DE2820672A1

DE2820672A1 - Hydrostatisches wellenlager

Info

Publication number: DE2820672A1
Application number: DE19782820672
Authority: DE
Inventors: Bernard Robert
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1977-05-13
Filing date: 1978-05-11
Publication date: 1978-11-16
Also published as: FR2390627B1; DE7814254U1; IT7868079A0; SE7805444L; US4185878A; ES469332A1; FR2390627A1; IT1108578B; JPS5476443U

Description

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT Boulogne-Billancourt, Prankreich

Hydrostatisches Wellenlager

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Wellenlager mit einem Stützkreis mit um die Welle herum angeordneten gegenüberliegenden Stützkammern, die unter Druck stehendes Fluid aufnehmen und gegenüber der Welle einen ständigen Leckverlust haben, mit einem Ermittlungskreis für die radiale Lage der Welle im Lager mit um die Welle herum angeordneten gegenüberliegenden Ermittlungskammern, die unter Druck stehendes Fluid aufnehmen und gegenüber der Welle einen ständigen Leckverlust haben, und mit einer vom Ermittlungskreis betätigten und auf den Stützkreis wirkenden Regeleinrichtung für die Lage der Welle mit einem ein bewegliches Organ aufweisenden Verteiler zur Speisung der Stützkammern über Drosselstellen, die sich beiderseits ihrer Gleichgewichtsstellung gegenläufig verändern, wobei das bewegliche Organ des Verteilers in seiner Bewegung mit einem beweglichen Korrekturorgan verbunden ist, das

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den entgegengesetzten Wirkungen des Fluiddrucks ausgesetzt ist, der in den gegenüberliegenden Kammern des Ermittlungskreises herrscht.

Derartige Lager werden insbesondere an Werkzeugmaschinen, z.B. für Bohr- oder Schleifspindeln, verwendet.

Es werden drei Arten derartiger Lager unterschieden:

a) Einfache hydrostatische Lager, die durch feste Drosselstellen mit Stützfluid gespeist werden.

b) Hydrostatische Lager mit Druckregelung, die über Drosselstellen gespeist werden, die sich in Abhängigkeit von Abweichungen der in den Stutζkammern der Lager herrschenden Drücke verändern.

c) Hydrostatische Lager mit Lageregelung, die über Drosselstellen gespeist werden, die sich in Abhängigkeit von Abweichungen der Lage der Welle gegenüber einem festen Bezug in einem mit dem Lager verbundenen Koordinatensystem verändern.

Die Erfindung steht in Zusammenhang mit der letzten Art von hydrostatischem Lager.

Der durch Anwendung einer derartigen Technik angestrebte Zweck besteht in der Erzielung einer minimalen, wenn nicht keiner, Verschiebung der einer radialen Belastung unterworfenen Welle gegenüber dem Lager.

Die bisherigen Regeleinrichtungen sind nicht in das Lager integriert und bedingen die Verwendung von Verbindungskanälen mit dem Lager, die das Ganze komplex und voluminös machen.

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, die in erster Linie diesen Nachteil beseitigt.

Dies wird bei einem hydrostatischen Lager der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das bewegliche Organ des Verteilers als ringförmiges Element ausgebildet ist, das Speisekanäle der Stützkammern umgibt und mit den Speisekanälen die Drosselstellen bildet, wobei das ringförmige Element an gegenüberliegenden Bereichen seines Umfangs mit einer Winkelstellung, die derjenigen der Ermittlungskammern entspricht, den in den Ermittlungskammern herrschenden Fluiddrücken ausgesetzt ist.

Überdies weist die Erfindung den Vorteil auf, daß sie sich leicht für eine Lageregelung nicht nur in einer gegebenen radialen Richtung, sondern in jeder Richtung eignet. Dies geschieht einfach unter Anwendung in Kombination mit Ermittlungskreisen für zwei unterschiedliche radiale Richtungen von Druckkammern und -bereichen, die entsprechend auf dem beweglichen ringförmigen Element des Verteilers verteilt sind, d.h. ohne Verdoppelung eines derartigen Organs wie bei den bekannten Vorrichtungen mit üblichem gesonderten Verteiler.

