DE2842248C2 - Hydrostatisches Stützelement - Google Patents

Hydrostatisches Stützelement

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DE2842248C2 DE19782842248 DE2842248A DE2842248C2 DE 2842248 C2 DE2842248 C2 DE 2842248C2 DE 19782842248 DE19782842248 DE 19782842248 DE 2842248 A DE2842248 A DE 2842248A DE 2842248 C2 DE2842248 C2 DE 2842248C2
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Description

das Stützelement in der Steghöhe mit Übermaß hergestellt wird, so daß die sich daraus ergebende hydtostatisoi wirksame Fläche (18) des Kopfteiles (5} e;n wenig kleiner ist als die bodenseitig hydrostatisch wirksame Fläche (11) des Stützelementes (1) gegenüber dem Druckraum (10) und
zur Feinabstimmung der hydrostatisch wirksamen Fläche (18) das in der Steghöhe mit
b)
Übermaß hergestellte Stützelement betriebsähnlich gegenüber einer zu stützenden Fläche eingesetzt wird, wobei durch läppenartiges Reiben an dieser Fläche der Steg (7) bzw. die Stege (7, 8) stirnseitig abgetragen wird bzw. werden, bis die dadurch bedingte Vergrößerung der hydrostatisch wirksamen Fläche des Kopfteiles gleichgewichtig ist zu der hydrostatisch wirksamen Fläche (U) des Stützelementes gegenüber dem Druckraum (10).
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches Stützelement gemäß der Gattung des Patentansprucl;es 1.
Ein solches hydrostatisches Stützelement ist z. B. aus der US-PS 38 02 044 vorbekannt, welches zum Stützen eines rotierbar um einen Träger angeordneten Walzenmantels dient. Das Stützelement ist zum Druckraum im Träger kolbenartig eingebettet und gegen die Innenfläche des Walzenmantels mit einer Kraft gedrückt, welche einer Funktion des Druckes im Druckraum und der hydrostatisch wirksamen Fläche des Stützelementes gegenüber dem Druckraum entspricht. Dabei fließt die Druckflüssigkeit aus dem Druckraum durch die Zuführleitung in die Drucktasche, wo sich ein Druck aufbaut, welcher in Funktion mit einer entsprechend großen hydrostatisch wirksamen Flache des Kopfteiles eine Kraft ergibt, welche den Kopfteil vom Walzenmantel wegzudrücken vermag, so daß zwischen der Innenwand des Walzenmantels und der die Drucktasche gegenüber der Umgebung des Stützelementes begrenzenden Wand ein Spalt entsteh!, durch welchen die Druckflüssigkeit in die Umgebung, d. h. in den Zwischenraum zwischen der Innenwand des Walzenmantels und dem Träger abfließt. Während des beschriebenen Weges der Druckflüssigkeit kommt es zu einem Druckabfall vom Druck der zugeführten Druckflüssigkeit auf den atmosphärischen Druck am Außenrand, der die Drucktasche begrenzenden Wand. Es wird ein Flüssigkeitsfilm zwischen dem Kopfteil und der Innenwand des Walzenmantel gebildet, dessen Dicke der lichten Weite zwischen der Innenwand des Walzenmantels und der die Drucktasche begrenzenden Wand entspricht.
Es ist ferner aus der DE-PS 8 63 880 bei einem Achsoder Spurlager ein hydrostatisches Stützelement bekannt, mit welchem ein minimaler Verbrauch an Druckflüssigkeit erzielbar ist, wobei der rahmenförmige Laufsitz der Lagerschale des Stützelementes mit vermindertem Druck auf dem Umfang des Achsschenkels in der Art eines leichten Laufsitzes aufsitzt, der sich leicht und mit geringstem Schmiermittelaufwand schmieren läßt.
Es ist bekannt, daß zum Bilden eines tragfähigen Flüssigkeitsfilmes ein hydrostatisches Gleichgewicht zwischen der hydrostatisch wirksamen Fläche des Kopfteiles und der hydrostatisch wirksamen Fläche des Stützelementes gegenüber dem Druckraum vorhanden sein muß. Sonst käme es zur metallischen Reibung zwischen dem Walzenmantel und dem Kopfteil. Ist aber ein Übergewicht an der Seite des Kopfteiles vorhanden, d. h. die hydrostatisch wirksame Fläche des Kopfteiles ist zu groß, so bildet sich ein zu großer Spalt zwischen den beiden Bauteilen ,was zu einem großen Durchfluß, d. h. zu einem großen Verbrauch der Druckflüssigkeit führt. Insbesondere bei großen angewandten Drücken wird dann dieser Verbrauch unvertretbar. Es leuchtet ein. daß ein minimaler Druckflüssigkeitsverbrauch angestrebt wird.
