DE2538226A1

DE2538226A1 - Elastic throttle valve for hydrostatic shaft bearing - regulates two bearing oil supplies in proportionally opposite volumes

Info

Publication number: DE2538226A1
Application number: DE19752538226
Authority: DE
Inventors: Manfred Brandenstein; Erich Burkl; Horst M Ernst; Armin Olschewski; Rainer Ing Grad Schuerger; Lothar Walter
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1975-08-28
Filing date: 1975-08-28
Publication date: 1977-03-10

Abstract

A hydrostatic bearing has a bearing shell (9) with a number of separate opposite fluid chambers (16-19). The pressurised bearing oil enters two opposing fluid chambers (16, 18) through a common throttle valve (1) such that th oil pressure in each chamber is equal. If one of the two fluid chambers is subjected to an increased oil pressure due to external shaft loading, its supply path through the throttle valve is expanded, thus more oil is supplied. Since the throttle valve is made from an elastic material, the supply hole for the second fluid chamber is compressed. The oil supply to this chamber is therefore reduced, hence the pressure drops and the shaft tends to return to its central position.

Description

Lastabhängige Drossel für hydrostatische Lager Die erfindung betrifft eine Drossel zur lastabhängigen Steuerung der Druckmittelzufuhr zu zwei Lagertaschen eines hydro- oder aerostatischen Lagers, in denen das Druckmittel in zueinander entgegengesetzten Richtungen an einem gelagerten Teil angreift, mit zwei im Durchflusswiderstand sich abhängig vom Taschendruck veränderbare Drosselstrecken, von denen jede mit einer der Lagertaschen verbindbar ist.Load-dependent throttle for hydrostatic bearings The invention relates a throttle for load-dependent control of the pressure medium supply to two storage pockets a hydro- or aerostatic bearing, in which the pressure medium in each other acts in opposite directions on a supported part, with two in the flow resistance depending on the pocket pressure changeable throttle sections, each of which with one of the storage pockets can be connected.

Eine derartige Drossel ist bereits bekannt (DT-AS 1.575.576).Such a throttle is already known (DT-AS 1.575.576).

Sie besteht aus einem flachen Gehäuse, dessen Innenraum durch eine Membran in zwei schlitzförmige Kammern unterteilt ist, welche zwei Drosselstrecken darstellen. Mit Hilfe der Membran wird bei dieser Drossel die Menge des durch die beiden schlitzförmigen Kammern strömenden Druckmittels gesteuert.It consists of a flat housing, the interior of which is covered by a The membrane is divided into two slit-shaped chambers, which have two throttle sections represent. With the help of the membrane, the amount of the through the throttle two slot-shaped chambers flowing pressure medium controlled.

Diese Steuerung der Druckmittelzufuhr erfolgt dabei derart, dass sich die Membran infolge des Druckunterschiedes in den beiden an die Drossel angeschlossenen Lagertaschen - hervorgerufen durch eine äussere Belastung des gelagerten Teils - in Richtung der Kammer mit dem niedrigeren Druck verschiebt. Dadurch wird der Durchflussquerschnitt in dieser Kammer verkleinert und der in der anderen Kammer vergrössert. Die Folge davon ist, dass der Durchflusswiderstand der erweiterten Kammer der Drossel abnimmt, so dass eine grössere Menge an Druckmittel in die belastete Lagertasche fliessen kann. Durch diese vermehrte Druckmittelzufuhr baut sich ein höherer Druck in der genannten Lagertasche auf, der wiederum der äusseren Belastung des gelagerten Teils entgegenwirkt. In der sich verengten Kammer der Drossel dagegen nimmt der Durchflusswiderstand zu, so dass sich die hier durchfliessende Menge an Druckmittel verringert, wodurch der Druck in der der Lastrichtung gegenüberliegenden Lagertasche abnimmt. Auf Grund dieser lastabhängigen Steuerung der Druckmittelzufuhr zu zwei gegenüberliegenden Lagertaschen besitzt eine derartige Lagerung eine relativ gute Steifigkeit, d.h. die Lagerung wirkt selbstzentrierend. Diese bekannte Membrandrossel hat sich durchaus bewährt; sie ist jedoch von ihrem Aufbau her relativ kompliziert und somit teuer.This control of the pressure medium supply takes place in such a way that the membrane as a result of the pressure difference in the both of them Bearing pockets connected to the throttle - caused by an external load of the stored part - moves towards the chamber with the lower pressure. This reduces the flow cross-section in this chamber and that in the other chamber enlarged. The consequence of this is that the flow resistance of the enlarged chamber of the throttle decreases, so that a larger amount of pressure medium can flow into the loaded storage pocket. This increased supply of pressure medium A higher pressure builds up in the bearing pocket mentioned, which in turn is the outer one Counteracts loading of the stored part. In the narrowed chamber of the throttle on the other hand, the flow resistance increases, so that the Amount of pressure medium decreases, whereby the pressure in the opposite direction of the load Storage bag decreases. Due to this load-dependent control of the pressure medium supply Such a storage has a relative to two opposite storage pockets good rigidity, i.e. the bearing is self-centering. This well-known diaphragm throttle has proven itself quite well; however, its structure is relatively complicated and therefore expensive.

