DE3325880C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Lageranordnung mit einer Einrichtung zur Druckübertragung von einem feststehenden Gehäuse auf eine drehbare Welle mittels eines hydraulischen Mediums, mit wenigstens zwei im Gehäuse in axialem Abstand angeord­ neten hydrostatischen Lagern, die mit dem unter Druck stehenden Medium beaufschlagt sind und zwischen denen ein im Gehäuse oder in der Welle angeordneter Ringkanal vorgesehen ist, der radial zu dem Umfangsspalt zwischen Welle und Gehäuse hin offen ist, und welcher über Lecköldrosselspalte mit dem Inneren der hydrostatischen Lager verbunden ist, und wobei in dem vom Ringkanal überdeckten Umfangs­ bereich der Welle in dieser wenigstens eine Einführungsbohrung für das hydraulische Medium vorgesehen ist.

Zur Übertragung von Druck von einem feststehenden auf ein rotierendes Teil sind schon die verschiedensten Einrichtungen bekannt geworden. Im einfachsten Falle hat man auf einer rotierenden Welle eine ein­ fache Büchse mit einer Ringnut angeordnet, welche im Bereich der Ringnut eine radiale Zuführbohrung aufwies, ebenso wie die Welle in diesem Bereich mit einer Einführbohrung versehen war. Zwischen Büchse und Welle war Spiel vorhanden, so daß diese in Art eines hydrodyna­ mischen Gleitlagers zusammenwirken konnten, wenn Öl durch die Zuführ­ bohrung in der Büchse eingeführt wurde. Dieses Öl wurde einerseits in die Einführbohrung in der Welle übertragen und diente andererseits zur Versorgung der beiderseits der Ringnut liegenden Gleitlagerflächen. Es ist bekannt, daß es in hydrodynamischen Gleitlagern schon bei re­ lativ niedrigen Gleitgeschwindigkeiten zum Abreißen des Ölfilms kom­ men kann. Die Folge davon ist metallische Berührung zwischen den gegen­ einander laufenden Teilen im vorliegenden Falle also zwischen der Büchse und der Welle. Durch das weiterhin zugeführte, unter Druck ste­ hende Öl, welches in diesem Zustand über den sich einstellenden sichel­ förmigen Spalt abfließt, wird ein Gegeneinanderdrücken der Büchse und der Welle noch verstärkt, was eine kurzfristige Zerstörung der Druck­ übertragungseinrichtung zur Folge hat.

Um dies zu vermeiden, hat man beiderseits des Ringkanales für die Druckübertragung Wälzlager vorgesehen, um so die seitlichen Drossel­ spalte konstant zu halten. Die Nachteile dieser Ausführung bestehen in erster Linie darin, daß Wälzlager Drehzahlbegrenzungen unterworfen sind, die nur durch höhere Herstellgenauigkeit nach oben verschoben werden können, was erhebliche Kosten nach sich zieht. Mit zunehmendem Durchmesser der Wälzlager, wie er bei modernen Druckübertragungsein­ richtungen benötigt wird, fällt die Drehzahlgrenze erneut stark ab. Hinzu kommt, daß Wälzlager im Betrieb Wärmeerzeuger sind, was sich deshalb nachteilig bemerkbar macht, daß die hier erzeugte Wärme zu der hinzu kommt, die im Drosselspalt der Druckübertragungseinrichtung entsteht. Dies kann soweit gehen, daß gesonderte Kühleinrichtungen vorgesehen werden müssen.

Dies hat schließlich dazu geführt, daß man bei einer bekannten Druck­ übertragungseinrichtung beiderseits des Ringkanales, in welchem die ei­ gentliche Druckübertragung erfolgt, hydrostatische Lager angeordnet hat. Dabei wird über eine Druckzuleitung von außen das unter Druck stehende Medium in den Ringkanal eingeführt, von wo es über eine Einführbohrung in die Welle weitergeleitet wird. Aus dem Ringkanal werden gleichzeitig die beiderseits von ihr angeordneten hydrostatischen Lager mit Drucköl versorgt. Diese Einrichtung funktioniert an sich einwandfrei, jedoch nur solange, wie von außen Drucköl zugeführt wird. Wird diese Drucköl­ zufuhr unterbrochen, weil z. B. ein Schaltvorgang, welcher in der Welle durch das zugeführte Drucköl bewirkt werden soll, abgeschlossen ist, dann endet damit auch die Druckölzufuhr für die hydrostatischen Lager, womit diese ihre Lagereigenschaft verlieren. Selbst wenn dieser Zu­ stand nur kurzzeitig auftritt, ist mit Beschädigungen an den hydro­ statischen Lagern zu rechnen (CH-PS 5 81 279).

