DE7814254U1 - Hydrostatisches wellenlager - Google Patents

Description

REGIE NATIONALE DES USlNES RENAULT Boulogne-Billancourt, Frankreich

Hydrostatisches Vollenlager

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Wellenlager mit einem Stützkreis mit um die Welle herum arv.yecrdneten gegenüberliegenden Ctützkammern, die unt°r Druck stehendes Fluid aufnehmen und gegenüber der Welle einen stMndi c/en Leckverlust haben, ir.it einem Hrmittlungskreis für dio radiale Lage dor Welle im Lngcr nit un die V.'elle herum angeordneten gegenüberliegenden Erm ittluna skandier η , c'ie unter Druck stehendes Fluid aufnohron und g^g-->nübor der Wolle einen ständigen Leckverlust haben, und mit njnnr vom Lrmittlungskreis betätigten und auf den Stiitzkreis wirkenden Regeleinrichtung für die Lage der V.'elle mit ein^m ein bewegliches Organ aufweisenden Verteiler zur Speisung der Stützkammern über Drosselstellen, die sich beiderseits ihrer Gleichgewichtsstellung gegenläufig verändern, wobei das bewegliche Organ des Verteilers in seiner Bewegung mit einem beweglichen Korrekturorgan verbunden ist, das

den entgegengesetzten VJirkungen des Flüiddrucks ausgesetzt ist, der in den gegenüberliegenden Kammern des Ermittlungskreises herrscht.

Derartige Lager werden insbesondere an Werkzeugmaschinen, ss.li. für bohr- oder Schleif spindeln, vorv;nndet.

Us v/erden drei Arten derartiger Lager unterschieden:

a) Einfache hydrostatische Lager, die durch feste Drossnlstellen mit Stütz fluid gespeist v/erden.

L) Hydrostatische Lager mit Druckregelung, die über Drosselstellen gespeist werden, die sich in Abhängigkeit von Abweichungen der in den Stützkammern der Lager herrschenden Drücke verändern.

c) Hydrostatische Lager mit Lageregelung, die über Drosselstellen gespeist werden, die sich in Abhängigkeit von Abweichungen der Lage der Welle gegenüber einem festen Bezug in einem mit dem Lager verbundenen Koordinatensystem verändern.

Die Erfindung steht in Zusammenhang mit der letzten Art von hydrostatischem Lager.

Der durch Anwendung einer derartigen Technik angestrebte Zweck besteht in der Erzielung einer minimalen, v/pnn nicht keiner, Verschiebung der einer radialen Belastung unterworfenen Welle gegenüber dem Lager.

Die bisherigen Regeleinrichtungen sind picht in das Lager integriert und bedingen die Verwendung von Verbindungskanälen mit dem Lager, die das Ganze komplex und voluminös machen.

7814254 2112.71

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, die in erster Linie diesen Nachteil beseitigt.

Dies wird bei einem hydrostatischen Lager der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das bewegliche Organ des Verteilers als ringförmiges Element ausgebildet ist, dac Speisekarü":le der Stützkanunern umgibt und mit den Speisekanälen die Drosselstellen bildet, wobei das ringförmige Element an gegenüberliegenden Bereichen seines Umfangs mit einer Winkelstellung, die derjenigen der Ermitt- -.ungskammern entspricht, den in den Ermittlungskanunern herrschenden Fluiddrücken ausgesetzt ist.

Überdies weist die Erfindung den Vorteil auf, daß sie sich leicht für eine Lageregelung nicht nur in einer gegebenen radialen Richtung, sondern in jeder Richtung eignet. Dies geschieht einfach unter Anwendung in Kombination mit Ermittlungskreisen für zwei unterschiedliche radiale Richtungen von Druckkammern und -bereichen, die entsprechend auf dem beweglichen ringförmigen Element des Verteilers verteilt sind, d.h. ohne Verdoppelung eines derartigen Organs wie bei den bekannten Vorrichtungen mit üblichem gesonderten Verteiler.