Hinzu kommt, dass diese Drossel einen relativ grossen Einbauraum erfordert.In addition, this throttle requires a relatively large installation space.

Des weiteren ist es bekannt, in die Verbindungsleitung jeder Lagertasche mit einer gemeinsamen Druckmittelquelle eine sogenannte Kunststoffdrossel einzubauen (Wälzlagertechnik 1974-2).It is also known in the connecting line of each storage pocket to install a so-called plastic throttle with a common pressure medium source (Rolling bearing technology 1974-2).

Diese besteht aus einem dünnwandigen Metallrohr, das mit einem elastisch-nachgiebigen Kunststoff gefüllt ist. In der Mitte der Kunststoffüllung befindet sich als Drosselstrecke eine Kapillarbohrung. Bei einer derartigen Drossel bewirkt eine Druckerhöhung in der an diese angeschlossenen Lagertasche, dass sich die Kapillarbohrung aufgrund des elastischen Kunststoffs aufweitet, wodurch ihr Durchflusswiderstand abnimmt und der Lagertasche wiederum mehr Druckmittel zugeführt wird.This consists of a thin-walled metal tube that is connected to an elastically flexible Plastic is filled. In the middle of the plastic filling there is a throttle section a capillary bore. Such a throttle causes a pressure increase in the storage pocket connected to it that the capillary bore is due to of the elastic plastic expands, whereby its flow resistance decreases and in turn more pressure medium is supplied to the storage pocket.

Die Steifigkeit einer Lagerung wird jedoch mit derartigen Drosseln gegenüber sogenannten konstanten Drosseln nicht weseitlich verbessert, da diese Drosseln einzeln wirkende Drosselglieder sind. Dies bedeutet, dass diejenigen Drosseln, welche mit den unbelasteten Lagertaschen in Verbindung stehen, konstante Drosseln darstellen, so dass der erforderliche Druck in der belasteten Lagertasche zusätzlich zur Lagerbelastung noch dem in den unbelasteten Lagertaschen herrschenden Druck entgegenwirken muss Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere gegenbber der eingangs aufgezeigten Membrandrossel eine wesentlich einfacher aufgebaute lastabhängige Drossel zu schaffen, die in ihrerwirkung hinsichtlich Steifigkeit und Tragfähigkeit eines Lagers mindestens der einer herkömmlichen Membrandrossel gleichkomst.The rigidity of a storage is, however, with such throttles compared to so-called constant throttles not much improved, since these Chokes are individually acting choke elements. This means that those chokes which are connected to the unloaded storage pockets, constant throttles represent, so that the required pressure in the loaded storage pocket is additional in addition to the bearing load, the pressure prevailing in the unloaded bearing pockets must counteract the invention is based on the object, in particular opposite the diaphragm throttle indicated at the beginning is a load-dependent one that is much more simply constructed To create throttle, which in their effect in terms of rigidity and load-bearing capacity a bearing at least equal to that of a conventional diaphragm throttle.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss in einfacher Weise dadurch gelöst, dass die Drossel durch einen einstückigen Körper gebildet ist, der aus einem gummielastischen Material besteht und in dem die Drosselstrecken in der Form von Kapillaren angeordnet sind, welche gleichachsig und in einem Abstand voneinander verlaufen und dass der Querschnitt des Körpers dem Profil eines für die Druckmittel zufuhr dienenden Xanalsderart angepasst ist, dass der Körper formschlüssig in diesen einsetzbar ist.According to the invention, this object is achieved in a simple manner by that the throttle is formed by a one-piece body made of a rubber-elastic Material consists and in which the throttle sections are arranged in the form of capillaries are, which are coaxial and at a distance from each other and that the Cross-section of the body, the profile of a Xanal of the kind used for supplying pressure medium it is adapted that the body can be inserted into these in a form-fitting manner.