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine hydro­ statische Lageranordnung mit einer Einrichtung zur Druckübertragung von einem feststehenden Gehäuse auf eine drehbare Welle zu schaffen, bei welcher eine einwandfreie Funktion der Lagerung auch dann gewähr­ leistet ist, wenn keine Druckübertragung erfolgt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß eine von dem Ring­ kanal in die freie Atmosphäre oder in eine Leckölrückführung führende Leitung vorgesehen ist, die absperrbar ist. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß das Druckmedium zunächst die hydro­ statischen Lager mit Druck versorgt und erst nach seinem Austritt über die Lecköldrosselspalte in dem Ringkanal einen Druck aufbaut, welcher sich über die Einführungsbohrung in der Welle fortsetzt, falls die von dem Ringkanal in die freie Atmosphäre oder eine Leck­ ölrückführung führende Leitung durch ein Absperrorgan abgesperrt wird. Wird dagegen diese Leitung durch das Absperrorgan freigegeben, dann kann das sich in dem Ringkanal ansammelnde Lecköl frei nach außen abfließen, womit der Druckaufbau unterbrochen und somit auch keine Druckübertragung in die Welle gegeben ist. Die Steuerung dieser Einrichtung erfolgt also ausschließlich über das Absperrorgan, welches in der den Ringkanal mit der freien Atmosphäre oder einer Lecköl­ rückführung verbindenden Leitung angeordnet ist. Wird dieses Absperr­ organ geschlossen, so erfolgt die Druckübertragung in die Welle, während diese unterbrochen wird, wenn das Absperrorgan geöffnet wird.

Die bei dieser Einrichtung zur Anwendung kommenden hydrostatischen Lager bestehen in an sich bekannter Weise aus mehreren im Gehäuse über den Umfang verteilten Drucktaschen, die beiderseits durch um­ laufende Dichtstege und in Umfangsrichtung durch diese Dichtstege verbindende Querstege begrenzt und über je eine Drosselbohrung mit einer Druckölquelle verbunden sind. Dabei grenzt an der Lager­ außenseite an wenigstens den einen umlaufenden Dichtsteg der Ring­ kanal an, der über den von dem umlaufenden Dichtsteg einerseits und der Welle andererseits begrenzten Lecköldrosselspalt mit dem Inneren des hydrostatischen Lagers verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht es auch, in einem Gehäuse mehr als zwei hydrostatische Lager in axialem Abstand voneinander anzu­ ordnen und zwischen jeweils zwei benachbarten Lagern einen Ringkanal vorzusehen, von denen jeder mit einer separaten Leitung mit Absperr­ organ versehen ist. Auf diese Weise ist es möglich, über unterschied­ liche Einführbohrungen in der Welle unterschiedliche Stellen mit Druck zu versorgen, beispielsweise in der Art, daß man einen in der Welle längsverschieblich angeordneten Kolben (z. B. zum Betätigen einer Spann­ vorrichtung) mittels der einen Zuführleitung in die eine und mittels der anderen Zuführleitung in die andere Endstellung bewegt.

Das Absperrorgan in der aus dem Ringkanal in die freie Atmosphäre füh­ renden Leitung kann als mechanisch betätigbarer Dreh- oder Längsschie­ ber ausgebildet sein, man kann es aber auch z. B. als Elektromagnet­ ventil ausführen, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Ein­ richtung elektrisch oder elektronisch gesteuert werden soll.

Die hydrostatischen Lager ihrerseits können entweder als Radiallager oder auch als Axiallager ausgebildet sein, es ist aber auch eine Kom­ bination beider Lagerarten möglich. Schließlich bietet die Einrichtung eine äußerst einfache Möglichkeit der zusätzlichen Kühlung dadurch, daß man in den Ringkanal eine weitere mit einem Absperrorgan versehene Leitung einmünden läßt, die mit einer Kühlflüssigkeitsquelle verbunden ist. Das Absperrorgan in dieser Leitung wäre zweckmäßigerweise mit dem weiteren Absperrorgan in der in die freie Atmosphäre führenden Leitung so zu kuppeln, daß entweder beide gleichzeitig geöffnet oder gleich­ zeitig geschlossen sind. Das bedeutet, daß die Kühlflüssigkeitsleitung abgesperrt ist, wenn Druck in die Welle übertragen wird, während sie geöffnet wird, sobald diese Druckübertragung unterbrochen wird. In dieser Zwischenphase wird dann durch die in den Ringraum eingeführte und durch die in die freie Atmosphäre führende Leitung wieder abge­ führte Kühlflüssigkeit Wärme aus der Einrichtung abtransportiert.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung darge­ stellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Druckübertragungseinrichtung gemäß Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen gegenüber Fig. 3 abgewandelten Querschnitt,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Ausführung mit hydrostatischen Axiallagern,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine mittels einer erfindungsge­ mäßen Einrichtung betätigten Lamellenkupplung und

