DE4113540C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches Ra­ dial-Taschenlager für einen Servozylinder, insbesondere für einen Hochleistungs-Prüfzylinder, gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Servozylinder, die beispielsweise in der Prüfstands- bzw. Simulationstechnik Anwendung finden, zeichnen sich unter anderem dadurch aus, daß sie unter Zuhilfenahme einer hochpräzisen Regelung in der Lage sind, Kräfte im Bereich von einigen N bis in Größenordnung bis zu eini­ gen 10 000 N mit hoher Genauigkeit hinsichtlich Größe und zeitlichem Kraftverlauf auf ein System aufzubrin­ gen. Insbesondere beim Einsatz in der Simulationstech­ nik wirken auf den ausgefahrenen Kolben mehr oder weni­ ger große radiale Reaktionskräfte, was den Einsatz hy­ drostatischer Lagerungen im Bereich der Kolbenstange rechtfertigt.

Ein hydrostatisches Taschenlager der eingangs beschrie­ benen Art ist bereits bekannt. Um die Spaltregelung mit ausreichend großer Präzision vornehmen zu können, ist es generell erforderlich, die Lagertaschen über jeweils eine Vordrossel mit Druckflüssigkeit zu speisen, um auf diese Weise eine reproduzierbare Abhängigkeit zwischen dem Taschendruck und der Durchflußmenge des Druckmit­ tels zu realisieren. Im bekannten Fall wird die Vor­ drossel von einer Kapillardrossel in Form eines wendel­ förmigen Röhrchens der Länge von etwa beispielsweise 0,4 m und einem Innendurchmesser von etwa 0,6 mm gebil­ det. Hierdurch ergibt sich allerdings ein verhältnismä­ ßig großer herstellungstechnischer Aufwand, der im Zuge der Weiterentwicklung dadurch verringert werden konnte, daß anstelle der Kapillarröhrchen eine in die Lager­ buchse radial eingeschraubte Gewindespindel verwendet wurde. Dieser Lösungsansatz erlaubte zwar die Reduzie­ rung der Herstellungskosten, er konnte jedoch die Pro­ bleme bei der Justage nicht beseitigen.

Im Falle der hydrostatischen Lagerung von Servozylin­ dern der eingangs beschriebenen Art kommt erschwerend hinzu, daß das Belastungsspektrum des Kolbens bzw. der Kolbenstange äußerst breit ist und dementsprechend da­ für gesorgt werden muß, daß der Leckageverlust unabhän­ gig von den auftretenden Drücken eingegrenzt werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatische Taschenlagerung für Servozylinder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das hoch beanspruchbar ist, sich durch eine gute Regelbar­ keit des Lagerspalts auszeichnet und gleichzeitig eine geringe leckagebedingte Verlustleistung hat.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ange­ gebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß kommt als Vordrossel eine Drossel zum Einsatz, die nach dem Prinzip der sogenannten Mem­ brandrossel arbeitet. Die ringförmige Drosselfläche der Membrandrossel wird hierbei vom gegenüberliegenden La­ gerspalt zwischen Kolbenstange bzw. Kolben und Kolben­ führung bzw. Kolbenstangenführung gebildet. Beim Durch­ strömen dieses Drosselspaltes auf der der zugehörigen Lagertasche gegenüberliegenden Seite des Kolbens bzw. der Kolbenstange fällt der über die Druckversorgungs­ leitung zugeführte Flüssigkeitsdruck auf den Taschen­ druck ab und wird über die zugehörige Verbindungslei­ tung in die Lagertasche geleitet. Wenn dementsprechend die Belastung auf Seiten einer Lagertasche steigt, wandert der Kolben bzw. die Kolbenstange unter Vergrößerung der Breite des Drosselspaltes auf der gegenüberliegenden Seite von der Führungsbohrung weg. Es fließt auf diese Weise eine größere Hydraulikflüssigkeitsmenge durch die Vordrossel zum höher belasteten Lager, so daß der Auslenkung des Kolbens entgegengewirkt wird.

