DE2432467C3

DE2432467C3 - Hydrostatische Stützvorrichtung

Info

Publication number: DE2432467C3
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: 1980-09-18
Also published as: DE2432467B2; ATA544674A; DE2432467A1; AT328232B; US3994367A; CH579723A5

Description

Die Erfindung betrifft ~inc hy-Vostatische Stützvorrichtung zur berührungsfrei°n Lagerung eines getrage- (5 nen Teiles gegen einen tragcnd-n 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 Lagerfiä- 4·> ehe 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 Lagcrfläclic des Stützelementes. t.^r>

Hvdrostatische 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 5» 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 Sleuervor- .',5 richtung 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 Stützclemente gehalten werden kann.

Die Erlindung hat die Schaffung einer hydrostatischen Stützvorrichtung der erwähnten Art zum Ziel, deren Slützkraft bei einer Verringerung des Abstandes des getragenen Teiles vom trügenden Teil zunimmt und umgekehrt. (15

Die erfindiingsgcmäßc 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,"näm!ich 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 dar 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 air. tragenden Teil in axialer Richtung verstellbar abgestützt sein. Dadurch wird eine Verstellung der Federcharakteristik ermöglicht, wodurch z. B. bei gegeneinander wirkenden Stützelemcnten 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 Lagcrfiäche zu einer entsprechenden Fläche des getragenen Teiles möglich, so daß ein gleichmäßiger Lagerspalt über der ganzen Lagerfläche erhalten wird.

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

Fig. I ein Schema einer einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung des Prinzips.

Fig. 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. I 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 I 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. /.. B. Öl. nus einem Behälter 10 ansaugt und in die Leitung 6 fördert. In der Leitung 6 befindet sich ein Kühler II. in welchem das Druckmittel, z. B. durch Kühlwasser, das aus einer Leitung 12 zugeführt wird, auf eine konstante Temperatur gekühlt wird. Zu diesen) Zweck ist an die Leitung f> 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 Längsbohrung 17 des Stützkolbens 3 verbunden ist. In der Längsbohrung 17, welche mit dem Druckraum 5 in Verbindung steht, befindet sich eine Schraubenfeder 18.

Während des Betriebs besteht zwischen dem Stutzkolben 3 und dem getragenen Teil 2 ein Spalt S, der in der Regel eine Dicke von einigen wenigen hundertstel Millimeter aufweist, und durch welchen das zugeführte Druckmittel, wie durch Pfeile /^angedeutet, 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 18 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 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 Ausführungsform nach der Fig. I der Fall ist, die Quelle 7 des hydraulischen Druckmittels durch die volumetrische Pumpe 8 einen Volurnenstrom 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 5. Eine Verkleinerung des Spaltes S hat jedoch eine Drosselung der Strömung in der Richtung der (Teile /'/iir Folge, so dall der Druck im Druckraum 5 und somit die auf den Slützkolben 3 wirkende Kraft steigt. Dadurch kann eine an sich schwache Krafl 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 Fr zur dem Druck im Druckraum ausgesetzten Kolbenflächc F₁, 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 Randfiäche bestimmt ist.

Der Verstärkungsfaktor ;;; kann dabei aus der Formel errechnet werden

I-

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 I kp eine Tragkraftzunabmc von 100 kp bewirken. Dabei verringert sich der Spalt S etwas, wobei gill, daß sich die dritlc Potenz des Spaltes umgekehrt proportional zur Tragkraft verhält. Fine derartige Verringerung ist ohne weiteres zulässig, da bei hydrostatischen Lagern mit .Stützvorrichtungen immer relativ große Spalte bestehen.

Wenn eine progressive Krafl-Wcg-Charakterislik 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 Stüizvorrich- -, tung gezeichnet. Zum Vergleich ist im Diagramm gleichzeitig auch eine Charakteristik b einer festen Lagerung sowie eine Charakteristik ceiner nachfahrbaren Lagerung eingetragen. Bei dieser ist die Kraft F unabhängig vom Weg X.

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

π 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

jo Außendurchmesser des in die Zylinderbohrung eingetrauchten Teiles des Stützkolbens 31. Zur Abdichtung des den Stützkolben 31 umgebende·. Druckraumes 32 gegenüber dem Kolben 3i 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 18 02 044 bekannten Weise vier Lagertaschen 34, die jeweils durch Drosselbohrungen 35 mit dem Druckraum 32 verbunden sind. Der Druckraum 32 ist

in 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 Stutzkolben 31 und dem tragenden Teil 1 eine

Γι Druckfeder 36, in diesem Fall eine aus mehreren Tellerscheiben bestehende Tellerfeder. Die Feder 36 ist auf einem Fcderteller 37 abgestützt, der eine kugelige Auflagefläche 38 aufweist, über die sie sich der Federteller gegen eine Ausnehmung 40 im Stutzkolben

in 31 stützt. Das andere Ende der Feder 36 Ist auf einer Stützfläche 41 eines Einsiellteilcs 42 abgestützt, der mit der Hilfe eines Gewindes 43 im Teil 1 verstellbar ist. Mit HiIIe des Einstellteiles 42 kann die Krafl der Feder 36. die in einer gegebenen Bctriebsstcllung wirkt, cinge-

ΙΊ stellt werden.

Die in der Fig. 3 dargestellte Stützvorrichtung wirkt in der gleichen Weise wie die Vorrichtung nach der Fig. I. mit dem Unterschied, daß der Stutzkolben 31 gegenüber dem Teil 1 kippbeweglich ist und sich daher

in 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 erfindungsgemäßr Stützvorrichtung hat bereits

,-, an sidi -;ine beträchtliche Dämpfwirkung bei Schwingungen des abgestützten Teiles 2 gegenüber dem Teil 1. Bei einer Annäherung des Teiles 2 an den Teil I muß Druckmedium aus den Taschen 34 und aus dem Druckraum 32 durch einen verkleinerten Spalt 5 bzw.

,ο die Drossclbohrungen 35 verdrängt werden. Bei einem Abheben des Teiles 2 vom Teil 1 muß zuerst zusätzliches Druckmedium nachsirömcn können,

Die Dämpfwirkung kann durch die in der F i g. 3 dargestellte Dämpfvorrichtung zusätzlich wesentlich

,-> verstärkt werden. Diese enthält nach der Fig. 3 einen Kolben 44. der in einer Bohrung 45 des Kinslclltciles 43 mit geringem Spiel geführt ist. Der Kolben 44 ist durch eine Vcrbindtingsstangc 4ft mit der Scheibe 37

verbunden. Der Kolben 44 begrenzt in der Bohrung 45 einen Zylinderraum 47, der durch einen Kanal 48 mil dem Druckraum 32 der /ylinderbohrung 30 in Verbindung steht. Die Verbindung des Zylinderraumes 47 mit dem Druckraum 32 durch den Kanal 48 kann mit der Hilfe einer einstellbaren Drossclnadcl 50 beeinflußt werden.

Bei einer Bewegung des Stiitzkolbens 31 in der Bohrung 30 wird gleichzeitig auch der Kolben 44 nach unten oder nach oben im Teil 42 bewegt. Dadurch wird im /.ylindcrraum 47 befindliches Mec oder es wird Medium in diesen cingc wird in bekannter Weise eine hydrauli erzielt. Ms ist dabei möglich, die Dämpf Richtung wirksam zu machen, indem
[!mgangskanal 51 vorgesehen wird Zylinderraum 47 führt und ein in die Llinwcgorgan 52 enthält. Die Dämpfvori Gegenstand der Erfindung.

Hierzu 3 Watt

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 jr> Druckmittels konstant gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Keder (36) 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.

3"