DE2837346A1

DE2837346A1 - Vorrichtung zum aufrechterhalten eines erforderlichen fluessigkeitsdruckes in einem hydrostatischen lager

Info

Publication number: DE2837346A1
Application number: DE19782837346
Authority: DE
Inventors: Karl Goeran Albin Haallstedt; Lars Gustav Lindberg; Bengt Harry Svensson
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1977-09-01
Filing date: 1978-08-26
Publication date: 1979-03-08
Also published as: AT382442B; NO782966L; JPS6114364B2; JPS5447054A; FR2402102B1; CA1094620A; AU519128B2; FR2402102A1; NO146407C; FI65651B; NO146407B; BR7805699A; SE7709826L; AU3937078A; GB2003559A; SE416075B; DE2837346C3; FI65651C; ATA634378A; DE2837346B2

Description

SKF KUGELLAGERFABRIKEN GMBH Schweinfurt, 23. 8.1978

TPA/bla.hb SW 77 017 DT

Vorrichtung zum Aufrechterhalten eines erforderlichen Flüssigkeitsdruckes in einem hydrostatischen Lager

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten eines erforderlichen Flüssigkeitsdruckes in einem hydrostatischen Lager während der Abbremszeit bei Pumpenausfall/ um metallische Berührung zwischen den zusammenwirkenden Lagerflächen zu vermeiden.

Diese Vorrichtung umfaßt einen an das Flüssigkeitszuführungssystem des Lagers angeschlossenen Druckspeicher und ist in der Lage, im Druckspeicher einen ausreichenden Flüssigkeitsdruck aufrecht zu halten.

In einem hydrostatischen Lager werden die zusammenwirkenden Lagerflächen durch eine unter Druck stehende Flüssigkeit, gewöhnlich öl ,auf Abstand gehalten. Der

909810/0886

erforderliche Öldruck wird durch ein Pumpensystem erzeugt. Ein solches Lager hat eine hohe Tragfähigkeit und eine niedrige Reibung. Die niedrige Reibung ist jedoch davon abhängig, daß ein erforderlicher öldruck während des Betriebs aufrechterhalten wird. Sollte der Druck aus irgendeinem Grund ausfallen, ζ. B. durch eine Stromunterbrechung, wobei die Elektromotore der Pumpen stehenbleiben, tritt eine metallische Berührung und eine hohe Reibung zwischen den zusammenwirkenden Lagerflächen auf, wodurch das Lager ausfallen kann und Schäden an der gesamten Anlage entstehen können. Aus Sicherheitsgründen ist es daher notwendig, dafür zu sorgen, daß, z. B. bei einer Stromunterbrechung, das Lager mit öl unter ausreichendem Druck während der Abbremszeit versorgt wird, d. h. während der Zeit, die erforderlich ist, das vom Lager getragene Teil zu stoppen.

Für diesen Zweck ist es bereits bekannt, öl unter Druck zu speichern, z. B. in einem Kolbenspeicher, welcher im Prinzip aus einem Zylinder besteht, in welchem ein axial frei beweglicher Kolben das Zylindervolumen in zwei Teile teilt, wobei öl in Verbindung mit dem Lagerdruckölsystem in einem Teil des Zylinders enthalten ist und Druckgas in dem anderen Teil. Der Öldruck und der Gasdruck auf beiden Seiten des frei beweglichen Kolbens gleichen sich automatisch aus, um den Kolben ins Gleichgewicht zu bringen. Da das Gas verdichtbar ist, variiert das Gasvolumen entsprechend dem im Lager herrschenden Öldruck und dieser Öldruck wiederum variiert entsprechend der Lagerbelastung. Das im Speicher enthaltene ölvolumen varriert wiederum entsprechend den durch die Lagerbelastung verursachten

909810/0886

Veränderungen. Das ölvolumen im Speicher muß stets ausreichend für die Abbremszeit sein. Bei Lagern, die sehr großen Lastschwankungen ausgesetzt sind, z. B. in Walzwerken, bedeutet dies, daß das Speichervolumen groß sein muß, und daß dieses Volumen dann nur zu einem sehr geringen Teil ausgenutzt wird. Die Kosten für die Speichereinheit sind daher beträchtlich und betragen einen großen Teil der Gesamtkosten des Lagersystems. Außerdem ist der erforderliche Bau-0 raum groß.