Um die Drossel in einfacher Weise in einer bestimmten Stellung in ein Lagergehause einbauen zu können, ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Körper aus einem zylinderförinigen Bolzenbesteht, der an einem Ende einen exzentrisch ausgebildeten Ansatz hat. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es besonders vorteilhaft sichtlich einer günstigen Verteilung des Druckmittels innerhalb eines Lagergehäuses, dass die Kapillaren ausgehend von der Stirnseite des Ansatzes in jeweils eine Ausnehmung münden, die im Bereich des freien Endes des Bolzens in diesernseitlich vorgesehen sind. Schliesslich kann die Elastizität des Abschnitts zwischen den Kapillaren gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch verändert werden, dass in diesem Bereich innerhalb des Körpers eine parallel zu den Kapillaren verlaufende Einlage vorgesehen ist, die aus einem härteren Material besteht als dasjenige des Körpers.To put the throttle in a certain position in a simple manner To be able to install a storage housing is an advantageous development of the invention provided that the body consists of a cylindrical bolt attached to a End has an eccentrically trained approach. In a further embodiment of the invention it is particularly advantageous in terms of a favorable distribution of the pressure medium within a Bearing housing that the capillaries starting from the end face of the approach each open into a recess that is in the area of the free end of the bolt are provided in these laterally. After all, the Elasticity of the section between the capillaries according to a further embodiment of the invention can be changed in that area within the body an insert running parallel to the capillaries is provided, which consists of a harder material than that of the body.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine einfach aufgebaute Drossel für hydrostatische Lager geschaffen wurde, deren Drosselwiderstände sich wesentlich stärker und schneller auf Grund von Druckunterschieden in den angeschlossenen Lagertaschen ändern als diejenigen bei herkömmlichen lastabhängigen Drosseln. Die Gründe sind folgende: Steigt der Druck in einer Lagertasche an, so vergrössert sich der Durchflussquerschnitt der zugehörigen Kapillare in der Drossel, wodurch mehr Druckmittel in diese Lagertasche strömen kann. Diese Vergrösserung der Kapillare erfolgt jedoch dabei vorteilhaft derart, dass zusätzlich zu ihrer Aufweitung der Abschnitt zwischen den beiden Kapillaren in Richtung derjenigen Kapillare gedrückt wird, in der kein erhöhter Druck herrscht. Dadurch wird wiederum der Durchflussquerschnitt dieser Kapillare verkleinert, so dass weniger Druckmittel zur unbelasteten Lagertasche fliessen kann. Durch diesen Effekt wird vorteilhaft erreicht, dass sich die beiden Kapillardrosseln gegenseitig bezüglich ihrer Durchflussquerschnitte beeinflussen. Da der Körper aus einem gummielastischen Werkstoff besteht, stellt der Abschnitt zwischen den Kapillaren praktisch eine Art Membran dar, die in dem Körper integriert ist.The advantages achieved with the invention are in particular: that a simply structured throttle was created for hydrostatic bearings, whose throttle resistances are much stronger and faster due to pressure differences in the connected storage pockets change than those in conventional load-dependent Chokes. The reasons are as follows: If the pressure in a storage bag increases, so if the flow cross-section of the associated capillary in the throttle increases, whereby more pressure medium can flow into this storage pocket. This enlargement however, the capillary is advantageously carried out in such a way that in addition to its Expansion of the section between the two capillaries in the direction of that capillary is pressed in which there is no increased pressure. This in turn determines the flow cross-section this capillary is reduced in size, so that less pressure medium goes to the unloaded storage pocket can flow. This effect advantageously ensures that the two Capillary throttles influence each other with regard to their flow cross-sections. Since the body consists of a rubber-elastic material, the section practically a kind of membrane between the capillaries that is integrated into the body is.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert und beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Drossel, Fig. 2 eine Draufsicht der Drossel gemäss Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2 in grösserem Massstab, Fig. 5 einen entsprechenden Schnitt gemäss Fig. 4, jedoch von einer belasteten Drossel, Fig. 6 einen Schnitt gemäss Fig. 4, jedoch mit einer Einlage zwischen den Drosselstrecken, Fig. 7 einen Axialschnitt durch ein hydrostatisches Radiallager mit eingebauten Drosseln gemäss Fig. 1 und Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig. 7.Further details and advantages of the invention are provided below with reference to of schematically shown in the drawing Embodiments explained and described in more detail. 1 shows a side view of a device according to the invention Throttle, FIG. 2 shows a plan view of the throttle according to FIG. 1, FIG. 3 shows a section according to the line III-III in Fig. 1, Fig. 4 shows a section according to the line IV-IV in Fig. 2 on a larger scale, FIG. 5 a corresponding section according to FIG. 4, however of a loaded throttle, FIG. 6 shows a section according to FIG. 4, but with one Insert between the throttle sections, FIG. 7 shows an axial section through a hydrostatic one Radial bearing with built-in throttles according to FIG. 1 and FIG. 8, a section according to the line VIII-VIII in FIG. 7.