Dieses Prinzip der Lagerspalt-Regelung ist an sich bereits durch eine hydrostatische Lagerung gemäß EP 01 05 050 A1 be­ kannt geworden. Im Hinblick darauf, daß diese Anordnung und Ausbildung der Vordrossel zu einem sehr empfindlichen, weil dynamisch reagierenden Regelsystem führt, da sich mit der Verlagerung des zu lagernden Bauteils aus der Sollage be­ reits die Drosselcharakteristik ändert, ist man bislang da­ von ausgegangen, daß zur Sicherstellung der Regelfunktion des Lagers dafür zu sorgen ist, an den freien Rändern der Lagertaschen den gleichen Druckabfall bereitzustellen. Die Erfindung beruht demgegenüber auf der überraschenden Er­ kenntnis, daß die Regelfunktion der Vordrossel unter Beibe­ haltung der hohen Dynamik auch dann aufrechterhalten werden kann, wenn der Druckabfall der von der Lagertasche in axi­ aler Richtung zu beiden Seiten weggerichteten Druckflüssig­ keits-Strömung unterschiedlich ist. Auf diese Weise kann der dem Zylinderraum zugewandte Rand der Lagertasche unmittel­ bar, d. h. ohne Zwischenschaltung einer Ablaufnut über den Lagerspalt mit dem unter Druck stehenden Zylinderraum in be­ grenzter, kontrollierter Strömungsmittelverbindung stehen. Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die Tragfä­ higkeit des Lagers erheblich angehoben werden kann und Leckageverluste minimiert werden.

Zwar ist aus dem Dokument SU 6 16 455 A bereits ein hy­ drostatisches Taschenlager für eine axial bewegte Führung bekannt, bei dem ebenfalls die Vordrosseln für die Lagertaschen vom Lagerspalt innerhalb der die ge­ genüberliegende Lagertasche bildenden Vertiefungen ge­ bildet sind, wobei die die Vordrosseln bildenden Berei­ che des Lagerspalts jeweils in Durchströmungsrichtung von Zuführnuten und Abführnuten begrenzt sind, die über Zuführleitungen mit einer Druckflüssigkeitsquelle bzw. über Abführleitungen mit der gegenüberliegenden Lager­ tasche in Verbindung stehen. Auch in diesem Fall herr­ schen im Bereich der Lagertasche zu beiden Seiten sym­ metrische Abströmverhältnisse, indem das aus der La­ gertasche wegfließende Hydraulikmedium von einer von der Lagertasche umgebenen, kreisförmigen Ablaufnut auf­ gefangen wird. Da die Zuführöffnung zwischen der Ab­ laufnut und der im Zentrum der Lagertasche befindlichen Abführöffnung angeordnet ist, ergeben sich allerdings erhebliche Leckageverluste, die dem Einsatz eines der­ artigen Lagers für einen Servozylinder der Qualität der eingangs beschriebenen Art entgegenstehen.

Demgegenüber erlaubt es die erfindungsgemäße Gestaltung des hydrostatischen Taschenlagers, den Versorgungsdruck und dementsprechend auch den Arbeitsdruck des Servozy­ linders in Druckbereiche bis etwa 280 bar anzuheben, ohne hierdurch Gefahr zu laufen, die Verlustleistung über Gebühr anheben zu müssen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann das Taschen­ lager sowohl im Bereich der Führung für die Kolben­ stange als auch im Bereich des Kolbens selbst vorgese­ hen sein. Bei der Verwirklichung der Erfindung als Ta­ schenlager für die Kolbenstange des Servozylinders ist die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 2 insbesondere hinsichtlich der Belastbarkeit und der Reduzierung der Leckageverluste von besonderem Vorteil.

Wenn der Axialabstand zwischen der Lagertaschenbegren­ zung auf der dem Zylinderraum abgewandten Seite und ei­ ner Ablaufnut kleiner ist als die axiale Breite des an den Zylinderraum angrenzenden Lagerspalts, kann der im Zylinderraum wirksame Druck noch weiter angehoben wer­ den, ohne die Regelfunktion der Membrandrossel zu be­ einträchtigen.

Es hat sich herausgestellt, daß größte Tragzahlen dann verwirklichbar sind, wenn eine Abstimmung der Geometrie gemäß Patentanspruch 6 getroffen wird.

Durch die Weiterbildungen der Patentansprüche 7 und 8 ergibt sich eine vereinfachte Herstellung des hydrosta­ tischen Taschenlagers, wobei von zusätzlichem Vorteil ist, daß die Außenoberfläche der Lagerbüchse verhält­ nismäßig viel Freiraum für die Gestaltung der erforder­ lichen Verbindungs- und/oder Druckversorgungsleitungen bereitstellt.

Bei der Ausbildung des Taschenlagers im Bereich des Kolbens selbst ergeben sich die unterschiedlichen Ab­ strömverhältnisse zu beiden Seiten der Lagertaschen durch die Druckdifferenz zu beiden Seiten des Kolbens. Bei dieser Ausgestaltung entfällt eine Ablaufnut voll­ kommen. Leckageverluste sind bei dieser Variante bedeu­ tungslos. Der Druck in den beiden Zylinderräumen kann bei dieser Ausgestaltung zu beiden Seiten der Lagerta­ schen zur zusätzlichen Stabilisierung, d. h. zur Erhö­ hung der radialen Belastbarkeit des Lagers herangezogen werden.