Es sind auch andere Systeme vorgeschlagen worden, um metallische Berührung zwischen den Lagerflächen hydrostatischer Lager bei Pumpenausfall zu vermeiden, z. B. das Pumpensystem mit Schwungrädern zu verbinden, die die Pumpen während einer gewissen Zeit nach Stromunterbrechung antreiben oder das zu tragende Teil mit Hilfslagern, wie Rollenlagern, zu versehen, die in Aktion treten, wenn der Druck im hydrostatischen Lager aufhört. Solche Lösungen sind jedoch technisch kompliziert und kostspielig und sind häufig nicht zuverlässig genug.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines erforderlichen Flüssigkeitsdruckes in einem hydrostatischen Lager während der Abbremszeit bei Pumpenausfall zu schaffen, welche mit Hilfe eines verhältnismäßig kleinen Speichers mit ausreichender Zuverlässigkeit auch bei sehr hohen Lagerdruckschwankungen funktioniert, die einfach im Aufbau, platzsparend, sicher und billig in der Herstellung ist.

909810/0886

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den ünteransprüchen beschrieben. Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird eine Vorrichtung geschaffen, bei der eine zusätzliche, als Verdrängerpumpe ausgebildete Zumeßeinheit als Druckerzeugungsteil wirkt.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 besteht das Druckerzeugungsteil aus einer oder mehreren Pumpen, die durch den gleichen Motor angetrieben werden wie die Hauptpumpe, wobei diese Pumpen eine niedrigere Pumpenleistung aufweisen als die Hauptpumpe.

Der Anspruch 4 bezieht sich auf die Ausbildung der Leitungen zu den Lagertaschen und die Anordnung und Dimensionierung der Ventile.

In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 1 zeigt in schematischer Form ein Lager mit einem umlaufenden Ring 1, welcher von drei hydrostatischen Lagerblöcken 2, 3 und 4 getragen wird. Die Lagerblöcke werden mit Drucköl von einem Ölbehälter 5 über zwei

ft *-

909810/0886

Pumpen 6 und 7 versorgt, die je einen Motor 8, 9 aufweisen, und der ölfluß wird zwischen den Blöcken über ein Durchflußverteilungsteil geleitet, das an sich bekannt ist und drei miteinander verbundene Zumeßeinheiten 10, 11, 12 einschließt, die als Verdrängerpumpen konstruiert sind. Ein Geschwindigkeitsmesser 12a prüft, daß stets eine ausreichende Menge öl zu den Lagerblöcken 2, 3 und 4 fließt. Der Leckfluß vom Lager wird vorzugsweise über eine nicht gezeigte Filtervorrichtung geleitet und fließt zum Behälter 5 zurück. Um zu verhindern, daß öl in dem System rückwärts fließt, sind Einwegventile 13, 14, 15, 16, 17 jeder Pumpeneinheit nachgeschaltet.

Ein Speicher, welcher sicherstellt, daß öl unter Druck zu den Lagerblöcken 2, 3 und 4 während der Abbremszeit des Lagers bei Ausfall der Pumpen 6 und 7 fließt, besteht aus einem Zylinder 18, dessen Volumen in zwei Kammern mittels eines axial frei beweglichen Kolbens 19 aufgeteilt ist. Da der Kolben frei beweglich ist, ist der Druck in beiden Kammern stets gleich. In der einen Kammer 20 befindet sich Druckgas. Diese Kammer 20 ist vorzugsweise mit einem besonderen Druckgasbehälter 21 verbunden, um sicherzustellen, daß das Gas stets einen ausreichenden Druck hat. Die andere Kammer 22 ist in der nachstehend be-• schriebenen Weise an das Druckölsystem des Lagers angeschlossen und mit öl gefüllt. Ein Teil des Öls, das von den Pumpen 6 und 7 zum Lager fließt, wird durch ein besonderes Druckerzeugungsteil geführt. Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 durch eine zusätzliche Zumeßeinheit 23 in dem Durchflußverteilungsteil, in der

909810/0886

2837341

das öl einen höheren Druck erhält als der maximale
im Lager auftretende Druck. Das öl fließt von. der
Zumeßeinheit 23 zu jedem der Lagerblöcke 2_r 3, 4 über Leitungen, in welche unveränderliche Strömungsventile 24, 25, 26 eingebaut sind. Diese Ventile sind so eingestellt, daß nur ein Teil des Öls, das die Zumeßeinheit 23 passiert, zu den Lagerblöcken 2_f 3, 4 geführt wird. Während des normalen Laufs wird der Rest des Öls zurück in die Position 27 stromaufwärts vom DurchfItißverteilungsteil geführt, und in dieser Position ist der Öldruck niedriger als stromabwärts in der Zumeßeinheit Um eine Einstellung des gewünschten Öldruckes in dem von der Zumeßeinheit 23 fließenden öl zu ermöglichen,» ist ein einstellbares Druckventil 28 in die Rücklaufleitung stromaufwärts von der Position 27 eingebaut. Dieses
Ventil ist so eingestellt, daß es sich bei dem gewünschten Druck des Öls in der Kammer 22 des Speichers 18 öffnet. Solange der Druck niedriger ist_f z. B. beim Anlaufen, ist das Ventil 28 geschlossen und wenn die

