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Hydrostatische Stützvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Stützvorrichtung für einen
zu stützenden, bewegbaren, eine Gleitfläche aufweisenden Teil, insbesondere zur
Lagerung eines hydraulischen Maschinensatzes, mit einem Lagerschuh und einer hydrostatischen
Lagertasche an der der Gleitfläche zugewandten Stützfläche des Lagerschuhs, und
mit einem hydraulischen Stellmotor zwischen dem Lagerschuh und dem Fundament, wobei
die Lagertasche des Lagerschuhs und/oder der Druckraum des Stellmotors an eine Druckmittelquelle
anschliessbar sind.
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Eine solche Stützvorrichtung ist aus den CH-PS 541 088 und CH-PS 560
334 bekannt. Bei der dort gezeigten Stützvorrichtung folgt der Lagerschuh allen
Bewegungen des zu stützenden Teils unter Konstanthalten der Stützkraft.
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Die Lage des zu stützenden Teils bestimmt also hier die Lage des Lagerschuhs.
Dort, wo der zu stützende Teil einen gleichbleibenden vorgegebenen Abstand vom Fundament
haben muss, ist die durch die bekannte hydrostatische Stützvorrichtung erreichte
schwebende Lagerung nicht geeignet.
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Aus der DT-OS 24 52 467 ist eine hydrostatische Stützvorrichtung bekannt,
bei welcher zwischen Lagerschuh und
Fundament eine Feder eingebaut
ist. Diese Feder bewirkt, dass die Stützkraft der Stützvorrichtung bei Annäherung
des Lagerschuhs an das Fundament grösser wird und umgekehrt. Auch diese Stützvorrichtung
eignet sich nicht für das exakte Einhalten der Höhe eines zu stützenden Teils, wenn
ausser dem Gewicht noch andere in Stützrichtung wirkende Kräfte auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten hydrostatischen
Stützvorrichtungen so weiterzuentwickeln, dass eine einwandfreie vorgegebene Lage
des zu stützenden Teils eingehalten wird.
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Bei der eingangs beschriebenen hydrostatischen Stützvorrichtung wird
diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Verbindungsstück vorgesehen
ist, dass den Lagerschuh mit dem Fundament formschlüssig und im Normalbetrieb der
Stützvorrichtung unverschieblich verbindet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Grösse der
Stützfläche des Lagerschuhs und die Grösse der Druckfläche des Stellmotors so aufeinander
abgestimmt sind, dass im Normalbetrieb der Stützvorrichtung die vom Druckmittel
im Stellmotor ausgeübte Kraft und die vom Druckmittel zwischen Stützfläche und Gleitfläche
ausgeübte Kraft gleich gross sind. Das den Lagerschuh mit dem Fundament formschlüssig
verbindende Verbindungsstück ist dann im Normalbetrieb unbelastet, wird aber auf
Zug beansprucht, wenn sich der zu stützende die Gleitfläche aufweisende Teil vom
Lagerschuh entfernen will, und das Verbindungsstück wird auf Druck beansprucht,
wenn
der zu stützende die Gleitfläche aufweisende Teil sich gegen
den Lagerschuh hin bewegen will.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Grösse
der Stützfläche des Lagerschuhs und die Grösse der Druckfläche des Stellmotors so
aufeinander abgestimmt sind, dass im Normalbetrieb der Stützvorrichtung die vom
Druckmittel im Stellmotor ausgeübte Kraft grösser ist als die vom Druckmittel zwischen
Stützfläche und Gleitfläche ausgeübte Kraft, und dass das Verbindungsstück als diesen
Kraftunterschied aufnehmendes Zugstück ausgebildet ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Grösse
der Stützfläche des Lagerschuhs und die Grösse der Druckfläche des Stellmotors so
aufeinander abgestimmt sind, dass im Normalbetrieb der Stützvorrichtung die vom
Druckmittel im Stellmotor ausgeübte Kraft kleiner ist als die vom Druckmittel zwischen
Stützfläche und Gleitfläche ausgeübte Kraft, und dass das Verbindungsstück als diesen
Kraftunterschied aufnehmendes Druckstück ausgebildet ist.
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Sehr vorteilhaft ist es, wenn das Verbindungsstück im wesentlichen
in gleicher Achse mit den vom Druckmittel ausgeübten Kräften angeordnet ist.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn der Lagerschuh im Stellmotor gegenüber
dem Fundament neigbar gelagert ist, und das Verbindungsstück biegweich ist oder
mit dem Lagerschuh und/oder dem Fundament neigbar verbunden ist.