Mit der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 15 ergibt sich ein sehr einfaches Druckfluid-Versorgungssystem der hydrostatischen Lagerung.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht eines Servozy­ linders, dessen Kolben mit einer hydro­ statischen Lagerung ausgestattet ist;

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Einzelheit II in Fig. 1, d. h. einer ersten Ausfüh­ rungsform der hydrostatischen Lagerung im Bereich der Kolbenstangenführung;

Fig. 3 den Schnitt gemäß III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Lagerbüchse einer weiteren Ausführungsform des hydro­ statischen Lagers;

Fig. 5 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht einer dritten Ausführungsform des hydrostati­ schen Lagers;

Fig. 6 den Schnitt entsprechend VI-VI in Fig. 5;

Fig. 7 eine Ansicht einer vierten Ausführungsform des hydrostatischen Lagers, wobei die Lagertaschen im Bereich des Kolbens vorgesehen sind; und

Fig. 8 den Schnitt gemäß VIII-VIII in Fig. 7.

Das Bezugszeichen 2 in Fig. 1 zeichnet einen Servozy­ linder, wie er beispielsweise für den Einsatz in der Prüfstandstechnik oder Simulationstechnik Anwendung findet. Der Servozylinder ist ein doppelt wirkender Zy­ linder, der als Gleichgangzylinder ausgebildet ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Zylinder be­ schränkt, sondern für Differentialzylinder gleichmaßen anwendbar. Die beiden Zylinder-Druckräume sind mit 8 bzw. 10 bezeichnet, die Kolbenstangenabschnitte zu bei­ den Seiten des Kolbenteils 6 mit den Bezugszeichen 12 und 14.

Über den nach außen ragenden Kolbenstangenabschnitt 12 wird je nach Anwendungsgebiet des Servokolbens eine vorbestimmte, exakt geregelte Kraft auf ein System wie z. B. auf ein Bewegungs-Simulationssystem aufgebracht, wie dies in der sogenannten Simulationstechnik üblich ist. Von derartigen- Servozylindern wird hierbei nicht nur ein zeitlich sehr genaue Bewegung gefordert, son­ dern es kommt hinzu, daß die von derartigen Kolben auf­ gebrachten Kräfte in einem sehr weiten Bereich genau dosiert werden müssen. Da diese Kräfte nicht nur in axialer Richtung wirken, ist es erforderlich, die Kol­ benstange und/oder den Kolben in radialer Richtung ab­ zustützen, d. h. hochpräzise zu lagern, um die Reibungs­ verluste selbst bei verhältnismäßig großen, auf die nach außen geführte Kolbenstange einwirkenden Radial­ kräften so klein wie möglich zu halten. Zu diesem Zweck ist zumindest im Bereich eines Führungsabschnitts 16 des Servozylinders 2 eine hydrostatische Lagerung vor­ gesehen, die anhand der in den Fig. 2 und 3 darge­ stellten Einzelheit "II" näher beschrieben werden soll. Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform weist darüber hinaus auch im Bereich des eigentlichen Kolbens 6 eine derartige hydrostatische Lagerung 18 auf, deren Einzel­ heiten unter Bezug auf die Fig. 7 und 8 weiter unten beschrieben werden.

Die Ansteuerung der Zylinder-Druckräume erfolgt über ein Hydraulik-Steuerteil 4, deren Aufbau im einzelnen nicht näher erläuterungsbedürftig ist. Das Steuerteil dient zum einen zur Bereitstellung der Hydraulik-Druck­ flüssigkeit zur Einspeisung in die Zylinder-Druckräume 8 bzw. 10. Eine entsprechende Druckfluidleitung hat ge­ mäß Fig. 1 das Bezugszeichen 20. Zum anderen stellt das Steuerteil 4 die Hydraulik-Druckflüssigkeit für die noch zu beschreibenden hydrostatischen Lagerungen zur Verfügung. Eine entsprechende Druckversorgungsleitung ist mit 22 bezeichnet.