Durchflußmenge durch die Zumeßeinheit 23 größer ist als die Durchflußmenge durch die Strömungsventile 24 _r 25, 26, fließt das restliche öl in die Kammer 22, welche
mit der Zumeßeinheit 23 und mit der Rückleitung mit
dem Ventil 28 und mit den Leitungen mit den unver-

änderlichen Strömungsventxlen 24, 25, 26 mit den
Lagerblöcken 2, 3, 4 verbunden ist.

Wenn das öl beim Anlaufen in die Kammer 22 fließt,
erhöht sich ihr Volumen, wobei das Volumen der Kammer 20 entsprechend abnimmt. Dies bedeutet, daß der Gasdruck zunimmt und so auch der Drttck in der Kammer 22. Sobald der Druck den im Ventil 28 eingestellten Wert

- 10 -

909810/0886

-1G-

erreichfc, öffnet sich das Ventil und der ö!Überschuß fließt durch die Rücklaufleitung anstatt zum Druckspeicher 18 _r der während des Betriebes so stets mit öl des gewünschten Druckes gefüllt ist» Bei Ausfall der Pumpen 6_F 7 wird der Fluß durch das Durchflußverteilungsteil gestoppt und somit auch der durch die Zumeßeinheit 23 _r wobei der Druck stromabwärts iron hier fällt. Das Ventil 28 schließt sich hierbei und öl wird aus der Kammer 22 durch den Gasdruck in der Kammer 20 herausgepreßt und zwar durch die Leitungen mit den Ventilen 24, 25, 26 während einer Zeitdauer, die ausreicht, um den umlaufenden Ring 1 zu stoppen, ehe der Druck in den Lagerblöcken 2, 3, 4 so niedrig wird, daß metallische Berührung zx-jisehen den Lagerblöcken und dem Ring 1 entsteht. Ein Rückschlagventil 29 verhindert, daß das öl vom Druckspeicher 18 zurück zur Zumeßeinheit 23 fließt. Da es möglich ist, den Öldruck in der Kammer 22 durch das Ventil 28 auf den gewünschten Wert einzustellen, dieser Wert sollte jedoch den maximalen Öldruck im Lager übersteigen, wird das gesamte in. der Kammer 22 enthaltene ölvolumen, z. B. bei Pumpenatssfall, mit einem erforderlichen Druck zum Lager geführt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Speichereinheit lediglich so groß zu bauen, daß das gespeicherte öl für die Äbbremszeit des Lagers ausreicht.

Bei Pumpenausfall ist während der Äbbremszeit des Lagers eine Durchflußmenge vom Speicher 18 erforderlich, die vorzugsweise wenigstens 10% der normalen Durchflußmenge während des Betriebes unter einer bestimmten Lagerbelastung beträgt. Außerdem sollte es möglich sein, das

- 11 -

9Q9810/088S

Lager ohne Einschränkung nur mit einer der Pumpen 6 und 7 zu betreiben, d. h. mit der Hälfte der Durchflußmenge, um Reparatur und Wartung einer der Pumpen während des Lagerbetriebes zu ermöglichen. Außerdem ist es erforderlich, daß die ölmenge durch die Zumeßeinheit 23 auch bei halber Durchflußmenge 10% der normalen Durchflußmenge zum Lager beträgt, d. h. mindestens so viel, wie durch die Ventile 24, 25, fließt, um sicherzustellen, daß der Druck im Speicher 18 beibehalten wird. Dies bedeutet, daß bei normalem Betrieb, wenn beide Pumpen laufen, mehr als die Hälfte des durch die Zumeßeinheit 23 gepumpten Öls durch die Rücklaufleitung fließt. Da jedoch nur rd. 25% der gesamten Durchflußmenge die Zumeßeinheit 23 passieren muß, ist der gesamte Verlust der Durchflußmenge durch die Ventile 24, 24, 26 und 28 verhältnismäßig gering.