Fig. 7 einen Teilschnitt gemäß Fig. 6.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Einrichtung besteht aus dem Gehäuse 1, welches in einer Bohrung die Hohlwelle 2 aufnimmt. In der Bohrung des Gehäuses 1 sind hintereinander drei hydrostatische Lager angeordnet, welche aus je vier über den Umfang verteilten Drucktaschen 3 bestehen, welche an beiden axialen Enden durch umlaufende Dicht­ stege 4 und in Umfangsrichtung durch Querstege 5 begrenzt sind, welche mit der Oberfläche der Hohlwelle Lecköldrosselspalte 6 bilden.

Die Drucktaschen müssen mit Drucköl beaufschlagt werden, zu welchem Zweck eine Druckzuleitung 7 vorgesehen ist, die in den Verteilerring 8 mündet, in welchem ein umlaufender Verteilerkanal 9 vorgesehen ist. Der Verteilerring 8 ist in nicht dargestellter Weise fest und druck­ dicht mit dem Gehäuse 1 verbunden. Das Gehäuse weist an vier Umfangs­ stellen Längsbohrungen 10 auf, die aus dem Verteilerkanal 9 mit Druck­ öl gespeist werden und die ihrerseits über je mindestens eine Drossel­ bohrung 11 mit je einer Drucktasche 3 verbunden sind. Die Funktion derartiger hydrostatischer Lager darf als bekannt vorausgesetzt werden. Das zugeführte Drucköl baut in den einzelnen Drucktaschen 3 Druckpol­ ster auf, die die Welle tragen. Über die seitlichen Lecköldrossel­ spalte 6 tritt ständig eine geringe Menge Öl aus und wird zur Drucköl­ quelle zurückgeführt.

Im vorliegenden Falle ist jeweils zwischen zwei hydrostatischen Lagern und zwar angrenzend an deren seitliche umlaufende Dichtleisten ein Ring­ kanal 12, 12′ vorgesehen, in welchen das Lecköl aus den angrenzenden hydrostatischen Lagern abfließt. In diese Ringkanäle 12, 12′ mündet je eine Leitung 13, 13′, in welche ein Drehschieber 14, 14′ einge­ schaltet ist, und welche in die freie Atmosphäre, insbesondere aber in eine Leckölrückführung führt.

Im Bereich der Ringkanäle 12, 12′ sind in der Hohlwelle 2 radiale Ein­ führungsbohrungen 15, 15′ vorgesehen, die in Axialbohrungen 16, 16′ münden.

Die Hohlwelle 2 ist am rechten Ende der Einrichtung auf einen größeren Durchmesser abgesetzt und bildet dort eine Zylinderwand 17, die an ihrem rechten Ende einen Deckel 18 trägt. Innerhalb der Zylinderwand 17 ist ein Ringkolben 19 längsverschieblich und abgedichtet gelagert. Die Axialbohrung 16 mündet in einen links vom Ringkolben 19 liegen­ den Ringraum 20 während die Axialbohrung 16′ in einen rechts vom Ringkolben liegenden Ringraum 20′ eingeführt ist.

Die gesamte Einrichtung ist umgeben von einer Ummantelung 21, die an ihrer tiefsten Stelle eine Leckölrückführungsbohrung 22 aufweist.

Die Einrichtung ist dazu bestimmt, durch äußere Einwirkung den Ring­ kolben 19 in der rotierenden Hohlwelle 2 wahlweise in die eine oder andere Endstellung zu führen. Dies geschieht auf folgende Weise:

Durch die Druckzuleitung 7 wird ein unter Druck stehendes hydraulisches Medium, insbesondere Öl zugeführt. Dieses tritt in bekannter Weise und auf dem oben beschriebenen Weg in die Drucktaschen 3 ein und wirkt dort als hydraulische Abstützung. Die beiden Drehschieber 14, 14′ befinden sich zunächst in Offenstellung.