In Fig. 1 bis 4 ist eine einstückig ausgebildete Drossel 1 gezeigt, deren Körper aus einem zylinderförmigen Bolzen 2 besteht, an dessen einem Ende ein exzentrisch ausgebildeter Ansatz 3 angeformt ist. Innerhalb des Bolzens 2 befinden sich zwei Kapillarbohrungen 4 und 5, die ausgehend von der Stirnseite des Ansatzes 3 in jeweils eine Ausnehmung 6 und 7 münden, welche im Endabschnitt des freien Endes des Bolzens 2 in diesem seitlich ausgespart sind. Die Kapillarbohrungen 4 und 5 verlaufen in einem Abstand voneinander parallel zur Achse des Bolzens 2. Die gesammte Drossel 1 besteht aus einem gummielastischen Material, im vorliegenden Fall Polyäthylen. Andere Kunststoffe sind ebenfalls möglich, wie z.B. Polyurethan (nicht verschäumt) oder Weich-Polyvinylchlorid.In Fig. 1 to 4 an integrally formed throttle 1 is shown, the body of which consists of a cylindrical bolt 2, at one end of which a eccentrically formed approach 3 is formed. Located inside the bolt 2 there are two capillary bores 4 and 5, starting from the face of the approach 3 each open into a recess 6 and 7, which in the end portion of the free end of the bolt 2 are recessed in this laterally. The capillary bores 4 and 5 run at a distance from each other parallel to the axis of the bolt 2. The entire Throttle 1 consists of a rubber elastic material, in the present case polyethylene. Other plastics are also possible, such as polyurethane (not foamed) or soft polyvinyl chloride.