Die Erfindung eignet sich auch leicht zur Speisung der \nordnung des hydrostatischen Lagers ausgehend von einer einzigen Druckquelle und mit einem einzigen Fluid, was bei den bekannten Lösungen der betrachteten Art nicht der Fall ist, wo der Ermittlungskreis und ein Teil des Regelkreises pneumatisch sind.

Im Iiinblick auf eine Regelung mit einem guten dynamischen und insbesondere pumpfreien Verhalten zeichnet sich das hydrostatische Lager nach der Erfindung ebenfalls dadurch aus, daß das ringförmige Element von einem zweiten ringförmigen Element umgeben ist, das mit deir. ersten ringförmigen Element Kammern bildet, die mit den Ermittlungskammern verbun-

den sind und die gegenüberliegenden Bereiche begrenzen, wobei das zweite ringförmige Element seinerseits an seinem Umfang und in derselben Winkelausrichtung wie diejenige der Ermittlungskammern der entgegengesetzten Wirkung von Fluiddrosseldrücken ausgesetzt ist, die einerseits Leckverlusten des Ermittlungskreises und andererseits einem Leckverlust eines Gleichgev/ichtsfluidkreises für die normale Stelle der V-Jelle in ihrem Lager entsprechen.

L'in Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt des hydrostatischen Lagers;

Fig. 2 einen halben Querschnitt II-II von Fig. 1 des hydrostatischen Lagers.

Ein dargestelltes hydrostatisches Lager für eine Kelle 1 enthält einen aus zwei Teilen 2a, 2b bestehenden Lagnrkörper, der das eigentliche hydrostatische Stützlager 3 aufnimmt. Dieses besteht aus einem Ring, auf dessen Innenseite vier einander gegenüberliegende und um 90 versetzte Stützkammern ausgebildet sind, die durch Rippen 5 begrenzt sind, deren Innenradius so groß ist, daß er einen ständigon Lnckvorlust an den Rippen 5 gegenüber der Kollo zuläßt (bei Spiel 6). Jede Kammer 4 wird durch einen radialen Kanal 7 gespeist, der im Ring als Fenster ausgebildet ist. Dieser Kanal mündet an seinem Umfang in eine Zufuhrkammpr f> für Druckflüssigkeit. Diese Zufuhrkammer ist zwischen den beiden Teilen 2a, 2b des Lagerkörpers ausgebildet und wird noch durch ein zwischen den Teilen 2a und 2b verschiebbar eingebautes ringförmiges Element 9 begrenzt. Jede Kammer 8 ist über eine Leitung mit einer nicht gezeigten Sammelleitung verbunden, mit dor eine Druckflüssigkeitsquelle verbunden ist. Diese Speisung ist durch die Pfeile Pa symbolisch dargestellt. Dip. Innenseite des ringförmigen Elements 9 befindet sich gegenüber den radialen

Kanälen 7 und ist von ihnen so weit im Abstand entfernt, daß eine veränderliche Drosselstelle zur Verteilung der Flüssigkeit des Stützkreises zu den Kammern 4 gebildet wird.

Der Ermittlungskreis für die radiale Lage der Kelle 1 enthält zwei Paare von gegenüberliegenden und axial gegenüber dem Stützlager versetzten Kammern, von denen hier nur ein Paar bei 10 und 11 dargestellt ist, während das andere Paar um 90° versetzt ist. Diese Ermittlungskammern sind durch Rippen 12 begrenzt, deren Innenradius so bemessen ist, daß er dort einen ständigen Leckverlust gegenüber der Welle 1 (durch ein Spiel 13) zuläßt. Die Ermittlungskammern v/erden einzeln gespeist, und zwar über Leitungen 14 und 15 für die Ermittlungskammern 10 und 11 und über Drosselstellen 16 und 17, deren Speisung durch die Druckquelle ebenfalls durch die Pfeile Pa symbolisch dargestellt ist.