Das an den beiden außenliegenden umlaufenden Dichtleisten 4 der beiden äußeren hydrostatischen Lager austretende Lecköl sammelt sich in der Ummantelung 21 und wird durch die Leckölrückführungsbohrung 22 zurück­ geführt. Das an den innenliegenden umlaufenden Dichtleisten 4 aus­ tretende Lecköl gelangt in die Ringkanäle 12, 12′, aus welchen es über die Leitungen 13, 13′ und die Querschieber 14, 14′ ebenfalls drucklos abfließen kann. In diesem Zustand wirkt die Einrichtung als reine hydrostatische Lagerung.

Bringt man nun - wie in Fig. 1 dargestellt, den Drehschieber 14 in seine "Geschlossen"-Stellung, dann kann das in den linken Ringkanal 12 eintretende Lecköl nicht mehr abfließen, was zur Folge hat, daß sich dort ein Druck aufbaut, der um einen kleinen Betrag geringer ist, als der Druck des über die Druckzuleitung 7 zugeführten Öles. Dieser ent­ stehende Druck pflanzt sich fort über die Einführungsbohrung 15 und die Axialbohrung 16 in den Ringraum 20, wo der Druckaufbau dazu führt, daß der Ringkolben 19 nach rechts in die in Fig. 1 dargestellte Lage ge­ drückt wird. Wenn der Kolben nun in die linke Endstellung gebracht wer­ den soll, so ist es hierzu lediglich erforderlich, die beiden Dreh­ schieber 14 und 14′ umzusteuern, wodurch der linke Ringkanal 12 druck­ los wird, während sich im rechten Ringkanal 12′ Druck aufbaut, der über die Einführungsbohrung 15′ und die Axialbohrung 16′ sich in den Ring­ raum 20′ fortpflanzt und von dort aus den Ringkolben 19 nach links drückt.

Die Fig. 4 zeigt eine Variante der Fig. 3, bei welcher in den Ring­ kanal 12 neben der Leitung 13 mit dem Drehschieber 14 eine weitere Leitung 23 mit einem Drehschieber 24 mündet. An den Drehschieber 24 schließt sich in nicht dargestellter Weise eine Leitung an, die zu einer unter Druck stehenden Kühlflüssigkeitsquelle führt. In der dar­ gestellten Position, in welcher sich in dem Ringkanal 12 kein Druck aufbauen soll, und zu welchem Zweck der Drehschieber 14 geöffnet ist, ist der Drehschieber 24 ebenfalls geöffnet und es kann ungehindert Kühlflüssigkeit durch die Leitung 23 in den Ringkanal 12 ein- und über die Leitung 13 und den Drehschieber 14 wieder austreten. Während der Arbeitsphase, in welcher sich in diesem Ringraum 12 kein Druck auf­ bauen soll, kann somit die Einrichtung auf diese Weise gekühlt werden.

In Fig. 5 trägt ein Gehäuse 25 an seinen beiden Stirnflächen Druck­ taschen 26, die durch axiale Drosselbohrungen 27 aus dem Ringkanal 28 mit Drucköl versorgt werden, welcher Ringkanal 28 durch die Druck­ zuleitung 29 gespeist wird. Die Gegenflächen für die Drucktaschen 26 werden dadurch geschaffen, daß die Hohlwelle 30 einerseits mit einem festen Radialflansch 31 und andererseits mit einem angeschraubten Radialflansch 32 versehen ist. Zwischen der Bohrung des Gehäuses 25 und der Oberfläche der Hohlwelle 30 ist ein Ringkanal 33 gebildet. Im Bereich dieses Ringkanales 33 ist in der Hohlwelle 30 eine radiale Einführungsbohrung 34 vorgesehen, die in eine Axialbohrung 35 mündet. Der Ringkanal 33 ist über die Leitung 36 und dem Drehschieber 37 mit der freien Atmosphäre verbunden.

Das über die Druckzuleitung 29 zugeführte Drucköl gelangt in den Druck­ taschen 26 derart zur Wirkung, daß es das Gehäuse 25 axial zwischen den Flanschen 31 und 32 der Hohlwelle 30 schwimmend lagert. Das radial nach außen austretende Lecköl sammelt sich in einer nicht dargestellten Um­ mantelung und wird als Lecköl zurückgeführt. Das radial innen aus­ tretende Drucköl gelangt in den Ringkanal 33, wo sich - wenn der Drehschieber 37 geschlossen ist - Druck aufbaut, der sich in der Ein­ führungsbohrung 34 und der Axialbohrung 35 fortsetzt und dort beliebig genutzt werden kann.