Die Erfindung eignet sich auch leicht zur Speisung der Anordnung des hydrostatischen Lagers ausgehend von einer einzigen Druckquelle und mit einem einzigen Fluid, was bei den bekannten Lösungen der betrachteten Art nicht der Fall ist, wo der Ermittlungskreis und ein Teil des Regelkreises pneumatisch sind.

Im Hinblick auf eine Regelung mit einem guten dynamischen und insbesondere pumpfreien Verhalten zeichnet sich das hydrostatische Lager nach der Erfindung ebenfalls dadurch aus, daß das ringförmige Element von einem zweiten ringförmigen Element umgeben ist, das mit dem ersten ringförmigen Element Kammern bildet, die mit den Ermittlungskammern verbun-

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den sind und die gegenüberliegenden Bereiche begrenzen, wobei das zweite ringförmige Element seinerseits an seinem Umfang und in derselben Winkelausrichtung wie diejenige der Ermittlungskanimern der entgegengesetzten Wirkung von Fluiddrosseldrücken ausgesetzt ist, die einerseits Leckverlusten des Ermittlungskreises und andererseits einem Leckverlust eines Gleichgewichtsfluidkreises für die normale Stelle der Welle in ihrem Lager entsprechen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt des hydrostatischen Lagers;

Fig. 2 einen halben Querschnitt II-II von Fig. 1 des hydrostatischen Lagers.

Ein dargestelltes hydrostatisches Lager für eine Welle 1 enthält einen aus zwei Teilen 2a, 2b bestehenden Lagerkörper, aer das eigentliche hydrostatische Stützlager 3 aufnimmt. Dieses besteht aus einem Ring, auf dessen Innenseite vier einander gegenüberliegende und um 90 versetzte Stützkammern ausgebildet sind, die durch Rippen 5 begrenzt sind, deren Innenradius so groß ist, daß er einen ständigen Leckverlust an aen Rippen 5 gegenüber der Welle zuläßt (bei Spiel 6). Jede Kammer 4 wird durch einen radialen Kanal 7 gespeist, der im Ring als Fenster ausgebildet ist. Dieser Kanal mündet an seinem Umfang in eine Zufuhrkammer 8 für Druckflüssigkeit. Diese Zufuhrkammer ist zwischen den beiden Teilen 2a, 2b des Lagerkörpers ausgebildet und wird noch durch ein zwischen den Teilen 2a und 2b verschiebbar eingebautes ringförmiges Element 9 begrenzt. Jede Kammer 8 ist über eine Leitung mit einer nicht gezeigten Sammelleitung verbunden, mit der eine Druckflüssigkeitsquelle verbunden ist. Diese Speisung ist durch die Pfeile Pa symbolisch dargestellt. Die Innenseite des ringförmigen Elements 9 befindet sich gegenüber den radialen

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Kanälen 7 und ist von ihnen so weit im Abstand entfernt, daß eine veränderliche Drosselstelle zur Verteilung der Flüssigkeit des Stützkreises zu den Kammern 4 gebildet wird.

Der Ermittlungskreis für die radiale Lage der Welle 1 enthält zwei Paare von gegenüberliegenden und axial gegenüber dem Stützlager versetzten Kammern, von denen hier nur ein Paar bei 10 und 11 dargestellt ist, während das andere Paar um 90 versetzt ist. Diese Ermittlungskammern sind durch Rippen 12 begrenzt, deren Innenradius so bemessen ist, daß er dort einen ständigen Leckverlust gegenüber der Welle 1 (durch ein Spiel 13) zuläßt. Die Ermittlungskammern werden einzeln gespeist, und zwar über Leitungen 14 und 15 für die Ermittlungskammern 10 und 11 und über Drosselstellen 16 und 17, deren Speisung durch die Druckquelle ebenfalls durch die Pfeile Pa symbolisch dargestellt ist.

