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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen in die Lagerflüssigkeits-Zuleitung zur
Lagertasche einer hydrostatischen Lagerung oder Führung einschaltbaren Regler mit
einem Reglergehäuse, das eine von einer sie durchquerenden elastischen Membran in
zwei Druckräume unterteilte Gehäusekammer aufweist, deren erster Druckraum mit dem
Medium-Eingang (pl) und deren zweiter Druckraum einerseits über eine den Eingangsdruck
(pl) auf ein niedrigeres Druckniveau (P2) reduzierende, einen konstanten unveränderbaren
Strömungswiderstand besitzende Drosselstelle ebenfalls mit dem Mediumeingang (pi)
und andererseits über einen variablen Strömungswiderstand mit dem zur Lagertasche
führenden Medium-Ausgang (p3) in Verbindung steht, wobei dieser betragsmäßig durch
die Membrandurchbiegung bestimmte Strömungswiderstand durch einen zentralen Bereich
der Membran oder ein an diesem Bereich angebrachtes Teil und die Mündung einer diesem
Bereich gegenüberliegenden, zum Medium-Ausgang (p3) führenden Gehäuseöffnung gebildet
ist, so daß der zentrale Membranbereich einerseits vom Eingangsdruck (pl) und andererseits
vom Ausgangsdruck (p3) und der den zentralen Membranbereich umgebende Außenbereich
der Membran einerseits vom Eingangsdruck (pi) und andererseits vom durch die Drosselstelle
reduzierten Eingangsdruck (P2) beaufschlagt ist.
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Bei hydrostatischen Lagerungen gilt für die Durchströmung des Lagerspaltes
zwischen Lagerteil und gelagertem Teil allgemein die Bedingung Q - Pv ,wobei Q die
Durchflußmenge, p den in der jeweiligen Lagertasche des Lagerteils herrschenden
Druck, h die Höhe des Lagerspaltes und X die Viskosität des Lagermediums beschreibt.
Daraus läßt sich ablesen, daß bei gleichbleibender Viskosität des Lagermediums eine
Druckerhöhung in der Lagertasche durch eine Zunahme der Durchflußmenge kompensiert
werden kann. Wird also beispielsweise das gelagerte Teil durch eine plötzlich auftretende,
starke Querkraft belastet, so kann einer Verlagerung des gelagerten Teils gegenüber
dem Lagerteil durch eine Erhöhung der Durchflußmenge des zur betreffenden Lagertasche
fließenden Lagermediums entgegengewirkt werden. Um auf derartige Belastungen des
gelagerten Teils hin, die in der Regel nicht abzuschätzen sind, sofort mit einer
Durchflußänderung reagieren zu können, wird in die zu den Lagertaschen des hydrostatischen
Lagers führenden Lagermedium-Zuleitungen jeweils ein Regler eingeschaltet, der die
Durchflußänderungen in Abhängigkeit vom Druckaufkommen in den Lagertaschen selbsttätig
reguliert. Derartige Regler sind gemäß der eingangs genannten Art aufgebaut und
bereits in der DE-OS 31 50 117 beschrieben. Demnach ist praktisch in die von einer
Hydraulikpumpe zu den Lagertaschen führende Lagermedium-Zuleitung ein variabler
Strömungswiderstand zwischengeschaltet, der vom zentralen Bereich einer Membran
und der diesem Bereich gegenüberliegenden Mündung einer zu der Lagertasche führenden
Gehäuseöffnung gebildet ist. Steigt nun der Druck in der Lagertasche an, so wirkt
dieser Druck auch auf den zentralen Bereich der Membran, letztere vergrößert ihren
Abstand von der zugeordneten Mündung, und die Durchflußmenge erhöht sich. Da sich
jedoch der Membranhub proportional zum Lagertaschen-Druck verhält, hingegen die
Durchflußmenge durch den variablen Widerstand proportional zur dritten Potenz des
Membranhubes ist -dies hat eine nicht-lineare starke Zunahme der Durchflußmenge
bei ansteigendem Taschendruck und dadurch Instabilitäten im Lagerverhalten zur Folge
- stehen zur Kompensierung dieses Nachteils zusätzlich der den zentralen Bereich
umgebende untere Bereich der Membran sowie deren gegenüberliegende Membranseite
mit der zur Hydraulikpumpe führenden Leitung in Verbindung. Dabei ist die Membran
in einer von ihr in zwei Druckräume unterteilten Regler-Gehäusekammer aufgehängt;
der zweite Druckraum ist dem variablen Strömungswiderstand und der erste Druckraum
der gegenüberliegenden Membranseite zugeordnet. Ferner befindet sich in der von
der Hydraulikpumpe zum zweiten Druckraum führenden Leitung eine Drosselstelle zur
Reduzierung des im äußeren Bereich des zweiten Druckraumes herrschenden Druckes.