Stromab jeder Drosselstelle 16 und 17 und parallel zur Speiseleitung 14, 15 der entsprechenden Ermittlungskammer ist eine Zweigleitung 18, 19 vorgesehen, die in einer Kammer 2O, 21 mündet. Die Kammern 20, 21 sind zwischen den beiden Teilen 2a, 2b des Lagerkörpers und am Umfang des ringförmigen Verteilungselernents 9 ausgebildet. Die Winkellage jeder Kammer 2O, 21 entspricht derjenigen der L'rmittlungskammer, mit der sie auf diese Weise verbunden ist. Die beiden Paare von Kammern 20, 21 werden ebenfalls durch ein zweites ringförmiges Element 22 begrenzt, das verschiebbar zwischen don Teilen 2a, 2b des Lagerkörpers eingebaut ist.

Das zweite ringförmige Element 2 2 ist von einem zwischen den Teilen 2a, 2b festgelegten Kranz 2 3 umgeben und ist der entgegengesetzten Wirkung von Fluiddrosseldrücken ausgesetzt, und zwar ausgehend von Kammern, die an der Innenseite des Kranzes 23 ausgebildet und durch Rippen begrenzt sind. Diese |

/ι

Kammern enthalten für jede Ermittlungsachse zwei Kammern 24, 25, die längs ein und derselben Mantellinie des Kranzes angeordnet und jeweils mit je einer Ermittlungskairaner ein und desselben Paars, etwa 10 und 11, verbunden sind. Die beide« Kammern 24, 25 sind auch in derselben radialen Ebene angeordnet wie die radiale Ebene der entsprechenden Ermittlungskammern IO und 11. Außerdem ist gegenüber den Kammern 24, 25 im Kranz eine Kammer 26 ausgebildet, die über einen radialen Kanal 27 mit verengtem Querschnitt gespeist v/ird. Der Kanal 27 steht mit einem Kanal 28 in Verbindung, der in einer Hülse 29 ausgebildet ist, die den Kranz 23 und auch die Teile 2a, 2b des Lagerkörpers umgibt, wobei die Speisung der Leitung von der Druckquelle aus erfolgt und ebenfalls durch den Pfeil Pa symbolisch dargestellt ist.

Die Kammer 24 wird ausgehend von einer Leitung 18 gespeist, die von der Speiseleitung 14 für die Ermittlungskammer 10 über -eine Leitung 30 des Teils 2b abgezweigt ist, die ständig mit einer in die Kammer 24 mündenden abgewinkelten Leitung 31 im Kranz 23 in Verbindung steht. Die Kammer 25 wird ausgehend von der Speiseleitung 15 für die Ermittlungskammer gespeist, und zv/ar über eine an der Hülse 29 gelegene Abzweigung der Speiseleitung 15, v/obei die Abzweigung aus einer halbkreisförmigen Leitung 32 besteht, din. mit einer abgewinkelten Leitung 33 im Teil 2a in Verbindung steht, die ihrerseits mit einer abgewinkelten und in die Kammer 25 mündenden Leitung 34 im Kranz 23 in Verbindung steht. Die Begronzungsrippen der Kammern 24, 25, 26 haben einen Innenradius, dor für diesu Kärrnern ein veränderliches Austrittsspiel 35 bzw. 36 gegenüber dem zweiten ringförmigen beweglichen Element frei laßt.

Ein derartiges hydrostatisches Lager arLei lot in folgender tfeisc:

78U254 21.12.7·

ßei Abwesenheit einer äußeren Belastung an der Kelle 1 sind die in den Stützkammern 4 entstehenden Drücke praktisch gleich wie auch die in den Erroittlungskaraiern 10 und 11 entstehenden Drücke, d.h. daß die Austrittsspiele fi und 13 sich ausgleichen und die Welle 1 ira Lager praktisch /pntri-jrt ist. Dabei sind die Verteilungsdrosselstollen 37 und 30 praktisch gleich und befindet sich die ringförmige Anordnung 9, 2 2 im Gleichgewichtszustand unter der Wirkung der entgegengesetzten Kräfte, die sich aus den Fluidaustrittsdrosselungen aus den Kammern 24, 25 einerseits und 26 andererseits ergeben.