Stromab jeder Drosselstelle 16 und 17 und parallel zur Speiseleitung 14, 15 der entsprechenden Ermittlungskammer ist eine Zweigleitung 18, 19 vorgesehen, die in einer Kammer 20, 21 mündet. Die Kammern 20, 21 sind zwischen den beiden Teilen 2a, 2b des Lagerkörpers und am Umfang des ringförmigen Verteilungselements 9 ausgebildet. Die Winkellage jeder Kammer 20, 21 entspricht derjenigen der Ermittlungskammer, mit der sie auf diese Weise verbunden ist. Die beiden Paare von Kammern 20, 21 werden ebenfalls durch ein zweites ringförmiges Element 22 begrenzt, das verschiebbar zwischen den Teilen 2a, 2b des Lagerkörpers eingebaut ist.

Das zweite ringförmige Element 22 ist von einem zwischen den Teilen 2a, 2b festgelegten Kranz 23 umgeben und ist der entgegengesetzten Wirkung von Fluiddrosseidrücken ausgesetzt, und zwar ausgehend von Kammern, die an der Innenseite des Kranzes 23 ausgebildet und durch Rippen begrenzt sind. Diese

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Kammern enthalten für jede Ermittlungsachse zwei Kammern 24, 25, die längs ein und derselben Mantellinie des Kranzes angeordnet und jeweils mit je einer Ermittlungskammer ein und desselben Paars, etwa 10 und 11, verbunden sind. Die beiden Kammern 24, 25 sind auch in derselben radialen Ebene angeordnet wie die radiale Ebene der entsprechenden Ermittlungskammern 10 und 11. Außerdem ist gegenüber den Kammern 24, 25 im Kranz eine Kammer 26 ausgebildet, die über einen radialen Kanal 27 mit verengtem Querschnitt gespeist wird. Der Kanal 27 steht mit einem Kanal 28 in Verbindung, der in einer Hülse 29 ausgebildet ist, die den Kranz 23 und auch die Teile 2a, 2b des Lagerkörpers umgibt, wobei die Speisung der Leitung von der Druckquelle aus erfolgt und ebenfalls durch den Pfeil Pa symbolisch dargestellt ist.

Die Kammer 24 wird ausgehend von einer Leitung 18 gespeist, die von der Speiseleitung 14 für die Ermittlungskammer IO über eine Leitung 30 des Teils 2b abgezweigt ist, die ständig mit einer in die Kammer 24 mündenden abgewinkelten Leitung 31 im Kranz 23 in Verbindung steht. Die Kammer 25 wird ausgehend von der Speiseleitung 15 für die Ermittlungskammer gespeist, und zwar über eine an der Hülse 29 gelegene Abzweigung der Speiseleitung 15, wobei die Abzweigung aus einer halbkreisförmigen Leitung 32 besteht, die mit einer abgewinkelten Leitung 33 im Teil 2a in Verbindung steht, die ihrerseits mit einer abgewinkelten und in die Kammer 25 mündenden Leitung 34 im Kranz 23 in Verbindung steht. Die Begrenzungsrippen der Kammern 24, 25, 26 haben einen Innenradius, der für diese Kammern ein veränderliches Austrittsspiel 35 bzw. 36 gegenüber dem zweiten ringförmigen beweglichen Element frei läßt.

Ein derartiges hydrostatisches Lager arbeitet in folgender Weise:

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Bei Abwesenheit einer äußeren Belastung an der Welle 1 sind die in den Stützkaminern 4 entstehenden Drücke praktisch gleich wie auch die in den Ermittlungskarcmern IO und 11 entstehenden Drücke, d.h. daß die Austrittsspiele 6 und 13 sich ausgleichen und die Welle 1 im Lager praktisch zentriert ist. Dabei sind die Verteilungsdrosselstellen 37 und 38 praktisch gleich und befindet sich die ringförmige Anordnung 9, 22 im Gleichgewichtszustand unter der Wirkung der entgegengesetzten Kräfte, die sich aus den Fluidaustrittsdrosselungen aus den Kammern 24, 25 einerseits und 26 andererseits ergeben.

