DE2837346C3 - Druckspeicher-System zum Aufrechterhalten eines erforderlichen Flüssigkeitsdruckes in einem hydrostatischen Lager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckspeicher-System mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs aufgeführten

Merkmalen.

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

ίο wird. Sollte der Druck aus irgendeinem Grund ausfallen, z. B. durch eine Stromunterbrechung, wobei die Elektromotore der Pumpen stehenbleiben, tritt eine metallische Berührung und eine hohe Reibung zwischen den zusammenwirkenden Lngerflächen 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.

Es ist bereits durch die DE-OS 21 27 478 bekannt, zur Aufrecbterhaltung eines erforderlichen Flüssigkeitsdrucks in einem hydrostatischen Lager während der

?ϊ Abbremszeit bei Pumpenausfall einen Druckspeicher vorzusehen, der mit dem Flüssigkeitszuführungssystem des Lagers verbunden ist.

Durch die DE-OS 15 25 813 ist es ferner nicht mehr neu. Öl unter Druck zu speichern, z. B. in einem

3d 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, ändert sich das Gasvolumen entsprechend dem im Lager herrschenden Öldruck und dieser Öldruck variiert entsprechend der Lagerbelastung. Das im Speicher enthaltene ökolumen variiert wiederum entsprechend den durch die Lagerbelastung verursachten Veränderungen. Das Ölvolumen im zusätzlichen Speicher muß stets ausreichend für die Abbremszeit sein. Bei Lagern, die sehr großen Lastschwankungen ausgesetzt sind, z. B. in Walzwerken, bedeutet dies, daß das Volumen des zusätzlichen Speichers 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 Bauraum 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 Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckspeicher-System zur Aufrechterhaltung eines erforderlichen Flüssigkeitsdruckes in einem hydrostatischen Lager während der Abbremszeit bei Pumpenaus-

fall zu schaffen, welches mit Hilfe eines verhältnismäßig kleinen Speichers mit ausreichender Zuverlässigkeit auch bei sehr hohen Lagerdruckschwankungen funktioniert, das einfacli im Aufbau, platzsparend und billig in der Herstellung isL

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches aufgeführten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird ein Druckspeicher-System geschaffen, bei dem 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 Anordnung und Dimensionierung der Ventile.

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

F i g. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäBen Druckspeicher-Systems,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 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 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 Druckerzeugungsteile 10, 11, 12 einschließt, die als Verdrängerpumpe 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 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 Druckspeicher 18, welcher sicherstellt, daß öl unier 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, 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 mit einem besonderen Druckgasbehälter 21 verbunden, um sicherzustellen, daß das Gas stets einen ausreichenden Druck hat. Die andere Kammer 22 ist in der nachstehend beschriebenen 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 eines zusätzlichen Druckerzeugungsteils 23, in dem Durchflußverteilungsteil erhält das öi einen höheren Druck als der maximale im Lager auftretende Druck. Das öl fließt von dem Druckerzeugungsteil 23 zu jedem der Lagerblöcke 2, 3, 4 über Leitungen, in welche Konstantströmungsventile 24, 25, 26 eingebaut sind. Diese Ventile sind so eingestellt, daß nur ein Feil des Öls, welches das Druckerzeugungsteil 23 passiert, zu den Lagerblöcken 2, 3, 4 geführt wird. Während des normalen Laufs wird der Rest des Öls zurück in die Position 27 stromaufwärts vom Durchflußverteilungsteil geführt, und in dieser Position ist der Öldruck niedriger als stromabwärts in dem Druckerzeugungsteil 23. Um eine Einstellung lies gewünschten Öldruckes in dem von dem Druckerzeugungsteil 23 fließenden Öl zu ermöglichen, ist ein Druckbegrenzungsventil 28 in die Rücklaufleitung stromaufwärts von der Position 27 eingebaut. Dieses

ίο Druckbegrenzungsventil 28 ist so eingestellt, daß es sich bei dem gewünschten Druck des Öls in der Kammer 22 des Druckspeichers 18 öffnet. Solange der Druck niedriger ist, z. B. beim Anlaufen, ist das Druckbegrenzungsventil 28 geschlossen und wenn die Durchflußmenge durch das Druckerzeugungsteil 23 größer ist als cJie Durchflußmenge durch die Konstantströmungsventile 24, 25, 26, fließt das restliche Öl in die Kammer 22, welche mit dem Druckerzeugungsteil 23 und mit der Rückleitung mit dem Druckbegrenzungsventil 28 und mit den Leitungen mit den Konstantströmungsventilen 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 Druck in der Kammer 22.