Es ist möglich, eine optimale hydrostatisch wirksame Fläche des Kopfteiles zum Minimalisieren des Verbrauchs der Druckflüssigkeit zu berechnen. Es muß dabei nicht nur die Fläche der Öffnung der Drucktasche, sondern auch die Breite der begrenzenden Wand am Spalt in radialer Richtung zur Druckachse des Stützelementes berechnet werden. Jedoch bei der Fertigung des Kopfteiles, was die hydrostatisch wirksame Fläche betrifft, werden die Grenzen der Fertigungstechnik erreicht, da die einzuhaltenden Toleranzen sehr eng sind. Demzufolge ist auch die Wiederholbarkeit schlecht.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Stützelement für minimalen Druckflüssigkeitsverbrauch so auszubilden, daß sich die Abstimmung der hydrostatisch wirksamen Fläche mit der notwendigen Genauigkeit ohne Schwierigkeiten vornehmen läßt.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches I. Hierdurch wird erreicht, daß. je höher der äußere Steg der Drucktaschenwandung ist. desto kleiner die hydrostatisch wirksame Fläche des Kopfteiles des Stiitzelementes wird. Umgekehrt vergrößert sich entsprechend die hydrostatisch wirksame Fläche des
Kopfteilcs. wenn der äußere Steg abgetragen wird, d. h, wenn die Wandung des Stützelementes niedriger wird. Diese erfindungsgemäßc Lehre wird gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung zur Herstellung bzw. genauen Fertigstellung des Stützelementes ausge- ~< nutzt. Hierbei hört das Abtragen von selbst auf. da genau die hydrostatisch wirksame Fläche am Kopfteil entstanden ist. welches die Bildung des Flüssigkeitsfilmes im Spalt zwischen der Wandung der Drucktasche bzw. der Druck;aschen und der zu stützenden Fläche '' bedingt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 das erste Ausführungsbeispiel in Draufsicht, !
Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie H-!I in Fig. 1 durch das erste Ausführungsbeispiel,
F i g. 3 das zweite Ausführungsbeispiel in Draufsicht,
F i g. 4 einen teilweisen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in F i g. 3. und
F i g. 5. 6, und 7 weitere Ausführungsbeispiele jeweils
ΙΠ tCMWCi5Cn LsiigSSCririitien.
Ein hydrostatisches Stützelement 1 ist zui;.- Stützen einer Fläche 2 vorgesehen. Im gezeigten Fall ist es die Innenfläche eines Walzenmantels 3. als ein Fragment angedeutet, welcher zu einem axialen, stationären Träger 4. drehbar um ihn, angeordnet ist. Die zu stützende Fläche 2 gleitet an dem Stützelement über einen Flüssigkeitsfilm, welcher zwischen einem der Fläche 2 zugewandten Kopfteil 5 des Stützelementes ; und der Fläche 2 vorhanden ist. Zum Aufbau eines Druckes in dem Flüssigkeitsfilm, welcher ein metallisches Reiben zwischen dem Kopfteil 5 und der Fläche 2 zu verhindern hat, ist in dem Kopfteil mindestens eine Drucktasche 6 vorgesehen, welche gegen die zu stützende Fläche geöffnet ist und gegen die Umgebung des Stützelements mit einer Wand 7 begrenzt ist.
Das Stützelement gemäß F i g. 1 und 2 bzw. F i g. 5 bis 7 weist jeweils vier Drucktaschen im Kopfteil auf, welche mit Zwischenwänden 8 gegeneinander abge- '' grenzt sind.