In den Fig. 2 und 3 ist ein erstes Ausführungsbei­ spiel der hydrostatischen Lagerung im Bereich des Füh­ rungsabschnitts 16 für den Kolbenstangenabschnitt 12 gezeigt. Der Kolbenstangenabschnitt 12 ist in einer Führungsbohrung 28 einer Lagerbüchse 30 aufgenommen, die wie dies später noch beschrieben werden soll - vorzugsweise mit Schrumpfsitz in einer Mantelbüchse im Bereich des Zylinderabschnitts 16 sitzt. Mit 12₁ ist der dem Zylinder-Druckraum 8 abgewandte Teil und mit 12₂ der dem Zylinder-Druckraum 8 zugewandte Teil des Kolbenstangenabschnitts 12 bezeichnet. Zur Ausbildung eines mit 32 bezeichneten hydrostatischen Radial-Ta­ schenlagers sind in der Innenoberfläche der Führungs­ bohrung 28 der Lagerbüchse 30 eine geradlinige Anzahl von gleichmäßig im Umfangsabstand zueinander stehenden Lagertaschen 34 ausgenommen. Die Lagertaschen sind vor­ zugsweise von in sich zurücklaufenden Vertiefungen 36 gebildet, deren Querschnitt der Darstellung in Fig. 2 oben bzw. unten entnehmbar ist. Hierbei handelt es sich um Nuten beispielsweise in Rechteckform, wobei die La­ gertasche 34 insgesamt eine im wesentlichen rechteckige Außenkontur hat. Die Begrenzungslinien in Umfangsrich­ tung und in axialer Richtung sind mit 38 bzw. 40 be­ zeichnet. Jede Lagertasche 34 umschließt unter Zwi­ schenschaltung eines kreisringförmigen Steges 42 eine ebenfalls kreisringförmige Abführnut 44, die ihrerseits mittels eines weiteren kreisringförmigen Steges 46 von einer Druckmittel-Zuführöffnung 48 abgeschirmt ist. Die Druckmittel-Zuführöffnung 48 wird jeweils mittels einer Radialbohrung 50 mit Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit versorgt, und zwar jeweils über eine Druckversorgungs­ leitung 22. Als Energiequelle dient eine Pumpe 24.

Die Darstellung gemäß Fig. 2 läßt ferner erkennen, daß die kreisringförmige Abführnut 44 einer jeden Lager­ stelle über eine Verbindungsleitung 52 mit der Lagerta­ sche 34 der jeweils diametral gegenüberliegenden Lager­ stelle in Strömungsmittelverbindung steht. Auf diese Weise bildet der kreisringförmige Steg 46 zwischen der Druckmittel-Zuführöffnung 48 und der Abführnut 44 eine vorgeschaltete Spaltdrossel für die diametral gegen­ überliegende Lagertasche. Mit einem solchen Aufbau der Spaltdrossel gelingt es, die Strömungsverhältnisse in der Vordrossel derart zu kontrollieren, daß ein im we­ sentlichen linearer Zusammenhang zwischen dem Druck in der Lagertasche 34 und der Durchflußmenge des Hydrau­ lik-Strömungsmittels aufrechterhalten wird. Durch die vor stehend beschriebene Verschaltung der Lagertaschen miteinander gibt sich ein hoch dynamischer, d. h. schnell ansprechender Regelkreis für die Relativlage zwischen Kolbenstange 12 und Lagerbüchse 30.

Wenn sich nämlich beispielsweise eine Verlagerung der Kolbenstange 12 gemäß Fig. 2 nach unten in bezug zur Führungsbohrung 28 einstellen sollte, so wird der Druckabfall in dem in Fig. 2 oberen Drosselspalt, d. h. im Strömungsweg des Hydraulik-Druckmittels von der Druckmittel-Zuführnut 48 über den Drosselsteg 46 zur Abführnut 44 verringert, wodurch im Bereich der gegen­ überliegenden Lagertasche eine erhöhte Rückstellkraft entsteht, die dadurch um so schneller aufgebaut wird, als auf Seiten der nunmehr mit einem höheren Druckmit­ telstrom versorgten Lagertasche der Abflußspalt ver­ kleinert wird. Umgekehrt wird dann, wenn die Kolben­ stange von der Lagertasche weg weicht, der Druckabfall im zugehörigen, diametral gegenüberliegenden Drossel­ spalt größer, wodurch der Druck in der Lagertasche kleiner wird und die Kolbenstange wieder in Richtung auf die Lagertasche zu ausgelenkt wird.