Unter der Annahme, daß eine äußere Kraft iv.it der Richtung F dann auf die Welle 1 wirkt, leitet diese Kraft eine Verschiebung ein, die bestrebt ist, das Austrittsspiel 13 der Ermittlungskammer IO zu verengen und dasjenige der Errnittlungskammer 11 zu vergrößern. Hierdurch nimmt der Druck der Flüssigkeit in der Leitung 14 und in der abgezweigten Kammer 20 zu, während der Druck der Flüssigkeit in der Leitung 15 und der abgezweigten Kammer 21 abnimmt. Daraus ergibt sich, daß die ringförmige bewegliche Anordnung 9, 22 sich ihrerseits in der Richtung F verschiebt und eine Zunahme des Durchtrittsquer-Fchnitts der Drosselstelle 37 und eine Verminderung des Durchtrittsquerschnitts der Drosselstelle 38 hervorruft. Hierdurch nininit der Druck der Flüssigkeit in der von der Drcsselstelle 37 gespeisten Kammer 4 gegenüber demjenigen der von der Drosselstelle 38 gespeisten gegenüberliegenden Kariraer 4 zu, so daß auf die Welle 1 eine Kraft v/irkt, die der Kraft mit der Richtung F entgegengesetzt ist und bis zum Ausgleich der letzteren zunimmt, d.h. bis die Welle 1 in ihre zentrierte Anfangsstellung zurückgeführt ist. Es "Stellt sich somit ein neuer Gleichgewichtszustand her, bei dem die Drücke in den Ermittlungskammern 10, 11 wieder untereinander gleich werden und bei dgm die Lage der ringförmigen beweglichen Anordnung 9, lediglich abgeändert ist zur Herstellung des zentrierten

7814254 21.12.71

Gleichgewichts der Welle durch eine unterschiedliche Druckwirkung in den Stützkammern 4.

Diese Funktionsbeschreibung für die Ermittlungsachse in Richtung F findet gleichfalls bei einor hierzu senkrechten Achse Anwendung, längs welcher das andere Paar von Kammern 1O, 11 angeordnet ist, das mit dem anderen Paar von Kammern 2O, 21 in Verbindung steht, so daß jede an der Welle 1 wirkende äußere Kraft, die unabhängig von der Richtung längs der beiden betrachteten Ermittlungsachsen auf zwei Komponenten zurückgeführt wird, ausgeglichen werden kann durch die kombinierte Wirkung der Ermittlungsdrücke längs den beiden Achsen an der ringförmigen beweglichen Anordnung 9, 22, wodurch eine radiale Verschiebung dieser Anordnung in Richtung dieser Kraft und eine geeignete Druckkorrektur in der. Stützkammern 4 prfolgt.

überdies wurde zur Erzielung einer besseren Regelung insbesondere im dynamischen Bereich vorzugsweise die Anwendung von entgegengesetzten Fluiddrosseldrücken an der ringförmigen beweglichen Anordnung 9, 22 vorgesehen, wobei daran erinnert wird, daß es sich einerseits um Austrittsdrücke der Kammern 24, 25 und andererseits um den Austrittsdruck der Kammer 26 für jede Ermittlungsachse handelt.

Das Vorhandensein dieser entgegengesetzten Fluiddrosseldrücke trägt zur Dämpfung der beweglichen Pvorrekturanordnung im dynamischen Bereich bei, wobei außerhalb des von ihnen gewährleisteten normalen Gleichgewichts diese Drücke sich entgegengesetzt zur ausgeübten Erregung an der ringförmigen beweglichen Korrekturanordnung 9, 22 ausgehend von den in den Ermittlungskammern erzeugten Drücken verändern.

Wenn sich somit beim dargestellten Beispiel einer die Achse in der Richtung F verschiebenden äußeren Kraft die Anordnung 9, 22 ebenfalls unter Druckanstieg der Kairmer 2O verschiebt, nehmen die Drosseldrücke bei 24 und 25 zu, während der Pros-

711425«

seidruck bei 26 abnimmt, und zwar entgegen der an der Anordnung 9, 22 ausgeübten Belastung.