Es handelt sich also um einen Differenzdruck-Durchflußmengenregler, mit dem bei
entsprechender Auslegung eine im wesentlichen lineare Abhängigkeit zwischen der
zur Lagertasche fließenden Durchflußmenge und dem Lagertaschen-Druck erzielt werden
kann, so daß sich stets ein stabiler Arbeitspunkt und eine endliche Lagersteifigkeit
einstellt.
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In der Folgezeit hat sich jedoch herausgestellt, daß der eingangs
erwähnte Regler eine Vielzahl von Unzulänglichkeiten aufweist. So ist die in die
Zuleitung zum zweiten Druckraum zwischengeschaltete Drosselstelle lediglich blendenartig
ausgebildet, beispielsweise mit Hilfe einer Drosselschraube oder eine Bohrung in
der Membran, und der vom Lagermedium beim Passieren der Drosselstelle zurückzulegende
Strömungsweg ist sehr kurz.
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Dies hat zur Folge, daß der Durchfluß zwar proportional der Wurzel
aus dem Differenzdruck über diese Drosselstelle, jedoch nahezu unabhängig von der
Viskosität der Lagerflüssigkeit ist. Da der Druchfluß durch die hydrostatischen
Taschen umgekehrt proportional der Viskosität der Lagerflüssigkeit ist, ergeben
sich bei durch unterschiedliche Temperaturen, Toleranzen beim Flüssigkeitswechsel,
Flüssigkeitsalterung und dgl. unterschiedlichen Lagerflüssigkeits-Viskositäten große
Unterschiede in den Eigenschaften hydrostatischer Taschen. Wird anstelle der Blende
eine Bohrung vorgese-
hen, so wird sich in dieser Bohrung bei Berücksichtigung
realistischer technischer Werte turbulente Strömung einstellen. Turbulentes Strömungsverhalten
ist jedoch mathematisch nur sehr schlecht und umständlich faßbar, da der Widerstandskoeffizient
X in nicht linearem Verhältnis zur Reynoldszahl steht und zudem bei sämtlichen Berechnungen
die sogenannte "Rohrrauhigkeit" berücksichtigt werden muß. Man erhält also als Berechnungsgrundlage
für einen turbulenten Strömungsverlauf ein nicht-lineares Kennlinienfeld. Die sich
hieraus ergebenden Schwierigkeiten verhindern es, daß das Regelverhalten des eingangs
genannten Reglers in jedem Betriebszustand optimal ist und zudem nur schlecht vorherbestimmbar
ist. Weiterhin ergeben sich auch Anpassungsschwierigkeiten an die Durchflußcharakteristik
des Lagermediums in den Lagertaschen, da dort im Gegensatz zum Regler ein laminarer
Strömungszustand herrscht. Wird ferner die Bohrung unter Berücksichtigung realistischer
Werte durch ein Kapillarrohr ersetzt, so wird für laminare Strömung ein relativ
langes Kapillarrohr benötigt, welches zur Kompensation von Innendurchmessertoleranzen
in der Länge abgestimmt werden sowie an beiden Enden flüssigkeitsdicht befestigt
werden muß und aufgrund seiner Länge auch in aufgewickeltem Zustand schwierig unterzubringen
ist.
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Um den genannten Nachteilen abzuhelfen, ist es die Aufgabe der Erfindung,
einen Regler für hydrostatische Lager gemäß der eingangs genannten Art zu schaffen,
der bei vereinfachter Herstellung hinsichtlich der mathematischen und strömungsmechanischen
Auslegung besser faßbar ist und hierbei ohne Schwierigkeiten mit der Durchflußcharakteristik
der Lagertaschen abstimmbar ist.