Wie oben bereits angesprochen, bestimmen die Abström­ verhältnisse insbesondere in axialer Richtung aus den Lagertaschen 34 mit die Regelungscharakteristik der hy­ drostatischen Lagerung. Die Besonderheit des zuvor be­ schriebenen hydrostatischen Lagers ist darin zu sehen, daß diese Abströmverhältnisse der Hydraulik-Druckflüs­ sigkeit aus der Lagertasche asymmetrisch sind. Hierbei wird die überraschende Erkenntnis ausgenützt, daß trotz dieser Asymmetrie der Abströmverhältnisse eine stabile Regelung des Lagerspalts sichergestellt werden kann. Gleichzeitig führt dieser Schritt dazu, daß es nicht mehr erforderlich ist, die Lagertaschen so anzuordnen, daß für die seitlich abströmende Hydraulik-Druckflüs­ sigkeit gleiche Wege mit gleichem Druckgefälle zu über­ brücken sind. Die Lagerspalte 54 bzw. 56 zu beiden Sei­ ten der Lagertasche 34 können dementsprechend unter­ schiedlich und sogar in unterschiedlichen Richtungen durchströmt werden, was den erfindungsgemäßen Schritt zuläßt, den der Zylinder-Druckkammer zugewandten Lager­ spalt 54 unmittelbar in die Zylinder-Druckkammer 8 mün­ den zu lassen. Demgegenüber befindet sich im Bereich des Lagerspalts 56 auf der dem Zylinder-Druckraum 8 ab­ gewandten Seite der Lagertasche 34 in der Lagerbüchse 30 eine Ablaufnut 58, die zum Tank entlastet ist. Auf­ grund dieser einzigen, der Zylinder-Druckkammer 8 abge­ wandten Ablaufnut kann selbst bei hohen Systemdrücken von etwa 280 bar und dementsprechend hohen Drücken in der Lagertasche von etwa 140 bar eine sehr niedrige Leckage-Verlustleistung des Lagers sichergestellt wer­ den. Gleichzeitig trägt die Verbindung des Lagerspalts 54 mit der Zylinder-Druckkammer 8 zu einer zusätzlichen Stabilisierung der bewegten Kolbenstange 12 in der La­ gerbüchse 30 bei, wodurch die Radial-Tragkraft des La­ gers um über 20% gegenüber einer herkömmlichen hydro­ statischen Lagerung gemäß EP 01 05 050 B1 angehoben werden konnte. Gleichzeitig konnte die Verlustleistung des Lagers um über 50% reduziert werden, so daß sich das vorstehend beschriebene hydrostatische Lager für den Einsatz selbst bei höchsten Systemdrücken eignet. Durch geeignete Abstimmung der axialen Längen der La­ gerspalte 54 und 56 aufeinander, d. h. durch Abstimmung des Axialabstandes A der Lagertaschenkante 40 von der Ablaufnut 58 auf die axiale Breite BA des Lagerspalts 54 kann ein Optimum bezüglich Leckage und Tragkraft ge­ funden werden. Vorzugsweise liegt das Verhältnis von BA zu A im Bereich von ca. 3:1. Durch die Ablaufströmung im Lagerspalt 56, die in axialer Richtung nach außen gerichtet ist ergibt sich gleichzeitig ein wirksamer Schutz des Lagers vor Schmutzeintrag, was der Standzeit des Lagers weiter zugute kommt.

Um die Herstellung des hydrostatischen Radial-Taschen­ lagers zu vereinfachen, ist es vorzuziehen, die Lager­ taschen, die Zuführöffnungen, die Abführnuten und die Ablaufnut in einer gesonderten Lagerbüchse 30 aus Stahl oder einer entsprechenden Lagerbronze oder dergleichen auszubilden. Die innere Lauffläche kann mit einer be­ sonderen Lagerschicht wie z. B. einer Weißmetall-Lager­ schicht ausgestattet sein, um die Notlaufeigenschaften des Lagers zu verbessern. Diese Lagerbüchse ist vor­ zugsweise in eine stärkere, d. h. starre Mantelbüchse 62 eingepaßt, vorzugsweise eingeschrumpft, die ihrerseits im Zylinder-Endabschnitt fixiert ist. Diese Konstruk­ tion erlaubt es, die jeweiligen Anschlüsse an die Druckversorgungsleitungen 22 sowie die Verbindungslei­ tungen 52 zwischen den Abführnuten und den jeweils ge­ genüberliegenden Lagertaschen als einfache Vertiefungen in der äußeren Zylinderfläche 64 auszubilden. Dies soll nachstehend anhand der Fig. 4 näher erläutert werden: Eine erste, in die Außenoberfläche 64 eingearbeitete Kreisnut 66 dient als Druckmittelleitung zur Versorgung der einzelnen Radialbohrungen 50, die jeweils in die Zuführöffnungen 48 münden. Über eine nicht näher darge­ stellte Zulaufbohrung ist die Kreisnut 66 an die Druck­ versorgungsleitung 22 angeschlossen. Wendelförmig ver­ laufende Verbindungsnuten zur Ausbildung der oben be­ schriebenen Verbindungsleitungen 52 sind mit 68₁ bis 68₄ bezeichnet, wobei sich jede dieser Verbindungsnuten etwa über einen Winkelsektor von 180° erstreckt und je­ weils an einer Radialbohrung 70 bzw. 72 endet, über die eine Verbindung zwischen den jeweilen Abführnuten und den zugehörigen Lagertaschen auf der gegenüberliegenden Seite herstellbar ist. Die auf diese Weise gebildeten Kanäle mit etwa rechteckigem Querschnitt sind durch die Innenoberfläche 74 der die Lagerbüchse 30 umgebenden Mantelbüchse 62 hermetisch verschlossen, so daß zusätz­ liche Abdichtmaßnahmen nicht erforderlich sind. Dieses Prinzip der Kanalgestaltung ist selbstverständlich auch dann anwendbar, wenn abweichend von der gezeigten Aus­ führungsform mit vier über den Umfang gleichmäßig ver­ teilten Lagertaschen eine größere geradzahlige Anzahl von Lagertaschen vorgesehen sind.