Eine Druckflüssigkeit wird in die jeweilige Drucktasche 6 durch eine Zufuhrleitung 9 gespeist, welche durch das Stützelement zu einem Druckraum 10 führt, welcher zur Betätigung des Stützelements in dem Träger 4 ' vorgesehen ist und in welchem das Stützelement kolbenartig eingebettet ist. Dieser Druckraum 10 wird mit der Druckflüssigkeit beaufschlagt, wodurch das Stützelement mit einer Kraft, welche dem Druck im Druckraum 10 und der hydrostatisch wirksamen Fläche ' 11 des Stützelements gegenüber dem Druckraum entspricht, gegen die zu stützende Fläche 2 gedrückt wird. Die Druckflüssigkeit fließt dabei aus dem Druckraum durch die Zufuhrleitung 9 in die Drucktasche 6, wo ein Druck aufgebaut wird, welcher in " Funktion mit der hydrostatisch wirksamen Fläche 18 des Kopfteiles 5 eine Kraft bewirkt, die das Stützelement bzw. seinen Kopfteil von der zu stützenden Fläche 2 wegdrückt, so daß die Druckflüssigkeit durch einen dadurch entstandenen Spalt 12 zwischen der die h" Drucktasche 6 gegenüber die Umgebung des Stützelements begrenzenden Wand 7 und der zu stützenden Fläche 2 in den freien Raum um das Stützelement hcrausfließt. und wo am Außenrande des Spaltes 12 bzw. der Wand 7. der Druck in dem Flüssigkeitsfilm bzw. ' der Druckflüssigkeit auf den atmosphärischen Druck abgebaut ist.
An der die jeweilige Drucktasclic 6 gegen die Umgebung des Stützelementes begrenzenden Wand 7 ist die Innenwand 13 zur Druckachse 14 des Stützelementes in dem Sinne geneigt, daß die Drucktasche 6 ein sich in Richtung zu ihrem Boden 15 hin vergrößerndes Profil 17 aufweist. Die Außenwand 16 dieser Wand 7 verläuft zu der Innenwand 13 so, daß bei einem Abtragen dieser Wand bzw. bei einigen in Kopfteil 5 vorgesehenen Drucktaschen auch der die Drucktaschen gegeneinander abgrenzenden Zwischenwänden 8, in Richtung zu dem Boden 15 der Drucktasche bzw. der Drucktaschen hin, sich die der zu stützenden Fläche 2 zugewandte hydrostatisch wirksame Fläche 18 des Kopfteiles 5 vergrößert. Wie an den einigen Ausführungsbeispielen zu sehen ist, kann die Außenwand 16 zu der Innenwand 13 parallel, konvergierend oder divergierend verlaufen. Es ist sogar vorstellbar, daß die Außenwand 16 abgeneigt zu der Druckachse 14 des Stützelementes verlaufen kann, und daß trotzdem beim Abtragen der Wand 7 in der Richtung zum Boden der Drucktasche hin sich die hydrostatisch wirksame Fläche 18 drr Kopfteiles doch vergrößert Dieses ist dann der Fa!!, wenn der Winke!, unter welchem die Außenwand 16 von der Druckachse 14 abgeneigt, wesentlich kleiner ist als der Winkel, unter welchem die Innenwand 13 zu der Druckachse geneigt ist. Dieses potentielle Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung nicht gezeigt.
Wie es besonders deutlich in F i g. 2 mit gestrichelten Linien gezeigt ist, führt die bereits beschriebene Gestaltung der Wandung der Drucktaschen dazu, daß je höher die Wandung 7, 8 wird, desto kleiner wird die hydrostatisch wirksame Fläche 18 des Kopfteiles 5. Wenn diese Wandung in Richtung zum Boden 15 der Drucktasche abgetragen wird, also niedriger wird, desto größer wird die hydrostatisch wirksame Fläche des Kopfteiles 5.
Es ändert sich dadurch nicht nur die Geometrie der Öffnung der Drucktasche, sondern auch das Verhältnis zwischen der Fläche dieser Öffnung und der Fläche des Spaltes zwischen der Wand 7 bzw. der Wand 8 und der zu stützenden Fläche 2. Also das Dichtungsvermögen dies»; Spaltes 12.
Dieses wird bei Herstellung bzw. Fertigstellung des Stützelementes benutzt, um eine optimale hydrostatisch wirksame Fläche des Kopfteiles 5 in den genau proportional richtigen Abmessungen zu bekommen, die jene minimale Dicke des Flüssigkeätsfilms erwirkt, so daß der Verbrauch der Druckflüssigkeit minimal ist.
In einer Herstellungsphase wird die die Drucktasche bzw. die Drucktaschen 6 begrenzende Wand 7 bzw. 8 höher hergestellt, wie es eben in der besagten Fig. 2 schematisch mit den gestrichelten Linien dargestellt ist, so daß die hydrostatisch wirksame Fläche des KopftH!°s 5 ein wenig kleiner ist als die hydrostatisch wirksame Fläche 11 des Stützelements gegenüber dem Druckraum 10. Dieses vorfabrizierte, sonst fertige Stützelement wird zum Fertigstellen betriebsähnlich gegenüber einer zu stützenden Fläche eingesetzt. Darunter ist zu verstehen, daß das vorfabrizierte Stützelement z. B. L. einer Vorrichtung eingesetzt wird, mit welcher beispielsweise eine Druckwalze simuliert ist. in welcher das Stützelement zur Anwendung kommen soll.