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Die obige Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zwischen dem Medium-Eingang
und dem zweiten Druckraum angeordnete Drosselstelle zur Erzielung eines laminaren
Strömungsprofils des sie durchfließenden Lagermediums einen mit seiner Längsrichtung
einen kreis-, kreisbogen- oder spiralförmigen Verlauf beschreibenden, nahezu rechteckigen
oder trapezförmigen Querschnitt mit einer im Verhältnis zur Höhe großen Breite aufweisenden
Strömungskanal enthält, der als von einem Gehäusedeckel unter Abdichtung abgedeckte
und in eine Außenseite des Reglergehäuses bzw.
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die zugewandte Seite des Gehäusedeckels eingelassene Oberflächennut
ausgebildet ist und im wesentlichen in einer Ebene verläuft.
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Durch die besondere Gestalt der Drosselstelle ist nunmehr erreicht
worden, daß sich bei entsprechender Auslegung derselben ein laminares Strömungsprofil
des fließenden Lagermediums in dieser Drosselstelle einstellt. In der Folge ergibt
sich bei einem derartigen Strömungsverhalten eine lineare Abhängigkeit zwischen
dem Widerstandskoeffizienten und der Reynoldszahl, was sich in einer einzigen linearen
Kennlinie niederschlägt, die mathematisch optimal faßbar ist. Somit kann der Regler
exakt ausgelegt werden, und sein Regelverhalten ist mit Sicherheit vorherbestimmbar,
Da der Regler nunmehr ferner nahezu die gleiche Viskositätsabhängigkeit aufweist
wie die Lagertaschen, ergeben sich nahezu keine durch Viskositätsänderungen bedingte
Veränderungen der Lagerdaten. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Reglers
ist seine einfache Bauweise und insbesondere die einfach herzustellende Drosselstelle.
Der Strömungswiderstand der Drosselstelle kann durch Aufeinanderabstimmen der Länge,
Breite und Höhe des Strömungskanals unveränderlich und entsprechend den gewünschten
Gegebenheiten festgelegt werden, Die Herstellung der Oberflächennut des Strömungskanals
kann einfacherweise durch Drehen erfolgen.
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Zwar ist bereits aus der AT-PS 2 90 929 eine in die Zuleitung zu
den Lagertaschen eines hydrostatischen Lagers einschaltbare Drosselungsvorrichtung
bekannt, die ebenfalls einen Strömungskanal mit rechteckigem Querschnitt und mit
einer im Verhältnis zur Höhe gro-Ben Breite besitzt und die bei billiger Herstellung
eine Laminarströmung des Lagermediums hervorrufen soll.
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Allerdings handelt es sich dabei lediglich um eine separate, feste
Zulaufdrossel ohne jegliche Regelfunktion, die allein geeignet ist, die Strömung
des Lagermediums zu beschränken. Ferner verläuft der Strömungskanal linear und wird
aus einer Vielzahl von separaten Bauelementen gebildet, so daß ein langer Strömungskanal,
wie er häufig erforderlich ist, nur durch aufwendiges, einen großen Platzbedarf
erforderndes "Aufeinanderstapeln" einer Mehrzahl von miteinander gekoppelten Strömungskanälen
herstellbar ist Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßenReglers sind in
den Unteransprüchen aufgeführt.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 2 begünstigt die Fertigung und erlaubt
einen kompakten Aufbau des Reglers.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 3 erlaubt ein verlustarmes Strömen
auch hoher Durchflußmengen.
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Mit der Weiterbildung nach Anspruch 6 ist ein einfaches Fertigen
des Strömungskanals verbunden, einfacherweise durch einen Drehvorgang.
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Mit der Weiterbildung nach Anspruch 8 wird erreicht, daß die Drosselstelle
praktisch zwei parallel geschaltete Strömungskanäle aufweist, so daß ohne Beeinflussung
des laminaren Strömungsverhaltens des Strömungsmediums eine Erhöhung der Durchflußmenge
möglich ist.
