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Einrichtung zur Druckübertragung
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Druckübertragung mittels
eines hydraulischen Mediums von einem feststehenden Gehäuse auf eine drehbare Welle,
bei welcher in dem Gehäuse in axialem Abstand voneinander wenigstens zwei hydrostatische
Lager angeordnet sind, die mit einem unter Druck stehenden hydraulischen 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 von dem Ringkanal überdeckten Umfangsbereich
der Welle in dieser wenigstens eine Einführungsbohrung für das hydraulische Medium
vorgesehen ist.
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Zur Übertragung von Druck von einem feststehenden auf ein rotierendes
Teil sind schon die verschiedensten Einrichtungen bekannt geworden.
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Im einfachsten Falle hat man auf einer rotierenden Welle eine einfache
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 hydrodynamischen Gleitlagers zusammenwirken konnten, wenn Öl durch die Zuführbohrung
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.
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Es ist bekannt, daß es in hydrodynamischen Gleitlagern schon bei relativ
niedrigen Gleitgeschwindigkeiten zum Abreißen des Ölfilms kommen
kann.
Die Folge davon ist metallische Berührung zwischen den gegeneinander laufenden Teilen,
im vorliegenden Falle also zwischen der Büchse und der Welle. Durch das weiterhin
zugeführte, unter Druck stehende Öl, welches in diesem Zustand über den sich einstellenden
sichelförmigen Spalt abfließt, wird ein Gegeneinanderdrücken der Büchse und der
Welle noch verstärkt, was eine kurzfristige Zerstörung der Druckiibertragungseinrichtung
zur Folge hat.
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Um dies zu vermeiden, hat man beiderseits des Ringkanales für die
Druckübertragung Wälzlager vorgesehen, um so die seitlichen Drosselspalte 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 DruckUbertragungseinrichtungen benötigt
wird, fällt die Drehzahlgrenze erneut stark ab.
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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.
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Dies hat schließlich dazu geführt, daß man bei einer bekannten Druckübertragungseinrichtung
beiderseits des Ringkanales, in welchem die eigentliche Druckübertragung erfolgt,
hydrostatische Lager angeordnet hat.
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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 Druckölzufuhr 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 Zustand nur kurzzeitig auftritt, ist mit Beschädigungen
an den hydro-
statischen Lagern zu rechnen (CH-PS 581 279).
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zur Druckübertragung von einem feststehenden Gehäuse auf eine drehbare Welle zu
schaffen, bei welcher eine einwandfreie Funktion auch dann gewährleistet ist, wenn
die Druckübertragung für längere Zeit unterbrochen ist. Dieses Ziel soll mit geringstem
baulichen Aufwand erreicht werden.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß in den Ringkanal, der
zwischen zwei hydrostatischen Lagern angeordnet ist, eine in die freie Atmosphäre,
und insbesondere in eine Leckölrückführung führende Leitung mündet, die durch ein
Absperrorgan wahlweise unterbrochen und freigegeben werden kann. Durch diese Ausbildung
wird erreicht, daß das Druckmedium zunächst die hydrostatischen 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 führende Leitung durch das 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 verbindenden
Leitung angeordnet ist. Wird dieses Absperrorgan geschlossen, so erfolgt die Druckübertragung
in die Welle, während diese unterbrochen wird, wenn das Absperrorgan geöffnet wird.
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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 umlaufende Dichtstege und in Umfangsrichtung
durch diese Dichtstege verbindende Querstege begrenzt und über je eine Drosselbohrung
mit einer Druckölquelle verbunden sind. Dabei grenzt an der Lageraußenseite an wenigstens
den einen umlaufenden Dichtsteg der Ringkanal
an, der über den
von dem umlaufenden Dichtsteg einerseits und der Welle andererseits begrenzten Lecköldrosselspalt
mit dem Inneren des hydrostatischen Lagers verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht es auch, in einem Gehäuse
mehr als zwei hydrostatische Lager in axialem Abstand voneinander anzuordnen und
zwischen jeweils zwei benachbarten Lagern einen Ringkanal vorzusehen, von denen
jeder mit einer separaten Leitung mit Absperrorgan versehen ist. Auf diese Weise
ist es möglich, über unterschiedliche 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 Spannvorrichtung)
mittels der einen Zuführleitung in die eine und mittels der anderen Zuführleitung
in die andere Endstellung bewegt.
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Das Absperrorgan in der aus dem Ringkanal in die freie Atmosphäre
führenden Leitung kann als mechanisch betätigbarer Dreh- oder Längsschieber ausgebildet
sein, man kann es aber auch z.B. als Elektromagnetventil ausführen, was insbesondere
dann vorteilhaft ist, wenn die Einrichtung elektrisch oder elektronisch gesteuert
werden soll.
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Die hydrostatischen Lager ihrerseits können entweder als Radiallager
oder auch als Axiallager ausgebildet sein, es ist aber auch eine Kombination 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 Kühiflüssigkeitsquelle
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 gleichzeitig geschlossen sind. Das
bedeutet, daß die Kühiflüssigkeitsleitung abgesperrt ist, wenn Druck in die Welle
übertragen wird, während sie geöffnet wird, sobald diese Druckübertragung unterbrochen
wird. In dieser Zwischen phase wird dann durch die in den Ringraum eingeführte und
durch die in die freie Atmosphäre führende Leitung wieder abgeführte Kühlflüssigkeit
Wärme aus der Einrichtung abtransportiert.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Druckübertragungseinrichtung gemäß
Linie I-I der Figur 2, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II der Figur 1, Fig.