Zur besseren Erläuterung der erfindungsgemässen Drossel 1 ist in Fig. 7 und 8 als Anwendungsbeispiel ein hydrostatisches Radiallager gezeigt. Dieses besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 8 mit eingebauten Drosseln 1, 1', einer in das Gehäuse 8 eingesetzten Büchse 9, einer in dieser gelagerten Welle 11 und einem Lagerdeckel 12 mit einem Dichtungsring 13 (der Einfachheit halber ist nur ein Abschnitt des Lagers gezeigt, wobei hier nur die sichtbaren Teile näher bezeichnet sind). Die Drosseln 1 bzw. 1' sind jeweils in abgesetzte Bohrungen 14 formschlüssig eingesetzt und werden somit durch diese gehäuseartig begrenzt. Ober die Bohrungen 14 erfolgt die Druckmittelzufuhr von einer nicht dargestellten Druckquelle. Der exzentrisch ausgebildete Ansatz 3 der Drossel 1 bzw. 1' ist dabei in dem erweiterten Teil der Bohrung 14 eingesetzt und bewirkt, dass die Drossel gegen ein Verdrehen gesichert ist. An dem dem erweiterten Teil der Bohrung 14 gegenüberliegenden Ende ist diese mit einem Gewindestopfen 15 verschlossen.For a better explanation of the inventive throttle 1 is shown in Fig. 7 and 8 show a hydrostatic radial bearing as an application example. This exists essentially of a housing 8 with built-in throttles 1, 1 ', one in the Housing 8 used sleeve 9, a shaft 11 mounted in this and a bearing cover 12 with a sealing ring 13 (for the sake of simplicity only a section of the Bearing shown, only the visible parts are designated in more detail here). the Chokes 1 and 1 'are each inserted in a form-fitting manner into offset bores 14 and are thus limited by this like a housing. Over the bores 14 takes place the pressure medium supply from a pressure source, not shown. The eccentric one trained approach 3 of the throttle 1 or 1 'is in the expanded part of the Bore 14 is used and causes the throttle to be secured against rotation is. This is at the end opposite the enlarged part of the bore 14 closed with a threaded plug 15.

Die Büchse 9 hat in ihrer Innen fläche vier Lagertaschen 16 bis 19, die jeweils über Bohrungen 21 bis 24 mit im Aussenmantel der Büchse 9 vorgesehenen Ringkanälen 25 bis 28 in Verbindung stehen, welche wiederum über im Gehäuse 8 befindlichen Bohrungen 29, 31 bzw. 32, 33 mit den Kapillarbohrungen 4, 5 bzw. 4', 5' der Drosseln 1 bzw. 1' in Verbindung stehen.The sleeve 9 has four storage pockets 16 to 19 in its inner surface, each provided via bores 21 to 24 with in the outer jacket of the sleeve 9 Ring channels 25 to 28 are in connection, which in turn are located in the housing 8 Bores 29, 31 or 32, 33 with the capillary bores 4, 5 or 4 ', 5' of the throttles 1 or 1 'are connected.

Die Funktion der erfindungsgemässen Drosseln wird nachstehend anhand der Drossel 1 in Fig. 7 und 8 näher erläutert: Wird ein Druckmittel - im vorliegenden Beispiel öl - über die Bohrung 14 dem Lager zugeführt, so strömt dieses einerseits durch die Kapillarbohrung 5 über die Bohrung 29 in den Ringkanal 25 und von diesem wiederum über die Bohrung 21 in die Lagertasche 16, und anderseits über die Kapillarbohrung 4 über die Bohrung 31 in den Ringkanal 26 und von diesem wiederum über die Bohrung 23 in die Lagertasche 18. Im unbelasteten Zustand der Welle 11 baut stich hierbei in beiden Lagertaschen 16 und 18 nahezu der gleiche Druck auf.The function of the chokes according to the invention will be explained below with reference to the throttle 1 in Fig. 7 and 8 explained in more detail: If a pressure medium - in the present Example oil - supplied to the bearing via the bore 14, it flows on the one hand through the capillary bore 5 via the bore 29 into the annular channel 25 and from this again via the bore 21 into the bearing pocket 16, and on the other hand via the capillary bore 4 via hole 31 into the annular channel 26 and from this in turn via the bore 23 into the bearing pocket 18. In the unloaded state of the shaft 11 This builds up almost the same pressure in both storage pockets 16 and 18.

Wird nun die Welle 11 von aussen radial belastet, beispielsweise durch eine Kraft F (Fig. 8), so hat die Welle das Bestreben, sich in die Richtung dieser Kraft F zu verlagern.If the shaft 11 is now loaded radially from the outside, for example by a force F (Fig. 8), the wave tends to move in the direction of this Force F to shift.