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Die Weiterbildungen der Ansprüche 10 und 11 gestatten eine gute Handhabung
des Reglers bei seiner Bearbeitung und gleichzeitig eine kompakte Bauweise.
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Die Weiterbildungen nach Anspruch 12 und 13 ermöglichen eine noch
einfachere Herstellung des Reglers, ohne dabei Zugeständnisse hinsichtlich der mathematischen
und strömungstechnischen Auslegung eingehen zu müssen. Es ist praktisch möglich,
mehrere Regler stapelartig aufeinanderfolgend anzuordnen, und die Gehäusedeckel
selbst werden von Reglergehäusen gebildet Die vorteilhafte Ausgestaltung des Speisekanals
ermöglicht dabei den Erhalt eines allen Reglern gemeinsamen Zufuhrkanals, der sich
aus koaxial aufeinanderfolgend angeordneten Speisekanälen bzw. Zweigkanälen zusammensetzt,
so daß die Strömungskanäle sämtlicher Drosselstellen gleichzeitig beaufschlagt und
gespeist werden. Die Weiterbildung nach Anspruch 14 erlaubt es dabei, mehrere Regler
dicht gepackt unmittelbar aufeinanderfolgend anzuordnen, da die mit den Lagertaschen
zu verbindenden Medium-Ausgänge seitlich angeordnet sind und somit einer kompakten
Regleranordnung nicht im Wege stehen.
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Nun sind zwar bereits aus der DE-OS 28 29 787 in Stapelform angeordnete
Flußregulierventile für hydrostatische Lager bekannt, die jedoch von völlig anderer
Wirkungsweise sind, als der erfindungsgemäße Reglern So sind bei ihnen jeweils zwei
Medium-Ausgänge vorhanden, die jeweils zu einander gegenüberliegenden Lagertaschen
eines hydrostatischen Lagers führen müssen, da die Summe der Drücke in den beiden
Ausgängen immer in einem konstanten Verhältnis zum Eingangsdruck steht. Auch besitzen
sie keine Drosselstelle in der Art der vorliegenden Erfindung, die sich besonders
für
die stapelweise Anordnung mehrerer Regler eignet.
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Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 15 und 16 beschreiben vorteilhaft
ausgebildete Gehäusedeckel, die eine einfache Speisung der daran befestigteff Regler
erlauben.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 17 gewährleistet auch bei hohem Speisedruck
einen sicheren Zusammenhalt von Reglergehäuse und Gehäusedeckel.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Reglers dargestellt. Darin zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Regler bei abgenommenem
Gehäusedeckel gemäß Blickrichtung I-l aus Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt durch den
Regler gemäß Fig. 1 gemäß der Schnittlinie 11-11 aus Fig. 1, wobei zusätzlich gestrichelt
weitere Regler in einer Anordnungsweise dargestellt sind, wie sie bei einer AusführungsForm
als batterieartig angeordnete Regler gewählt werden kann, Fig. 3 einen Schnitt durch
den Regler aus Fig. 1 gemäß der Schnittlinie 111-111 aus Fig. 1, Fig. 4 eine Seitenansicht
einer aus einer Mehrzahl von Reglern und einem Anschlußblock bestehenden Reglereinheit
und Fig. 5 und 6 jeweils eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines
Reglers analog zur -Blickrichtung 1-1 aus Fig. 2.
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Der in der Zeichnung dargestellte Regler dient zur Regelung der Durchflußmenge
eines in eine oder mehrere Lagertaschen eines hydrostatischen Lagers fließenden
flüssigen Lagermediums, z. B. Öl. Zu diesem Zweck ist der Regler in eine nicht dargestellte
Lagermedium-Zuleitung eingeschaltet, wobei er mit seinem Medium-Eingang 1 mit einer
nicht dargestellten Hydraulikpumpe und mit seinem Medium-Ausgang 2 mit einer ebenfalls
nicht dargestellten Lagertasche in Verbindung steht.