Dies bedingt auch eine gewisse Veränderung in der Entwicklung dor Drücke in don Ermittlungskammern, die im stabilisierten Korrekturbereich, wio bereits ausgeführt, untereinander gleich bleiben und sich in Abhängigkeit von der Veränderung des Austrittsspiels 35 der betrachteten Kammern 24 und 25 verändern.

7IU254 ZVU.η

Claims (3)

1. Patentanwälte

   DIPL-ING. R. BEETZ SEN. - DIPL-ING. K. IAMPRECHT - DR.ING. R. BEETZ JR. RECHTSANWALT DIPL-PHYS. DR. JUR. U. HtIORICH

   DR.-IHG. W. TIHPE - DIPL-ING. J. SIEGFRIED

   PKJV.-DOZ. DlPL-CHEM. DR. RER. NAT. W. SCKMITT-FUMIAN

   Steinsdorfstraße 10 - D-8000 München 22

   578-28.28IG 11. Mai 1978

   Ansprüche

   Hydrostatisches Wellenlager

   mit einem Stützkreis mit um die Welle herren angeordneten gegenüberliegenden Stützkammern, die unter Druck stehendes Fluid aufnehmen und gegenüber der VielIe einen ständigen Leckverlust haben,

   mit einem Ermittlungskreis für die radiale Lage der Welle im Lager mit um die Welle herum angeordneten gegenüberliegenden Ermittlungskammern, die unter Druck stehendes Fluid aufnehmen und gegenüber der Welle einen ständigen Leckverlust haben, und

   mit einer vom Ermittlungskreis betätigten und auf den Stützkreis v/irkenden Regeleinrichtung für die Lage der Welle mit einen", ein bewegliches Organ aufweisenden Verteiler zur Speisung der Stützkammorn über Drosselstollen, die sich beiderseits ihrer Gleichgewichtsstellung gegenläufig verändern,

   578-(77/14.746)

   7814254 21.1178

   wobei das bewegliche Organ des Verteilers in seiner Bewegung mit einem beweglichen Korrekturorgan verbunden ist, das den entgegengesetzten Wirkungen des Fluiddrucks ausgesetzt ist, der in den gegenüberliegenden Kammern des Ermittlungskreises herrscht,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß das bewegliche Organ des Verteilers als ringförmiges Element (9) ausgebildet ist, das Speisekanäle (7) der Stützkammern (4) umgibt und mit den Speisekanälen (7) die Drosselstellen (37, 38) bildet,

   wobei das ringförmige Element (9) an gegenüberliegenden Bereichen seines Umfangs mit einer Kinkelstellung, die derjenigen der Ermittlungskammern (10, 11) entspricht, den in den Ermittlungskammern (10, 11) herrschenden Fluiddrücken ausgesetzt ist.
2. 2. Lager nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß das ringförmige Element (9) von einem zweiten ringförmigen Element (22) umgeben ist, das mit dem ersten ringförmigen Element (9) Kammern (20, 21) bildet, die mit den Ermittlungskammern (10, 11) verbunden sind und die gegenüberliegenden Bereiche begrenzen,

   wobei das zv/eite ringförmige Element (2 2) seinerseits an seinem Umfang und in derselben Winkelausrichtung wie diejenige der Ermittlungskammern (10, 11) der entgegengesetzten Wirkung von Fluiddrosseldrücken ausgesetzt ist, die einerseits Leckverlusten des Erroittlungskreises und andererseits einem Leckverlust eines Gleichgewichtsfluiäkreises für die normale Stelle der Welle (1) in ihrem Lager (3) entsprechen.
3. 3. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet

   7814254 21.12.7C

   durch zwei Ermittlungskreiae für zwei unterschiedliche radiale Richtungen, wobei jedem Lrniittlungskrois
   die um das ringförmige Element (9) herum angeordneten
   gegenüberliegenden Bereiche entsprechen, die don in den Lrmittlungskanunern (10, 11) herrschenden Drücken ausgesetzt sind.

   7814254 21.1178