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Für den Fall, dass das Verbindungsstück als Zugstück ausgebildet ist,
ist es vorteilhaft, wenn das Zugstück in der zur Zugrichtung entgegengesetzten Richtung
relativ zum Lagerschuh und/oder relativ zum Fundament freibeweglich ist. Mit Vorteil
weisen dann der Lagerschuh und das Fundament je eine Auflagefläche auf, welche Auflageflächen
einander zugewandt sind und im Normalbetrieb der Stützvorrichtung einen vorgegebenen
Abstand voneinander haben, aber nach Entlastung des Zugstücks zur Auflage des Lagerschuhs
auf dem Fundament dienen.
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In der Zeichnung, anhand welcher die Erfindung näher beschrieben wird,
sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es
zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch eine Stützvorrichtung, Fig. 2
bis 4 je einen vertikalen Axialschnitt durch drei weitere Ausführungsbeispiele,
und Fig. 5 einen Axialschnitt durch ein doppeltwirkendes Axiallager.
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Die in Fig. 1 dargestellte hydrostatische Stützvorrichtung für einen
zu stützenden bewegbaren Teil 1 mit einer Gleitfläche 2, zur Lagerung eines hydraulischen
Maschinensatzes, weist einen Lagerschuh 3 mit einer hydrostatischen Lagertasche
4 auf, die an der der Gleitfläche 2 zugewandten Stützfläche 5 des Lagerschuhs 3
vorgesehen ist. Weiter weist die Stützvorrichtung einen hydraulischen Stellmotor
6 auf, der zwischen dem Lagerschuh 3 und dem Fundament 7 angeordnet ist. Dabei ist
der Zylinder des Stellmotors -6 im Fundament 7 ausgespart, und der Kolben des Stellmotors
6 wird durch den unteren Teil des Lagerschuhs 3 gebildet.
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Die Lagertasche 4 des Lagerschuhs ist durch Stege 8 in vier in Umfangsrichtung
aufeinanderfolgende, voneinander getrennte Teilräume 4¹ bis 44 unterteilt. Von diesen
Teilräumen sind in der Zeichnung die beiden Teilräume 41 und 43 zu sehen.
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Der Druckraum des Stellmotors 6 ist durch eine Leitung 10 mit einer
Druckmittelquelle konstanten Drucks verbunden.
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Jeder Teilraum 41 bis 44 der Lagertasche des Lagerschuhs 3 ist durch
einen eigenen mit einer Drosselstelle versehenen Kanal 11 mit dem Druckraum des
Stellmotors verbunden.
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Ein Verbindungsstück 12 verbindet den Lagerschuh 3 mit dem Fundament
7 formschlüssig und im Normalbetrieb der Stützvorrichtung unverschieblich. Dabei
ist das Verbindungsstück 12 nach Fig. 1 einerseits fest in den Lagerschuh 3, andererseits
fest in das Fundament 7 eingeschraubt.
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Das Verbindungsstück 12 ist im wesentlichen in gleicher Achse mit
den vom Druckmittel ausgeübten Kräften angeordnet. Der Lagerschuh 3 ist im Stellmotor
6 gegenüber dem Fundament 7 neigbar gelagert, und dass Verbindungsstück 12 ist biegeweich
ausgebildet, d.h. es besitzt zwischen den Gewindestücken einen dünnen biegeweichen
Stab.
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Die Stützvorrichtung nach Fig. 1 arbeitet folgendermassen Im Druckraum
des Stellmotors 6 hat das Druckmittel einen höheren Druck als -in der Lagertasche
des Lagerschuhs 3, da es beim Durchfliessen der Kanäle 11 gedrosselt wird.
Die
Grössen der Druckflächen sind so aufeinander abgestimmt, dass das Produkt aus dem
Druck in der Lagertasche und der wirksamen Stützfläche des Lagerschuhs 3 gleich
gross ist wie das Produkt aus dem Druck des Stellmotors 6 und der wirksamen Druckfläche
des Stellmotors 6. Im Normalbetrieb schwebt also der Lagerschuh 3 in einer Gleichgewichtslage
zwischen dem Fundament 7 und dem zu stützenden Teil 1.
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Wenn sich der zu stützende Teil 1 vom Lagerschuh 3 wegbewegt wird
der Lagerschuh 3 vom Verbindungsstück 12 (unter Zugbeanspruchung des Verbindungsstücks
12) in.