Durch diese Verlagerung erhöht sich der Druck in der Lagertasche 18 und der Druck in der Lagertasche 16 sinkt. Dies bedeutet gleichzeitig, dass sich die zugehörige Kapillarbohrung 4 entsprechend der Darstellung in Fig. 5 erweitert - dort angegeben mit 4a -, hingegen sich die Kapillarbohrung 5 entsprechend Fig. 5 verengt - dort angegeben unter 5a -. Aus Fig.This displacement increases the pressure in the storage pocket 18 and the pressure in the storage pocket 16 drops. This also means that the associated capillary bore 4 is expanded in accordance with the illustration in FIG. 5 - indicated there with 4a -, on the other hand, the capillary bore 5 according to Fig. 5 narrowed - indicated there under 5a -. From Fig.

5 ist dabei deutlich zu erkennen, dass sich der mit 34 bezeichnete Abschnitt zwischen den Kapillarbohrungen 4a, 5a infolge des Druckunterschiedes membranartig nach unten verschoben hat. Zusätzlich zu der unteren Ausweitung der Kapillarbohrung 4a vergrössert sich diese mit steigendem Taschendruck im oberen Bereich 35. Durch die vergrö6serte Kapillarbohrung 4a gelangt somit mehr Druckmittel in die belastete Lagertasche 18, wodurch der Druck in dieser Tasche steigt, so dass die Welle 11 in ihre Mittellage zurückkehrt. Ähnliche Verhältnisse treten auch bei den Lagertaschen 17 und 19 auf, jenachdem von wo eine äussere Kraft angreift.5 can clearly be seen that the designated 34 is Section between the capillary bores 4a, 5a membrane-like as a result of the pressure difference moved down. In addition to the lower expansion of the capillary bore 4a this increases with increasing pocket pressure in the upper area 35 the enlarged capillary bore 4a thus gets more pressure medium into the loaded one Bearing pocket 18, as a result of which the pressure in this pocket increases, so that the shaft 11 returns to its central position. Similar conditions also occur with the storage pockets 17 and 19, depending on where an external force is attacking.

Die Auslenkung des Abschnitts zwischen den Kapillarbohrungen 4, 5 kann noch beeinflusst werden, wenn in diesem Abschnitt eine parallel zu den Kapillaren verlaufende Einlage 36 in den Drosselkörper eingesetzt wird (Fig. 6). Diese Einlage 36 sollte dabei härter sein, z.B. aus Metall, als das gummielastische Material, z.B. Kunststoff.The deflection of the section between the capillary bores 4, 5 can still be influenced if this section has a parallel to the capillaries extending insert 36 is used in the throttle body (Fig. 6). This deposit 36 should be harder, e.g. made of metal, than the rubber-elastic material, e.g. plastic.

Claims

W Throttle for load-dependent control of the pressure medium supply to two Storage pockets of a hydro- or aerostatic bearing, in which the pressure medium is in engages mutually opposite directions on a supported part, with two the flow resistance varies depending on the pocket pressure, each of which can be connected to one of the storage pockets, characterized in that that the throttle is formed by a one-piece body (1) which consists of a rubber-elastic material and in which the throttle sections in the form of Capillaries (4, 5) are arranged, which are coaxial and at a distance from one another run and that the cross section of the body (1) the profile of a for the pressure medium supply serving channel (14) is adapted such that the body (1) in a form-fitting manner this can be used.

2. Throttle according to claim 1, characterized in that the body consists of a cylindrical bolt (2) with an eccentric at one end trained approach (3).

3. throttle according to claim 1 and 2, characterized in that the Capillaries (4, 5) starting from the end face of the approach (3) in each case one Recess (6, 7) open into End portion of the free end of the bolt (2) are provided laterally in this.

4. Throttle according to one of claims 1 to 3, characterized in that that within the body (1) in the region of the section (34) between the capillaries (4, 5) an insert (36) running parallel to these is provided, which consists of a harder material than that of the body (1).