckraum ausgesetzten Kolbenfläche Fo des Kolbens 3 abhängig. Die wirksame Fläche setzt sich aus einer Projektion der Fläche der Tasche in der Kraftrichtung sowie aus einem Anteil der Projektion der Fläche des die Tasche umgebenden Randes zusammen, wobei dieser Anteil in bekannter Weise durch den Verlauf des Druckabfalles entlang der Randfläche bestimmt ist.

Der Verstärkungsfaktor m kann dabei aus der Formel errechnet werden

m =

F₁-

Fr - F₀

Der Verstärkungsfaktor ist somit konstruktiv beeinflußbar und kann ohne Schwierigkeiten Werte von 5 bis etwa 100 annehmen.

Bei einem Verstärkungsfaktor von 100 kann eine Federkraft von 1 kp eine Tragkraftzunahme von 100 kp bewirken. Dabei verringert sich der Spalt 5 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 mit Stützvorrichtungen 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 F i g. 2 ist in einem Kraft-Weg-Diagramm eine Charakteristik a einer erfindungsgemäßen Stützvorrichtung gezeichnet. Zum Vergleich ist im Diagramm gleichzeitig auch eine Charakteristik b einer festen Lagerung sowie eine Charakteristik c einer nachfahrbaren Lagerung eingetragen. Bei dieser ist die Kraft F unabhängig vom Weg X.

ίο Die vereinfacht dargestellte hydrostatische Stützvorrichtung nach der F i g. 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 Stützvorrichtung nach der F i g. 3 vorgesehen werden.

Bei der Stützvorrichtung nach der F i g. 3 ist im tragenden Teil 1 eine Zylinderbohrung 30 ausgebildet, deren Durchmesser wesentlich größer ist als der Außendurchmesser des in die Zylinderbohrung eingetrauchten 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-Ringes, vorgesehen. Da der Stützkolben 31 nicht in der vertikalen Richtung in der Zylinderbohrung 30 geführt ist, enthält er in aus der US-PS 38 02 044 bekannten Weise vier Lagertaschen 34, die jeweils durch Drosselbohrungen 35 mit dem Druckraum 32 verbunden sind. Der Druckraum 32 ist

jo durch einen Kanal 35 an eine Quelle des hydraulischen Druckmittels angeschlossen, die gleich wie die Quelle 7 aus der F i g. 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 einem Federteller 37 abgestützt, der eine kugelige Auflagefläche 38 aufweist, über die sie sich der Federteller gegen eine Ausnehmung 40 im Stützkolben 31 stützt. Das andere Ende der Feder 36 ist auf einer Stützfläche 41 eines Einstellteiles 42 abgestützt, der mit der Hilfe eines Gewindes 43 im Teil 1 verstellbar ist. Mit Hilfe des Einstellteiles 42 kann die Kraft der Feder 36, die in einer gegebenen Betriebsstellung wirkt, eingestellt werden.

Die in der F i g. 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 kippbeweglich ist und sich daher

so einer eventuellen Neigung des abgestützten Teiles 2 anpassen kann. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Spalt 5 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 kann durch die in der F i g. 3 dargestellte Dämpfvorrichtung zusätzlich wesentlich verstärkt werden. Diese enthält nach der F i g. 3 einen Kolben 44, der in einer Bohrung 45 des Einstellteiles 43 mit geringem Spiel geführt ist. Der Kolben 44 ist 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 ve oder es wird Medium in diesen eingesaugt. I wird in bekannter Weise eine hydraulische Di erzielt. Es ist dabei möglich, die Dämpfung nur Richtung wirksam zu machen, indem ein zusi Eingangskanal 51 vorgesehen wird, der
Zylinderraum 47 führt und ein in diesen ge Einwegorgan 52 enthält. Die Dämpfvorrichtung Gegenstand der Erfindung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrostatische Stützvorrichtung zur berührungsfreien Lagerung eines getragenen Teiles gegen einen tragenden Teil, mit einem Stützelement, das als Kolben in eine Zylinderbohrung des tragenden Teiles eingreift und dort von zuströmendem Druckmittel beaufschlagt ist, und das mit seinem dem getragenen Teil zugeordneten Ende eine Lagerfläche mit mindestens einer Drucktasche bildet, die mit dem Zylinderraum durch eine Drosselbohrung verbunden ist, wobei die wirksame Kolbenfläche kleiner ist als die die Drucktasche aufweisende wirksame Lagerfläche des Stützelementes, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Stützelement (3,31) in der Zylinderbohrung (4,30) axial gegen eine Feder (18,36) abgestützt ist und daß

b) die pro Zeiteinheit zuströmende Menge des Druckmittels konstant gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (31) am tragenden Teil (1) in axialer Richtung verstellbar abgestützt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement im Zylinder (30) kippbeweglich geführt ist und gegen die Feder (36) über einen Federteller (37) mit kugeliger Auflagefläche (38) abgestützt ist.