In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform des hydrostatischen Radial-Taschenlagers für einen ser­ vohydraulisch gesteuerten Hochleistungs-Prüfzylinder dargestellt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind diejenigen Bauteile, die mit den Elementen der zuvor beschriebenen Ausführungsform vergleichbar sind, mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Abweichungen von der zuvor beschriebenen Ausführungsform bestehen ledig­ lich hinsichtlich der Gestaltung der Lagertaschen und der Spaltdrosseln. So ist die mit 134 bezeichnete La­ gertasche von einer im wesentlichen rechteckförmigen Nut gebildet, wobei sich die Lagertasche - in Überein­ stimmung mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform - hauptsächlich in Umfangsrichtung erstreckt. Die Dimen­ sionen und Lageanordnungen der Lagerspalte 54 und 56 sind ebenfalls im wesentlichen gleich gehalten, wobei auch in diesem Fall der Lagerspalt im Bereich von eini­ gen 1/1000stel des Kolbenstangendurchmessers D liegt. Anstelle der zuvor beschriebenen, kreisförmigen Druck­ mittel-Zuführnut ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5, 6 eine sich in Axialrichtung erstreckende Ver­ tiefung 148 vorgesehen, die mittig zwischen zwei seit­ lich und parallel dazu verlaufenden Abführ-Vertiefungen 144 angeordnet ist. Die zur Lagerspaltregelung erfor­ derliche Spaltdrossel wird somit durch die Oberflächen­ bereiche 146₁ und 146₂ zu beiden Seiten der Vertiefung 148 gebildet. Die Regelungscharakteristik der hydrosta­ tischen Lagerung kann durch geeignete Abstimmung der Maße M, N und P aufeinander gesteuert werden.

Die beiden Abführ-Vertiefungen sind über entsprechende Radialbohrungen 151₁ und 151₂ und entsprechende Lei­ tungsabschnitte an eine gemeinsame Verbindungsleitung 52 angeschlossen, um eine Strömungsmittelverbindung zur diametral gegenüberliegenden Lagertasche 134 herzustel­ len. Die Verbindungsleitungen 52 sowie die zugehörigen Zwischenleitungsabschnitte können wiederum in die Au­ ßenoberfläche einer Lagerbüchse 130 eingearbeitet sein, wie es weiter oben bereits beschrieben ist. Die Druck­ mittelversorgung der Vertiefungen 148 erfolgt über Druckversorgungsleitungen 22, die von einer Pumpe 24 gespeist werden.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der hydrostatischen Taschenlagerung, wie sie in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 18 angedeutet ist. Abweichend von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die­ ses Radial-Taschenlager im Bereich des Kolbens 6 vorge­ sehen. Mit dem Bezugszeichen 212 ist eine vom Kolben ausgehende Kolbenstange bezeichnet. Mit strichpunktier­ ten Linien ist eine weitere Kolbenstange 213 angedeu­ tet, wodurch zu erkennen gegeben wird, daß das nachfol­ gend näher zu beschreibende hydrostatische Radial-Ta­ schenlager gleichermaßen für Differentialzylinder oder Gleichgangzylinder verwendet werden kann. Die Zylinder- Druckräume zu beiden Seiten des Kolbens 6 sind mit 8 und 10 gekennzeichnet.

Die Darstellung nach Fig. 7 läßt erkennen, daß die Geometrie der mit 234 bezeichneten Lagertaschen im we­ sentlichen unverändert aus der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 4 übernommen ist. Gleiches gilt für die An­ ordnung und Ausbildung der Spaltdrosseln, d. h. der Stege 242, der ringförmigen Abführnut 244, der Stege 246 und der zentralen Druckmittel-Zuführöffnung 248. Die zur Ausbildung der vorstehend genannten Elemente erforderlichen Vertiefungen 234, 244 und 248 sind al­ lerdings nicht im feststehenden Lagerteil, sondern im bewegten Lagerteil, d. h. im Kolben 6 ausgebildet bzw. ausgenommen. Dementsprechend erfolgt auch die Versor­ gung des hydrostatischen Radial-Taschenlagers durch das Innere des Kolbens. Die von der nicht näher dargestell­ ten Pumpe kommende Druckversorgungsleitung 22 ist als zentrische Bohrung ausgeführt, die durch die Kolben­ stange 212 verläuft. Radial innerhalb des Lagers zweigt sich die Druckversorgungsleitung 22 in eine der Anzahl der Lagertaschen 234 entsprechende Zahl von radialen Stichleitungen 22 ₁ bis 22 ₄ auf, die jeweils zu den Druckmittel-Zuführöffnungen 248 geführt sind. Durch den kreisringförmigen Steg 246 erfolgt eine Drosselung des Versorgungsdrucks auf den eigentlichen Taschendruck, wobei das gedrosselte Druckfluid aus der Abführnut 244 in die Lagertasche 234 des diametral gegenüberliegenden Lagerbereichs geführt wird. Die zugehörigen Verbin­ dungsleitungen sind mit 252 ₁ bis 252 ₄ bezeichnet.