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seiner gegebenen Lage zurückgehalten, so dass sich der Spalt zwischen
dem Lagerschuh 3 und dem zu stützenden Teil 1 vergrössert, wodurch die Stützkraft
kleiner wird.
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Infolge des Kleinerwerdens der Stützkraft wird sich der zu stützende
Teil 1 wieder dem Lagerschuh 3 nähern.
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Wird der zu stützende Teil 1 gegen den Lagerschuh 3 hin gedrückt,wird
das Verbindungsstück 12 (unter Druckbeanspruchung des Verbindungsstücks 12) den
Lagerschuh 3 in seiner gegebenen Stellung halten, und der Spalt zwischen dem Lagerschuh
3 und dem zu stützenden Teil 1 wird kleiner.
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Damit steigt der Druck in der Lagertasche 4 des Lagerschuhs 3, so
dass der zu stützende Teil 1 wieder in seine vorgegebene Stellung gedrückt wird.
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Die in Fig. 2 dargestellte hydrostatische Stützvorrichtung für einen
zu stützenden bewegbaren Teil 1 mit einer Gleitfläche 2, zur Lagerung eines hydraulischen
Maschinensatzes, weist einen Lagerschuh 3-mit einer hydrostatischen Lagertasche
4 auf, die an der der Gleitfläche 2 zugewandten
Stützfläche 5 des
Lagerschuhs 5 vorgesehen ist. Weiter weist die Stützvorrichtung einen hydraulischen
Stellmotor 6 auf, der zwischen dem Lagerschuh 3 und dem Fundament 7 angeordnet ist.
Die Lagertasche 4 des Lagerschuhs ist durch Stege 8 in vier in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende,
voneinander getrennte Teilräume 4 bis 44 unterteilt. Von diesen Teilräumen sind
in der Zeichnung die beiden Teilräume 41 und 43 zu sehen.
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Jeder der Teilräume 4¹ bis 44 ist durch eine eigene, mit einer Drosselstelle
9 versehene Zuleitung 10 mit einer nicht gezeigten Druckmittelquelle verbunden,
und jeder Teilraum 41 bis 44 ist durch einen eigenen mit einer Drosselstelle versehenen
Kanal 11 mit dem Druckraum des Stellmotors 6 verbunden.
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Die Lagertasche 4 ist also direkt mit der Druckmittelquelle verbunden,
während der Druckraum des Stellmotors 6 über die Kanäle 11 Druckmittel aus den Teilräumen
der Lagertasche 4 erhält.
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Die Grösse der Stützfläche 5 des Lagerschuhs 5und die Grösse der Druckfläche
des Stellmotors 6 sind so aufeinander abgestimmt, dass im Normalbetrieb der Stützvorrichtung
die vom Druckmittel im Stellmotor 6 ausgeübte Kraft und die vom Druckmittel zwischen
der Stützfläche 5 und der Gleitfläche 2 ausgeübte Kraft um einen vorgegebenen Betrag
voneinander abweichen. Zur Aufnahme dieses Kraftbetrags ist ein Verbindungsstück
12 vorgesehen, das den Lagerschuh 5 mit dem Fundament 7 formschlüssig und im Normalbetrieb
der Stützvorrichtung unverschieblich verbindet.
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Dieses Verbindungsstück 12 ist als Zugstück ausgebildet.
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Die in Fig. 2 gezeigte Stützvorrichtung arbeitet folgendermassen.
Das in die Teilräume der Lagertasche 4 mittels der Zuleitungen 10 eingeführte Druckmittel
fliesst über einen zwischen dem zu stützenden Teil 1 und dem Lagerschuh 3 aufrechterhaltenen,
am Umfang des Lagerschuhs 3 befindlichen Spalt 13 ab, wobei in der Lagertasche 4
und im Druckraum des Stellmotors 6 unter der Wirkung der Kanäle 11 ein gleichhoher
Druck herrscht.
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Die unter Berücksichtigung des Druckabfalls im Randspalt 13 ermittelte
wirksame Stützfläche 5 des Lagerschuhs 5 ist kleiner als die Druckfläche des Stellmotors
6, so dass die Kraft, welche den Lagerschuh 3 (in der Zeichnung) nach oben drückt
grösser ist als die Kraft die den Lagerschuh 3 nach unten drückt. Die Differenz
der beiden Kräfte, d.h. der den Lagerschuh 3 nach oben drückende Kraftbetrag wird
durch das Verbindungsstück 12 aufgenommen.