3 einen Querschnitt nach Linie 111-111 der Figur 1, Fig. 4 einen-gegenüber Figur
3 abgewandelten Ouerschnitt, Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Ausführung mit
hydrostatischen Ax ial lagern, Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine mittels einer
erfindungsgemäßen Einrichtung betätigten Lamellenkupplung und Fig. 7 einen Teilschnitt
gemäß Figur 6.
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Die in den Figuren 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 Dichtstege 4 und in Umfangsrichtung durch Querstege 5 begrenzt
sind, welche mit der Oberfläche der Hohlwelle Lecköldrosselspalte 6 bilden.
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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.
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Der Verteilerring 8 ist in nicht dargestellter Weise fest und druckdicht
mit dem Gehäuse 1 verbunden. Das Gehäuse weist an vier Umfangsstellen Längsbohrungen
10 auf, die aus dem Verteilerkanal 9 mit Drucköl gespeist werden und die ihrerseits
über je mindestens eine Drosselbohrung 11 mit je einer Drucktasche 3 verbunden sind.
Die Funktion
derartiger hydrostatischer Lager darf als bekannt vorausgesetzt
werden.
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Das zugeführte Drucköl baut in den einzelnen Drucktaschen 3 Druckpolster
auf, die die Welle tragen. Über die seitlichen Lecköldrosselspalte 6 tritt ständig
eine geringe Menge Öl aus und wird zur Druckölquelle zurückgeführt.
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Im vorliegenden Falle ist jeweils zwischen zwei hydrostatischen Lagern
und zwar angrenzend an deren seitliche umlaufende Dichtleisten ein Ringkanal 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~ eingeschaltet ist, und welche in die freie Atmosphäre,
insbesondere aber in eine Leckölrückführung führt.
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Im Bereich der Ringkanäle 12, 12~ sind in der Hohlwelle 2 radiale
Einführungsbohrungen 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.
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Die Axialbohrung 16 mündet in einen links vom Ringkolben 19 liegenden
Ringraum 20, während die Axialbohrung 16~in einen rechts vom Ringkolben liegenden
Ringraum 20' eingeführt ist.
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Die gesamte Einrichtung ist umgeben von einer Ummantelung 21, die
an ihrer tiefsten Stelle eine Leckölrückführungsbohrung 22 aufweist.
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Die Einrichtung ist dazu bestimmt, durch äußere Einwirkung den Ringkolben
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.
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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 zurückgeführt. Das an den innenliegenden
umlaufenden Dichtleisten 4 austretende 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.
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Bringt man nun - wie in Figur 1 dargestellt, den Drehschieber 14 in
seine ~#Geschtossen11-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 entstehende 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 Figur 1 dargestellte Lage gedrückt wird.
Wenn der Kolben nun in die linke Endstellung gebracht werden soll, so ist es hierzu
lediglich erforderlich, die beiden Drehschieber 14 und 14~ umzusteuern, wodurch
der linke Ringkanal 12 drucklos wird, während sich im rechten Ringkanal 12~ Druck
aufbaut, der über die Einführungsbohrung 15' und die Axialbohrung 16~ sich in den
Ringraum 20~ fortpflanzt und von dort aus den Ringkolben 19 nach links drückt.
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Die Figur 4 zeigt eine Variante der Figur 3, bei welcher in den Rinqkanal
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 Kühiflüssigkeitsauelle
führt In der dargestellten 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 aufbauen soll, kann somit die Einrichtung auf diese Weise gekühlt
werden.
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In Figur 5 trägt ein Gehäuse 25 an seinen beiden Stirnflächen Drucktaschen
26, die durch axiale Drosselbohrungen 27 aus dem Ringkanal 28 mit Drucköl versorgt
werden, welcher Ringkanal 28 durch die Druckzuleitung 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.
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Im Bereich dieses Ringkanales 33 ist in der Hohlwelle 30 eine radiale
Einführungsbohrung 34 vorgesehen, die in eine Axialbohrung 35 mündet.
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Der Ringkanal 33 ist über die Leitung 36 und dem Drehschieber 37 mit
der freien Atmosphäre verbunden.
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Das über die Druckzuleitung 29 zugeführte Drucköl gelangt in den Drucktaschen
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 Ummantelung und wird als Lecköl zurückgeführt.
Das radial innen austretende Drucköl gelangt in den Ringkanal 33, wo sich - wenn
der Drehschiber 37 geschlossen ist - Druck aufbaut, der sich in der Einführungsbohrung
34 und der Axialbohrung 35 fortsetzt und dort beliebig genutzt werden kann.
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Das in Figur 6 und 7 dargestellte Ausführungsbeispiel gleicht - soweit
es die Einrichtung zur Druckübertragung betrifft - dem Ausführungsbeispiel nach
Figur 1. Der wesentlichste Unterschied besteht darin, daß in diesem Falle nur zwei
hydrostatische Lager und damit nur ein Ringkanal 12 vorgesehen sind. Der Drehschieber
14 gemäß Figur 1 ist hier durch einen Längsschieber 38 ersetzt.
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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 andererseits 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.
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Wird dagegen der Längsschieber 38 in die in Figur 7 dargestellte Position
gebracht, dann ist die Leitung 13 geöffnet. Der Ringkanal 12 wird drucklos und damit
auch der Ringraum 39, so daß die Schraubenfeder 44 den Ringkolben 40 nach links
drücken kann, wodurch der Reibschluß im Lamellenpaket 41 aufgehoben und damit die
Kupplung ausgerückt wird.
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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.
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