unter der Annahme, daß eine äußere Kraft mit der Richtung F dann auf die Welle 1 wirkt, leitet diese Kraft eine Verschiebung ein, die bestrebt ist, das Austrittsspiel 13 der Ermittlungskammer 10 zu verengen und dasjenige der Ermittlungskammer 11 zu vergrößern. Hierdurch nimmt der Druck der Flüssigkeit in der Leitung 14 und in der abgezweigten Kammer 20 zu, während der Druck der Flüssigkeit in der Leitung 15 und der abgezweigten Kammer 21 abnimmt. Daraus ergibt sich, daß die ringförmige bewegliche Anordnung 9, 22 sich ihrerseits in der Richtung F verschiebt und eine Zunahme des Durchtrittsquerschnitts der Drosselstelle 37 und eine Verminderung des Durchtrittsquerschnitts der Drosselstelle 38 hervorruft. Hierdurch nimmt der Druck der Flüssigkeit in der von der Drosselstelle 37 gespeisten Kammer 4 gegenüber demjenigen der von der Drosselstelle 38 gespeisten gegenüberliegenden Kammer 4 zu, so daß auf die Welle 1 eine Kraft wirkt, die der Kraft mit der Richtung F entgegengesetzt ist und bis zum Ausgleich der letzteren zunimmt, d.h. bis die Welle 1 in ihre zentrierte Anfangsstellung zurückgeführt ist. Es stellt sich somit ein neuer Gleichgewichtszustand her, bei dem die Drücke in den Ermittlungskammern 10, 11 wieder untereinander gleich werden und bei dem die Lage der ringförmigen beweglichen Anordnung 9, 22 lediglich abgeändert ist zur Herstellung des zentrierten

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Gleichgewichts der Welle durch eine unterschiedliche Druckwirkung in den Stützkammern 4.

Diese Funktionsbeschreibung für die Ermittlungsachse in Richtung F findet gleichfalls bei einer hierzu senkrechten Achse Anwendung, längs welcher das andere Paar von Kammern 10, 11 angeordnet ist, das mit dem anderen Paar von Kammern 20, 21 in Verbindung steht, so daß jede an der Welle 1 wirkende äußere Kraft, die unabhängig von der Richtung längs der beiden betrachteten Ermittlungsachsen auf zwei Komponenten zurückgeführt wird, ausgeglichen werden kann durch die kombinierte Wirkung der Ermittlungsdrücke längs den beiden Achsen an der ringförmigen beweglichen Anordnung 9, 22, wodurch eine radiale Verschiebung dieser Anordnung in Richtung dieser Kraft und eine geeignete Druckkorrektur in den Stützkammern 4 erfolgt.

überdies wurde zur Erzielung einer besseren Regelung insbesondere im dynamischen Bereich vorzugsweise die Anwendung von entgegengesetzten Fluiddrosseidrücken an der ringförmigen beweglichen Anordnung 9, 22 vorgesehen, wobei daran erinnert wird, daß es sich einerseits um Austrittsdrücke der Kammern 24, 25 und andererseits um den Austrittsdruck der Kammer 26 für jede Ermittlungsachse handelt.

Das Vorhandensein dieser entgegengesetzten Fluiddrosseldrücke trägt zur Dämpfung der beweglichen Korrekturanordnung im dynamischen Bereich bei, wobei außerhalb des von ihnen gewährleisteten normalen Gleichgewichts diese Drücke sich entgegengesetzt zur ausgeübten Erregung an der ringförmigen beweglichen Korrekturanordnung 9, 22 ausgehend von den in den Ermittlungskammern erzeugten Drücken verändern.

Wenn sich somit beim dargestellten Beispiel einer die Achse in der Richtung F verschiebenden äußeren Kraft die Anordnung 9, 22 ebenfalls unter Druckanstieg der Kammer 20 verschiebt, nehmen die Drosseldrücke bei 24 und 25 zu, während der Dros-

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seidruck bei 26 abnimmt, und zwar entgegen der an der Anordnung 9, 22 ausgeübten Belastung.

Dies bedingt auch eine gewisse Veränderung in der Entwicklung der Drücke in den Ermittlungskammern, die im stabilisierten Korrekturbereich, wie bereits ausgeführt, untereinander gleich bleiben und sich in Abhängigkeit von der Veränderung des Austrittsspiels 35 der betrachteten Kammern 24 und 25 verändern.