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Dieses besteht aus einem Zugstab, der in den Lagerschuh 3 eingeschraubt
ist und an seinem anderen Ende eine Mutter trägt, die auf einem Anschlag 14 des
Fundaments 7 aufliegt.
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Das Verbindungsstück 12 hält den Lagerschuh 3 formschlüssig und unverschieblich
auf einer vorgegebenen Höhe.
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Das Verbindungsstück 12 ist in gleicher Achse mit den vom Druckmittel
ausgeübten Kräften angeordnet, damit der Lagerschuh 3 neigbar gegenüber dem Fundament
7 ausgebildet werden kann. Die Abdichtung des Stellmotors 6, d.h. die Lagerung des
Lagerschuhs 3 im Fundament 7 erlaubt ein Neigen des Lagerschuhs gegenüber dem Fundament.
Weiter ist das Verbindungsstück 12 biegeweich ausgebildet; statt dessen könnte das
Verbindungsstück 12
mit dem Lagerschuh und/oder dem Fundament 7
beispielsweise durch ein kardanisches Gelenk verbunden sein, so dass der Lagerschuh
9 gegenüber dem Fundament 7 neigbar ist.
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Das als Zugstück ausgebildete Verbindungsstück 12 ist in der zur Zugrichtung
entgegengesetzten Richtung relativ zum Fundament 7 freibeweglich. Die durch die
Mutter des Verbindungsstücks 12 und den Anschlag 14 gebildete einseitige Auflage
könnte auch zwischen Verbindungsstück 12 und Lagerschuh 3 vorgesehen werden.
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Der Lagerschuh 3 und das Fundament 7 weisen je eine Auflagefläche
15 bzw. 16 auf. Diese Auflageflächen 15 und 16 sind einander zugewandt und haben
im Normalbetrieb der Stützvorrichtung einen vorgegebenen Abstand voneinander. Bei
Ausfall der Druckmittellieferung, d.h.
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nach Entlastung des Verbindungsstücks 12 aber dienen die Auflageflächen
15, 16 zur Lagerung des Lagerschuhs 3 auf dem Fundament 7.
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Die damit gegebene Notlagerung kann durch eine Schmiervorrichtung
17 verbessert werden, mit welcher unter Druck stehendes Schmiermittel in Taschen
18 der Auflagefläche 16 gepresst werden kann. Ausserdem liegen die Auflageflächen
15 und 16 innerhalb des Druckraums des Stellmotors 6, so dass sie durch das dort
befindliche, jedoch nicht mehr unter Druck stehende Druckmittel geschmiert werden.
Während der Notlagerung dreht sich der Lagerschuh 5 mit dem zu stützenden Teil 1
und die Zuleitungen 10 brechen an einer mit 101 bezeichneten Notbruchstelle.
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Für die Notlagerung können aber auch ausserhalb des Druckraums des
Stellmotors 6 befindliche Auflageflächen verwendet werden. Beispielsweise kann der
Lagerschuh 3 mit einem ausserhalb des Druckraums des Stellmotors liegenden Kranz
versehen werden, der an seiner Unterseite eine der Auflagefläche 15 entsprechende
Auflagefläche aufweist. Mit dieser Auflagefläche kann eine der Auflagefläche 16
entsprechende, mit dem Fundament verbundene Auflagefläche zusammenarbeiten. Vorteilhafterweise
wird die mit dem Fundament verbundene Auflagefläche durch neigbare Lagerschuhe gebildet,
und die beiden Auflageflächen befinden sich in einer die Stützvorrichtung umgebenden
ringförmigen mit Schmiermittel gefüllten Wanne (Mitchelllager). Dabei kann für die
Notlagerung Schmieröl als Druckmittel verwendet werden, und das Druckmittel für
die Stützvorrichtung Wasser sein.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Stützvorrichtung ist ein Verbindungsstück
12' als Druckstück ausgebildet.
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Dieses Druckstück ist der eine der beiden Teile einer Schneidenlagerung,
d.h. es besitzt eine abgerundete kegelige Schneide 19. Der andere der beiden Teile
der Schneidenlagerung wird durch eine in einem Lagerschuh 3' angeordnete Pfanne
20 gebildet. Der Abrundungsradius der Pfanne 20 ist grösser als der Abrundungsradius
der Schneide 19, so dass der Lagerschuh 3' durch Abwälzen ohne Reibung gegenüber
dem Fundament 7 neigbar ist.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Kuppe der Schneide 19 in gleicher
Ebene mit der Dichtungsstelle zwischen Lagerschuh 3' und Fundament 7 liegt.