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Der als Differenzdruck-Durchflußmengenregler ausgebildete erfindungsgemäße
Regler arbeitet nun derart, daß er bei einem Druckanstieg bzw. Druckabfall in der
mit dem Mediumausgang 2 verbundenen Lager tasche einen in seinem Gehäuseinneren
angeordneten variablen Strömungswiderstand 3 derart verändert, daß bei einer Druckerhöhung
in der Lagertasche eine Vergrößerung bei einer Druckreduzierung eine Verringerung
der Durchflußmenge des Lagermediums erreicht wird.
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Ein in dem hydrostatischen Lager gelagertes Teil, beispielsweise eine
Werkzeugspindel, verändert dadurch auch bei plötzlich auftretenden Querbelastungen
ihre Lage bezüglich dem Lager nur geringfügig, man erhält also eine präzise Lagerung.
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In der Folge soll eine erste Bauform des erfindungsgemäßen Reglers
anhand der Fig. 1-3 erläutert werden. Demnach besitzt der Regler ein Reglergehäuse
4 von scheibenartiger bzw. plattenartiger Gestalt, dessen beide voneinander wegweisenden
und größere Plattenfläche aufweisenden Gehäuseober- bzw. -unterseiten 5, 6 parallel
zueinander angeordnet sind und eine rechtekkige, insbesondere quadratische Kontur
besitzen.
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Von der Gehäuseoberseite 5 her ist das Reglergehäuse 4 eine eine
Gehäusekammer 7 bildende Vertiefung eingebracht, deren offene Seite 8 unter Abdichtung
von einem in Fig. 2 gestrichelt dargestellten Gehäusedeckel 9 abdeckbar ist. Die
Gehäusekammer 7 besitzt in-Draufsicht gemäß Fig. 1 gesehen einen kreisförmigen Querschnitt,
und der dem Reglergehäuse 4 zugeordnete Kammerboden 10 besitzt die Gestalt einer
Kugelfläche, so daß die Tiefe der Gehäusekammer 7 im Zentrum des Bodens am größten
ist und allseitig zum Kammerrand 14 hin kontinuierlich abnimmt. Der Radienursprung
der den Kammerboden 10 beschreibenden Kugelfläche 16 findet sich auf der mit Bezug
auf den kreisförmigen Kammerquerschnitt gesehenen Längsachse 15. Der Übergangsbereich
vom Kammerboden 10 zum Kammerrand 14 ist somit durch eine Ringstufe 17 gebildet;
auf dieser Ringstufe 17 liegt eine in Fig. 2 gestrichelt dargestellte elastische
Membran 18 auf, deren Durchmesser in etwa demjenigen der Gehäusekammer 7 entspricht.
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Durch die Membran 18 ist die Gehäusekammer 7 in zwei Druckräume 19,
20 unterteilt, deren erster dem Gehäusedeckel 9 und deren zweiter dem Kammerboden
10 zugeordnet ist.
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Die Achse 15 bildet die Längsachse des Reglergehäuses 4, sie ist
rechtwinkelig bezüglich der Gehäuseoberund-unterseite 5, 6 angeordnet. Der Gehäusedeckel
9 entspricht in seiner Außenkontur derjenigen des Reglergehäuses 4 und sitzt fluchtend
auf diesem auf. In Längsrichtung ist er von einem Speisekanal 21 durchzogen, der
einerseits zum Medium-Eingang 1 führt und mit dem Eingangsdruck p beaufschlagt ist.
Von diesem geht im Innern des Gehäusedeckels 9 ein Abzweigkanal 22 ab, der auf dem
Boden 10 gegenüberliegender Seite in den ersten Druckraum 19 ausmündet.
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Der zweite Druckraum 20 steht über den bereits erwähnten variablen
Strömungswiderstand 3 und einen sich daran anschließenden, das Reglergehäuse 4 durchziehenden
Arbeitskanal 23 mit dem Medium-Ausgang 2 in Verbindung, an den eine zu einer Lagertasche
führende Zuleitung anschließbar und insbesondere einschraubbar ist. Der Arbeitskanal
23 mündet koaxial bezüglich der Längsachse 15 in den zweiten Druckraum 20 ein (Mündung
24), daran anschließend besitzt der Arbeitskanal 23 zunächst ein Stück weit einen
koaxialen Verlauf bezüglich der Längsachse 15, bevor er seine Richtung ändert und
bezüglich der Längsachse 15 radial nach außen verläuft, um an einer der Gehäuseseiten
25 in den Medium-Ausgang 2 überzugehen.