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Claims

Patentanwälte

DIPL-ING. R. BEETZ SEN. - DIPL.-ING. K. LAMPRECHT - DR.-ING. R. BEETZ JR.
RECHTSANWALT DIPL.-PHYS. DR. JUR. U. HEIDRICH

DR.-:riG. W. TIMPE - DIPL-ING. J. SIEGFRIED

PRIV.-DOZ. DiPL-CHEM. DR. RER. NAT. W. SCHMITT-FUMIAN

SteinsdorfstraBe 10 - D-8000 München 22

578-28.280P 11. Mai 1978

Ansprüche

Hydrostatisches Wellenlager

mit einem Stützkreis mit um die Welle herum angeordneten gegenüberliegenden Stützkammern, die unter Druck stehendes Fluid aufnehmen und gegenüber der Welle einen ständigen Leckverlust haben,

mit einem Ermittlungskreis für die radiale Lage der Welle im Lager mit um die Welle herum angeordneten gegenüberliegenden Ermittlungskammern, die unter Druck stehendes Fluid aufnehmen und gegenüber der Welle einen ständigen Leckverlust haben, und

mit einer vom Ermittlungskreis betätigten und auf den Stützkreis wirkenden Regeleinrichtung für die Lage der Welle mit einem ein bewegliches Organ aufweisenden Verteiler zur Speisung der Stützkammern über Drosselstellen, die sich beiderseits ihrer Gleichgewichtsstellung gegenläufig verändern,

578-(77/14.746)

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ORIGINAL

wobei das bewegliche Organ des Verteilers in seiner Bewegung mit einem beweglichen Korrekturorgan verbunden ist, das den entgegengesetzten Wirkungen des Fluiddrucks ausgesetzt ist, der in den gegenüberliegenden Kammern des Ermittlungskreises herrscht,

dadurch gekennzeichnet,

daß das bewegliche Organ des Verteilers als ringförmiges Elenent (9) ausgebildet ist, das Speisekanäle (7) der Stützkammern (4) umgibt und mit den Speisekanälen (7) die Drosselstellen (37, 38) bildet,

wobei das ringförmige Element (9) an gegenüberliegenden Bereichen seines Umfangs mit einer Winkelstellung, die derjenigen der Ermittlungskammern (10, 11) entspricht, den in den Ermittlungskammern (10, 11) herrschenden Fluiddrücken ausgesetzt ist.
2. Lager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das ringförmige Element (9) von einem zweiten ringförmigen Element (22) umgeben ist, das mit dem ersten ringförmigen Element (9) Kammern (20, 21) bildet, die mit den Ermittlungskammern (10, 11) verbunden sind und die gegenüberliegenden Bereiche begrenzen,

wobei das zweite ringförmige Element (22) seinerseits an seinem Umfang und in derselben Winkelausrichtung wie diejenige der Ermittlungskammern (10, 11) der entgegengesetzten Wirkung von Fluiddrosseldrücken ausgesetzt ist, die einerseits Leckverlusten des Ermittlungskreises und andererseits einem Leckverlust eines Gleichgewichtsfluidkreises für die normale Stelle der Welle (1) in ihrem Lager (3) entsprechen.
3. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet

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durch zwei Ürmittlungskreise für zwei unterschiedliche radiale Richtungen, wobei jedem Ermittlungskreis die um das ringförmige Element (9) herum angeordneten gegenüberliegenden Bereiche entsprechen, die den in den Lrmittlungskammern (10, 11) herrschenden Drücken ausgesetzt sind.
4. Lager nach Anspruch 2 und 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die entgegengesetzte Wirkung der Fluiddrosselurücke ans zweiten ringförmigen Element (22) in beiden radialen Richtungen der Ermittlungskreise stattfindet.
5. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, uacurch gekennzeichnet,

daß die Kreise für unter Druck stehendes Fluid mit einem einzigen Fluid und von einer einzigen

Druckquelle gespeist werden.

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