Die Funktionsweise des auf diese Weise modifizierten hydrostatischen Radial-Taschenlagers 18 entspricht im wesentlichen derjenigen der zuvor beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiele. Die Besonderheit dieses Lagers besteht allerdings darin, daß auf eine gesonderte Ablaufnut verzichtet werden kann, indem das Druckniveau in den beiden Zylinder-Druckräumen 8, 10 ausgenützt wird. Die asymmetrischen Abströmverhältnisse in axialer Richtung aus der Lagertasche 234 ergeben sich dadurch, daß bei Betätigung des servohydraulisch gesteuerten Hochlei­ stungs-Prüfzylinders ein Druckgefälle zwischen den Druckräumen 8 und 10 herrscht, das jedoch die Regel­ funktion des Taschenlagers nicht beeinträchtigt. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Druck in den Druck- Zylinderräumen 8 bzw. 10 zur zusätzlichen Stabilisie­ rung des Lagers herangezogen werden, wodurch auch im Bereich des Kolbens die Lager-Tragkraft erhöht wird.

Mit strichpunktierter Linie ist in Fig. 7 unten eine Variante des Lagers dargestellt, gemäß der eine beson­ ders einfache Versorgung der Lagertaschen mit Druck­ flüssigkeit bewerkstelligt werden kann. Diese Druck­ flüssigkeits-Versorgungseinrichtung - die im übrigen auch bei den eingangs beschriebenen Varianten anwendbar ist - ist mit dem Bezugszeichen 280 bezeichnet. An­ stelle der zentralen Druckversorgungsleitung 22 tritt eine erste Druckmittelleitung 282, die in Strömungsmit­ telverbindung mit dem Zylinder-Druckraum 8 steht, und eine zweite Druckmittelleitung 284, die mit dem Zylin­ der-Druckraum 10 verbunden ist. Diese beiden Druckmit­ telleitungen sind zu einem Wechselventil 286 geführt, von dem eine Versorgungsleitung 222 zu den einzelnen Stichleitungen 22 ₁ bis 22 ₄ ausgeht. Über das Wechsel­ ventil wird der jeweils höhere, in den beiden Zylinder- Druckräumen 8, 10 herrschende Druck auf die Lagerstel­ len, d. h. auf die Zuführöffnungen 248 gegeben, so daß eine separate Druckversorgungseinheit und damit eine separate Pumpe für die Lagerstellen entfallen kann.

Selbstverständlich ist es auch im Zusammenhang mit die­ ser Ausführungsform des hydrostatischen Radial-Taschen­ lagers möglich, die Anzahl der Lagertaschen zu verän­ dern, ohne hierdurch am grundsätzlichen Aufbau und an der Funktionsweise des Lagers etwas zu ändern. Die Ver­ bindungsleitungen 252 ₁ bis 252 ₄ sind vorzugsweise von Durchgangsbohrungen gebildet, die besonders einfach herstellbar sind. Abweichend von der gezeigten Ausfüh­ rungsform ist es auch möglich, die Vertiefungen im Kol­ ben zur Ausbildung der Lagertaschen, der Abführnuten und der Zuführöffnung in einer separaten Lagerhülse auszubilden, die mit Preßsitz auf dem Kolbenkörper be­ festigt ist. Die Lagertaschen können selbstverständlich auch in der Weise ausgeführt sein, wie dies unter Bezug auf die Fig. 5 und 6 erläutert wurde.