Der Vorgang des Fertigstellcns ist in F i g. 2 angedeutet. Die vorfabrizierte, gestrichelt gezeichnete und mit 18 bezeichnete hydrostatisch wirksame Flüche des Kopfteils 5 ist kleiner als die hydrostatisch wirksame Fläche 11 des Stiitzelcmcntes gegenüber dem Druck-
raum 7. Sie ist also in diesem Stadium hydrostatisch weniger wirksam, so dal! die kraft, mit welcher das Stützelement gegenüber dem rotierenden Mantelteil, dessen gezeichnetes Fragment in diesem Stadium mit i1 bezeichnet ist. gedrückt ist. größer ist. als die an der Flache 18 wirkende hydrostatische Kraft, mit welcher das Stützelement son dem Mantel weggedrückt wird. Ks kommt also zu einem läppenariigen KvJben zwischen dem rotierenden Mantel und der Wandung 7 und 8 des Kopfteiles, welche die Drucktasehen 6 Legren/t. Durch die Reibung wird allmählich die Wandung der Drucktaschen abgetragen, wobei sich die hydrostatisch wirksame fläche 18 des Kopfteiles allmählich vergrößert, so daß die Kraft, mit welcher der Kopfteil 5 des Stützclementes von dem Mantel weggedrückt wird, allmählich anwächst. Dieses läppenartige Reiben der Wandung der Drucktaschen an dem Mantel dauert so lange, bis die hydrostatisch wirksame Fläche so groß geworden ist. daß die den Kopfteil 5 von dem Mantel drückende Kraft sogroß ist.daUsie im Gleichgewicht ist zu der Kraft, mit welcher das Stützelement von dem 'Vuckraum 10 aus gegen den Mantel gedrückt wird. (ienau in diesem Augenblick, wenn das Gleichgewicht entstanden ist. beginnt die Druckflüssigkeit durch den entstandenen Spall 12 /wischen der Wandung und dem Mantel zu fließen und es bildet sich ein Fliissigkeiisfilm. welcher diese !lachen voneinander ablrennl und dadurch ein weiteres liippenariiges Reiben zwischen den I lachen verhindert, so daß die Wandung nicht teiler abgetragen wird.
D.is beschriebene Fertigstellen des Stützelements ist auch direkt in z. B. einer Druckwalze, für welche das Stützelement bestimmt ist. denkbar. Besonders für diesen Zweck ist es vorteilhaft, mindestens den dem Mantel zugewandten, abzutragenden Teil der Wandung der Drucklaschen aus einem leicht abtragbaren Material herzustellen, so daß der Mantel bei dem FJnläppen durch das Reiben nicht beschädigt wird. Ils wird hier z. B. an Graphit oder andere leicht abtragbare Materialien gedacht, Fin solches Stützelement ist besonders in F i g. 7 gezeigt, wo die Wandung 7, 8 aus einem anderen, versteht sich weicheren bzw. leichter abtragbaren Material hergestellt ist als das sonstige zur Herstellung des Kopfteils 5 oder des übrigen Slützelemems benutzte Material, bzw. das Material des Mantels.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Hydrostatisches Stützelement zum Stutzen eines getragenen Teiles gegen einen tragenden Teil, das als Kolben in eine Zylinderbohrung des tragenden Teiles eingreift und dort von zuströmendem Druckmittel beaufschlagt ist und das mit seiner dem getragenen Teil zugeordneten Stirnfläche eine Lagerfläche mit mindestens einer durch Stege umfaßten Drucktasche bildet, die mit dem Zylinderraum durch eine Bohrung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die jeweilige Drucktasche (6) des Stützelementes (1) begrenzende äußere Steg (7) im Querschnitt gesehen ein Profil eines auf der Ebene des Bodens (15) der Drucktasche (6) stehenden Parallelogramms oder eines Trapezes aufweist, dessen Mittellinie mit der Ebene des Bodens einen Winkel einschließt, der kleiner ist als 90°.
2. Stützelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Drucktasche (6) begrenzende Steg (7) bzw. die die Drucktaschen (6) begrenzenden Stege (7,8) mindestens in einem dem getragenen Teil (3) zugewandten Bereich aus einem leicht abtragbaren Material hergestellt ist bzw. sind.
3. Herstellungsverfahren zum Abstimmen der hydrostatisch wirksamen Rächen eines Stützelementes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
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