Figur 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Das Lager und das Hydrauliksystem entsprechen weitgehend der in Fig. 1, dargestellten Konstruktion. Das spezielle Druckerzeugungsteil ist bei dieser Vorrichtung mit Pumpen 32, 33 versehen, die an die Hauptpumpen 30, 31 angeschlossen sind, anstelle einer zusätzlichen Zumeßeinheit im Durchflußverteilungsteil 34. Die anderen Teile dieser Vorrichtung entsprechen vollständig den in Fig. 1 beschriebenen Teilen, so daß die Vorrichtung ebenfalls entsprechend arbeitet.

Es ist auch möglich, weitere Ausführungsformen der Erfindung im Rahmen der Ansprüche zu verwenden. Wird z. B. nur ein Lagerblock verwendet, dann wird kein Durchflußverteilungsteil benötigt und dann wird

- 12 -

909810/0886

vorzugsweise nur ein unveränderliches Durchflußventil in der Leitung zwischen dem speziellen Druckerzeugungsteil und dem Lagerblock verwendet. Anstatt ein Durchflußverteilungsteil des oben beschriebenen Typs zu verwenden, ist es natürlich möglich, andere Systeme zu nehmen, z. B. Widerstände in den Leitungen, die an jeden Lagerblock angeschlossen sind. Es ist auch möglich, einen besonderen Antriebsmotor für die Pumpen 10, 11, 12, 23 in Abbildung 1 und 34 in Fig. 2 einzubauen, welcher Durchflußverteilungsteile aufweist.

90981 0/0886

Leerseite

Claims

SKF KUGELLAGERFABRIKEN GMBH Schweinfurt, 23.8.1978 TPA/bla.hb SW 77 »346 Vorrichtung zum Aufrechterhalten eines erforderlichen Flüssigkeitsdruckes in einem hydrostatischen Lager Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines erforderlichen Flüssigkeitsdruckes in einem hydrostatischen Lager während der Abbremszeit bei Pumpenausfall, bestehend aus einem Speicher, der mit dem Flüssigkeitszuführungssystem des Lagers verbunden ist sowie aus Vorrichtungen für die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Druckes in der im Speicher vorgesehenen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der zum Lager fließenden Druckflüssigkeit durch ein spezielles Druckerzeugungsteil (23, 32, 33) geführt wird, in welchem es einen höheren Druck als den maximalen Flüssigkeitsdruck im Lager erhält, daß der Druckspeicher (18) mit diesem Teil der Druckflüssigkeit in Verbindung steht, wobei der Flüssigkeitsdruck im Druckspeicher (18) gleich dem Druck in dem besagten Teil der Druckflüssigkeit ist, und daß ein Teil des genannten Teiles der Druckflüssigkeit über ein oder mehrere unveränderliche Strömungsventile (24, 25, 26) zum Lager geführt wird und der Rest zu

909810/088

-Z-

einer Position (27) im System mit niedrigerem Druck über eine Rücklaufleitung mit einem Einwegventil (28), das sich öffnet, wenn der Flüssigkeitsdruck dem besagten höheren Druck entspricht.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 für ein hydrostatisches Lager mit einer Vielzahl von Lagertaschen, die mit einer Druckflüssigkeit von einem gemeinsamen Pumpensystem über ein Durchflußverteilungsteil mit einer Anzahl von miteinander verbundenen Zumeßeinheiten versorgt werden, die als Verdrängerpumpen konstruiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Zumeßeinheit (23) in dem Durchflußverteilungsteil vorgesehen ist und als spezielles Druckerzeugungsteil wirkt.

3. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das spezielle Druckerzeugungsteil aus einer oder mehreren Pumpen (32, 33) besteht, angetrieben durch den gleichen Motor oder Motoren, die die Hauptpumpe oder Hauptpumpen antreiben und diese Pumpe bzw. Pumpen eine niedrigere Pumpenleistung haben als die Hauptpumpe oder die Hauptpumpen.

4. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, vorgesehen für ein hydrostatisches Lager mit einer Vielzahl von Lagertaschen, die von einem gemeinsamen Pumpensystem mit einer Druckflüssigkeit versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagertaschen von dem speziellen Druckerzeugungsteil (23, 32, 33) über eine eigene Leitung mit einer Druckflüssigkeit versorgt werden und jede dieser Leitungen

90981 0/0886

mit einem eigenen Ventil (24, 25, 26) für konstanten Durchfluß versehen ist, das so dimensioniert ist, daß die gesamte Durchflußmenge durch die Ventile geringer ist als die Durchflußmenge durch das spezielle Druckerzeugungsteil (23, 32, 33).

909810/0886