Sobald der Druck den im Druckbegrenzungsventil 28 eingestellten Wert erreicht, öffnet sich das Ventil und der Ölüberschuß fließt durch die Rücklaufleitung anstatt

ω zum Druckspeicher 18. der während des Betriebes so stets mit öl des gewünschten Druckes gefüllt ist. Bei Ausfall der Pumpen 6, 7 wird der Fluß durch das Durchflußverteilungsteil gestoppt und somit auch der durch das Druckerzeugungsteil 23, wobei der Druck

ji stromabwärts von hier fällt. Das Druckbegrenzungsventil 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 Konstantströmungsventüen 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 zwischen den Lagerblöcken und dem Ring 1 entsteht. Ein Rückschlagventil 28 verhindert, daß das Öl vom Druckspeicher 18 zurück zum Druckerzeugungsteil 23 fließt. Da es möglich ist, den Öldruck in der Kammer 22 durch das Druckbegrenzungsventil 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 Pumpenausfall, mit einem erforderlichen Druck zum Lager geführt. Dabei ist die Speichereinheit lediglich so groß zu bauen, daß das gespeicherte öl für die Abbrermzeit des Lagers ausreicht.

Bei Pumpenausfall ist während der Abbremszeit des Lagers eine Durchflußmenge vom Druckspeicher 18 erforderlich, die wenigstens 10% der normalen Durchflußmeiige während des Betriebes unter einer bestimmten Lagerbelastung beträgt. Außerdem sollte es möglich

W) sein, das 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 das Druckerzeugungsteil 23 auch bei halber Durchflußmenge 10% der normalen Durchflußmenge zum Lager beträgt, d. h. mindestens so viel, wie durch die Konstantströmungsveritile 24, 25, 26 fließt, um sicherzu-

stellen, daß der Druck im Druckspeicher 18 beibehalten wird. Dies bedeutet, daß bei normalem Betrieb, wenn beide Pumpen laufen, mehr als die Hälfte des durch das Druckerzeugungsteii 23 gepumpten Öls durch die Rücklaufleitung fließt. Da jedoch nur rd. 25% der gesamten Durchflußmenge das Druckerzeugungsteii 23 passieren muß, ist der gesamte Verlust der Durchflußmengv.· durch die Konstantströmungsventile 24, 25, 26 und das Druckbegrenzungsventil 28 verhältnismäßig gering. ι

F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Das Lager und das Hydrauliksystem entsprechen weitgehend der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion. Das spezielle Druckerzeugungsteii ist bei dieser Vorrichtung mit Pumpen 32, 33 versehen, die an die Hauptpumpen i 30, 31 angeschlossen sind, anstelle eines zusätzlichen Druckerzeugungsteils im Durchflußverteilungsteil 34.

Die anderen Teile dieser Vorrichtung entsprechen vollständig den in F i g. 1 beschriebenen Teilen, so daß die Vorrichtung ebenfalls entsprechend arbeitel. Eine weitere Ausführungsform des Druckspeicher-Systems

. ergibt sich /.. B. dadurch, daß nur ein Lagerblock verwendet wird; dann ist kein Durchflußverteilungsteil erforderlich und dann wird nur ein Konstantströmungsventil in der Leitung zwischen dem speziellen Druckerzeugungsteii und dem Lagerblock benötigt.

n 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 F i g. 2 einzubauen, welcher Durchfiußverteüungsteüe aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Druckspeicher-System zur Aufrechterhaltung eines erforderlichen Flüssigkeitsdruckes in einem hydrostatischen Lager während der Abbremszeit bei Pumpenausfall, bestehend aus einem Druckspeicher, der mit dem Flüssigkeitszuführungssystem des Lagers verbunden ist, sowie aus Vorrichtungen zur Aufrechterhaltung eines ausreichenden Druckes in der im Druckspeicher vorhandenen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Teilstrom der zum Lager fließenden Druckflüssigkeit durch ein spezielles Druckerzeugungsteil (23, 32, 33) geführt wird und dabei auf einen höheren Druck als den maximalen Flüssigkeitsdruck im Lager gebracht wird, daß

b) der Druckspeicher (18) über eine Abzweigleitung mit der Ausgangsleitung des Druckerzeugungsteiles (23,32,33) verbunden ist, daß

c) ein Druckbegrenzungsventil (28) über eine weitere Abzweigleitung mit der Ausgangsleitung des Druckerzeugungsteiles (23, 32, 33) verbunden ist, daß

d) das Druckbegrenzungsventil (28) über eine Rücklaufleitung mit einer Position (27) im System mit niedrigerem Druck verbunden ist und daß

e) ein oder mehrere Konstantströmungsventile (24, 25, 26) einerseits über weitere Abzweigleitungen mit der Ausgangsleitung des Druckerzeugungsteils (23, 32, 33) und andererseits mit einem oder mehreren Lagerblöcken (2,3,4) des Lagers verbunden sind.

2. Druckspeicher-System 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 das spezielle Druckerzeugungsteil durch eine zusätzliche Zumeßeinheit (23) in dem Durchflußverteilungsteil gebildet wird.

3. Druckspeicher-System 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. Druckspeicher-System gemäß Anspruch 1 für ein hydrostatisches Lager mit einer Vielzahl von Lagertaschen, die von einem gemeinsamen Pumpensystem mit einer Druckflüssigkeit \ ersorgt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Durchflußmenge durch die Strömungsventile (24, 25, 26) geringer ist als die Durchflußmenge durch das spezielle Druckerzeugungsteil (23,32,33).