Das in Fig. 6 und 7 dargestellte Ausführungsbeispiel gleicht - soweit es die Einrichtung zur Druckübertragung betrifft - dem Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 1. Der wesentlichste Unterschied besteht darin, daß in diesem Falle nur zwei hydrostatische Lager und damit nur ein Ring­ kanal 12 vorgesehen sind. Der Drehschieber 14 gemäß Fig. 1 ist hier durch einen Längsschieber 38 ersetzt.

In der dargestellten Position schließt der Längsschieber 38 die Lei­ tung 13 ab, so daß sich im Ringkanal 12 Druck aufbauen wird, der über die Einführungsbohrung 15 und die Axialbohrung 16 in den Ringraum 39 wirkt. Dort wirkt der Druck auf den Ringkolben 40, der axial auf das Lamellenpaket 41 drückt. Dieses Lamellenpaket stützt sich anderer­ seits am Radialflansch 42 der Hohlwelle 2 ab. Dadurch werden die Außen- und Innenlamellen kraftschlüssig gegeneinander abgestützt, so daß über die Außenlamellen die Muffe 43 mitgenommen wird. Die Kupplung ist eingerückt.

Wird dagegen der Längsschieber 38 in die in Fig. 7 dargestellte Position gebracht, dann ist die Leitung 13 geöffnet. Der Ringkanal 12 wird drucklos und damit auch der Ringraum 39, so daß die Schrau­ benfeder 44 den Ringkolben 40 nach links drücken kann, wodurch der Reibschluß im Lamellenpaket 41 aufgehoben und damit die Kupplung ausgerückt wird.

Der Ringkanal 12, 12′, 33 ist in den dargestellten und beschriebenen Ausführungen stets im Gehäuse angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, den Ringkanal in der Welle vorzusehen, oder sogar sowohl im Gehäuse, als auch in der Welle einen solchen Ringkanal anzuordnen.

Claims (8)

1. Hydrostatische Lageranordnung mit einer Einrichtung zur Druck­ übertragung von einem feststehenden Gehäuse auf eine drehbare Welle mittels eines hydraulischen Mediums, mit wenigstens zwei im Gehäuse in axialem Abstand angeordneten hydrostatischen Lagern, die mit dem unter Druck stehenden Medium beaufschlagt sind und zwischen denen ein im Gehäuse oder in der Welle angeordneter Ringkanal vorge­ sehen ist der radial zu dem Umfangsspalt zwischen Welle und Gehäuse hin offen ist, und welcher über Lecköldrosselspalte mit dem Inneren der hydrostatischen Lager verbunden ist, und wobei in dem vom Ring­ kanal überdeckten Umfangsbereich der Welle in dieser wenigstens eine Einführungsbohrung für das hydraulische Medium vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem Ringkanal (12, 12′, 33) in die freie Atmosphäre oder in eine Leckölrückführung (22) führende Leitung (13, 13′, 36) vorgesehen ist, die absperrbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydro­ statischen Lager aus mehreren im Gehäuse (1, 25) über den Umfang ver­ teilten Drucktaschen (3, 26) bestehen, die beiderseits durch um­ laufende Dichtstege (4) und in Umfangsrichtung durch diese Dichtstege verbindende Querstege (5) begrenzt und über je eine Drosselbohrung (11, 27) mit einer Druckölquelle (7, 29) verbunden sind, wobei an der Lageraußenseite an wenigstens den einen umlaufenden Dichtsteg (4) der Ringkanal (12, 12′, 33) angrenzt, der über den von dem umlaufenden Dichtsteg (4) einerseits und der Welle (2) andererseits begrenzten Lecköldrosselspalt (6) mit dem Inneren des hydrostatischen Lagers verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) mehr als zwei hydrostatische Lager in axialem Abstand voneinander angeordnet sind, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Lagern ein Ringkanal (12, 12′) vorgesehen ist, deren jeder mit einer separaten Leitung (13, 13′) mit Absperrorgan (14, 14′) versehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan als mechanisch betätigbarer Dreh- oder Längs­ schieber (14, 37, 38) ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan als Elektromagnetventil ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die hydrostatischen Lager als Radiallager ausge­ bildet sind.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die hydrostatischen Lager als Axiallager ausgebildet sind.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in den Ringkanal eine weitere mit einem Absperr­ organ (24) versehene Leitung (23) mündet, die mit einer Kühlflüssig­ keitsquelle verbunden ist.