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Die Druckmittelzufuhr erfolgt beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3
durch eine einzige Leitung 10' direkt in den Druckraum des Stellmotors 6'. Jeder
Teilraum 4 bis 44 der Lagertasche des Lagerschuhs 3' ist durch einen eigenen mit
einer Drosselstelle versehenen Kanal 11' mit dem Druckraum des Stellmotors 6' verbunden.
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Die Stützvorrichtung nach Fig.3 arbeitet folgendermassen. Im Druckraum
des Stellmotors 6' hat das Druckmittel einen höheren Druck als in der Lagertasche
des Lagerschuhs 3', da es beim Durchfliessen der Kanäle 11' gedrosselt wird. Die
Grössen der Druckflächen sind so aufeinander abgestimmt, dass das Produkt aus dem
Druck in der Lagertasche und der wirksamen Stützfläche des Lagerschuhs 3' grösser
ist als das Produkt aus dem Druck im Stellmotor 6' und der wirksamen Druckfläche
des Stellmotors 6'. Die vom Druckmittel im Stellmotor 6 ausgeübte Kraft ur,d die
vom Druckmittel zwischen der Stützfläche 5 und der Gleitfläche 2 ausgeübten Kraft
weichen um einen vorgegebenen Bruchteil der Stüzkraft voneinander ab. Dieser Kraft-Bruchteil
wird vom Druckstück 12' aufgenommen.
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Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 7 ist die Stützfläche des
Lagerschuhs 3 bzw. 3' jeweils kreisförmig,und der zu stützende bewegbare Teil 1
ist ein Rotor. Die Gleitfläche 2 ist am Stirnende des Rotors angeordnet, und die
Stützvorrichtung und der Rotor liegen im wesentlichen in gleicher Achse. Auf diese
Weise ergibt sich ein Axiallager mit äusserst kleiner Reibung.
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Bei der in Fig. 4 gezeigten Radiallagerung ist um die Welle eines
zu stützenden Teils 1' ein Kranz von Stützvorrichtungen angeordnet, die im wesentlichen
der in Fig. 2 dargestellten Stützvorrichtung entsprechen. Dabei weist das Fundament
7 für jede einzelne Stützvorrichtung eine Fundamentschale 7' auf. In der Zeichnung
sind zwei der Stützvorrichtungen zu sehen.
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Die Gleitfläche 2 des zu stützenden Teils 1' bewegt sich beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 4 quer zu den Stützvorrichtungen. Zum genauen Einstellen der Höhe der
einzelnen Stützvorrichtungen ist die wirksame Länge des Verbindungsstücks 12 veränderbar.
Dazu wird die auf dem Anschlag 14 des Fundaments aufliegende Mutter des Zugstücks
12 gedreht. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Veränderung der Höhenlage
des Lagerschuhs 3' durch Drehen des im Fundament 7 eingeschraubten Druckstücks 12'
möglich.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 dient eine erfindungsgemässe
Stützvorrichtung 21, von der mehrere kranzförmig angeordnet sind, als Gegenlager
zu einem Hauptlager 22.
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Das Zugstück 12 des Gegenlagers 21 hält während des Tragens des Hauptlagers
22 den Lagerschuh 3 des Gegenlagers in einem vorgegebenen Abstand s von der Gleitfläche
2 des zu stützenden Teils 1. Weiter ist eine Steuervorrichtung 23 vorgesehen, die
für den Fall der Annäherung der Gleitfläche 2 an den Lagerschuh 3 die Stützvorrichtung
21 mit Druckmittel beaufschlagt, bei dem vorgegebenen Abstand des Lagerschuhs 3
von der Gleitfläche 2 aber die Druckmittelzufuhr durch Schliessen eines Ventils
24 in der Zuleitung 10 zu den Gegenlagern 21
unterbricht. Als Steuergrösse
für die Steuervorrichtung 23 kann der Abstand zwischen der Gleitfläche 2 und dem
Lagerschuh 3 des Gegenlagers 21 bzw. die Lageänderung des zu stützenden Teils 1
dienen, wie in der Zeichnung angedeutet ist. Es kann aber auch der Druck des Hauptlagers
22 als Steuergrösse dienen, welcher Druck beim Entfernen des zu stützenden Teils
von dem Hauptlager 22 absinkt.
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Bei dem Gegenlager 21, dessen Stützvorrichtung im wesentlichen der
in Fig. 2 gezeigten Stützvorrichtung entspricht, ist der Vorteil des als Zugstück
ausgebildeten Verbindungsstücks 12 besonders gut ersichtlich.