Die Erfindung schafft demgemäß ein hydrostatisches Ra­ dial-Taschenlager für einen Servozylinder, insbesondere für einen Hochleistungs-Prüfzylinder, wie er beispiels­ weise in der Prüfstands- oder Simulationstechnik Verwendung findet. Das Radial-Taschenlager eignet sich zur hochpräzisen Regelung des Kolbens und zur Aufnahme von großen auf die Kolbenstange einwirkenden Querkräf­ ten. Es ist eine über den Lagerumfang gleichmäßig ver­ teilte gerade Anzahl von Lagertaschen vorgesehen, die jeweils über zugeordnete, an Druckversorgungsleitungen angeschlossene Vordrosseln und eine zugehörige Verbindungsleitung von einer Druckflüssigkeitsquelle gespeist werden. Die Vordrosseln sind vom Lagerspalt zwischen einer Zuführöffnung und zumindest einer Ab­ führnut innerhalb einer gegenüberliegenden Lagertasche gebildet, wobei die Lagertasche als eine in sich zu­ rücklaufende Vertiefung entweder im feststehenden oder im bewegten Lagerteil ausgeführt ist. Zur Verminderung der leckagebedingten Verlustleistung unter gleichzeiti­ ger Anhebung der Lagertragkraft ist der Druckabfall der von der Lagertasche in axialer Richtung zu beiden Sei­ ten wegströmenden Druckfluid-Abströmung unterschied­ lich.

Claims (15)

1. Hydrostatisches Radial-Taschenlager für einen Servozy­ linder, insbesondere für Hochleistungs-Prüfzylinder, zur Aufnahme von Querkräften, die auf dessen aus dem Arbeitszylinder herausragende Kolbenstange einwirken, mit einer über den Lagerumfang gleichmäßig verteilten, geraden Anzahl von Lagertaschen, die jeweils über zuge­ ordnete, an Druckversorgungsleitungen angeschlossene Vordrosseln und eine zugehörige Verbindungsleitung von einer Druckflüssigkeitsquelle gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Vordrosseln (46; 146 ₁, 146 ₂; 246) jeweils vom Lagerspalt zwischen einer Zuführöff­ nung (48; 148; 248) und zumindest einer Abführnut in­ nerhalb einer diametral gegenüberliegenden Lagertasche gebildet sind, wobei die Lagertaschen (34; 134; 234) jeweils als in sich zurücklaufende Vertiefungen ausge­ führt sind, und der Druckabfall, der von der Lagertasche (34; 134; 234) in axialer Richtung zu beiden Seiten wegströmenden Druckflüssigkeits-Abströmung unterschiedlich ist.

2. Taschenlager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es im Bereich zumindest einer Kolbenstan­ genführung (16) des Servozylinders (4) ausgebildet ist und daß im Axialabstand (A) von der Lagertaschenbegren­ zung (40) auf der dem Zylinderraum (8) abgewandten Seite eine Ablaufnut (58) vorgesehen ist.

3. Taschenlager nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lagertaschen (34, 36), die Zuführöff­ nungen (48; 148) sowie die Abführnuten (44; 144) im feststehenden Lagerteil ausgebildet sind.

4. Taschenlager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ablaufnut (58) im feststehenden Lagerteil ausgebildet ist.

5. Taschenlager nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialabstand (A) klei­ ner ist als die axiale Breite (BA) des an den Zylinder­ raum (8) angrenzenden Lagerspalts (54).

6. Taschenlager nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Maß (BA) der axialen Breite etwa das zwei- bis dreifache des Axialabstandes (A) ausmacht.

7. Taschenlager nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch eine Lagerbüchse (30; 130), die kraftschlüssig in einer starren Mantelbüchse (62) der Kolbenstangenführung (16) sitzt.

8. Taschenlager nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckversorgungsleitungen (66) und/oder die Verbindungsleitungen (68₁ bis 68₄) in die Außenseite (64) der Lagerbüchse (30) eingearbeitet und von der Mantelbüchse (62) verschlossen sind.

9. Taschenlager nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es im Bereich des Kolbens (6) vorgesehen ist und daß die Lagertaschen (234), die Zuführöffnungen (248) sowie die Abführnuten (244) in der Kolbenoberflä­ che ausgebildet sind.

10. Taschenlager nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckversorgungsleitungen (22 ₁ bis 22 ₄) von einer zentralen Druckmittelleitung (22) im Kolben (6) ausgehen.

11. Taschenlager nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (252 ₁ bis 252 ₄) von axial versetzten Querbohrungen gebildet sind.

12. Taschenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführöffnungen von ei­ ner kreisförmigen Vertiefung (48; 248) gebildet sind, die konzentrisch zu einer sie umgebenden Abführnut (44; 244) angeordnet sind.

13. Taschenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführöffnungen von Axialnuten (148) gebildet sind, die sich jeweils zwi­ schen einem Paar von axial ausgerichteten Abführnuten (144) erstrecken.

14. Taschenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagertaschen (34; 134; 234) von im wesentlichen rechteckförmig verlaufenden flachen Nuten gebildet sind.

15. Taschenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckversorgungsleitun­ gen (282, 284, 222) der Lagertaschen (234) über ein Wechselventil (286) geführt sind, das an die beiden Zy­ linder-Druckräume (8, 10) angeschlossen ist.