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Der zweite Druckraum 20 steht ferner über eine später noch zu erläuternde
Drosselstelle mit konstantem, unveränderbarem Strömungswiderstand ebenfalls mit
dem Medium-Eingang 1 in Verbindung. Dadurch hat also das Lagermedium auf seinem
Weg vom Medium-Eingang zum Medium-Ausgang zunächst diese Drosselstelle und anschließend
den variablen Strömungswiderstand 3 zu passieren. Letzterer setzt sich aus der bereits
beschriebenen Mündung 24 und dem dieser gegenüberliegenden zentralen Bereich 29
der Membran 18 zusammen. Entsprechend dem Grad der Membrandurchbiegung verändert
sich der zwischen der Mündung 24 und dem zentralen Bereich 29 bestehende Spalt und
dadurch betragsmäßig auch der Strömungswiderstand.
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In der Folge ist also der zentrale Membranbereich 29 einerseits vom
ersten Druckraum 19 her vom Eingangsdruck pl und andererseits im zentralen Bereich
29 von der Mündungsöffnung 24 her mit dem dem Medium-Ausgang 2 zugeordneten Ausgangsdruck
p3 beaufschlagt. Dazuhin ist der den zentralen Bereich 29 umgebende Außenbereich
30 vom durch die noch zu erläuternde Drosselstelle reduzierten Eingangsdruck p2
ebenfalls vom zweiten Druckraum 20 her beaufschlagt.
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Durch eine derart gewählte Kanalführung ist gewährleistet, daß die
vom Regler gesteuerte Durchflußmenge des Lagermediums im wesentlichen linear vom
zu beaufschlagenden Lagertaschen-Druck abhängt, so daß sich stets ein stabiler Arbeitspunkt
und eine endliche Steifigkeit einstellt.
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In der Folge soll die bereits erwähnte Drosselstelle
näher
erläutert werden. Sie besteht im wesentlichen aus einem mit seiner Längsrichtung
einen kreisförmigen Verlauf beschreibenden Strömungskanal 31, der als in die Gehäuseoberseite
5 eingelassene Oberflächennut 32 ausgebildet ist, und dessen dem Nutgrund 33 gegenüberliegende
Kanalwand durch die Oberfläche des angesetzten Gehäusedeckels 9 gebildet ist. Der
Strömungskanal 31 liegt im wesentlich in einer Ebene, die rechtwinkelig bezüglich
der Längsachse 15 und parallel und mit Abstand mit Bezug auf die ebene, nicht durchgebogene
kreisscheibenförmige Membran 18 angeordnet ist.
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Der Strömungskanal 31 erstreckt sich in Draufsicht auf das Reglergehäuse
4 gemäß Fig. 1 gesehen um die Mündung 24 und die Gehäusekammer 7 herum und umgibt
diese vollständig, indem er eine kreisringförmige Gestalt aufweist. Dabei ist er
konzentrisch bezüglich der Mündung 24 und der Längsachse 5 angeordnet. Die Längsachse
des Strömungskanals 31 beschreibt also einen geschlossenen, mit Bezug auf die Längsachse
15 konzentrisch angeordneten Kreis.
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Der Strömungskanal 31 steht einerseits mit dem Medium-Eingang 1 und
andererseits mit dem zweiten Druckraum 20 in Verbindung. Die Verbindung mit dem
Medium-Eingang 1 erfolgt dabei über den Speisekanal 21, der direkt mit seinem dem
Medium-Eingang 1 entgegengesetzten Ende in den Strömungskanal 31 ausmündet. Der
Radius des Strömungskanals 31 entspricht also dem radialen Abstand des Speisekanals
21 von der Längsachse 15. Die im folgenden als Drosselausmündung 34 bezeichnete
Ausmündung des Speisekanals 21 erfolgt also an dem Nutgrund der Oberflächennut 32
gegenüberliegender Stelle.
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Der Drosselausmündung 34 bezüglich der Längsachse 15 in etwa diametral
gegenüberliegend ist eine weitere, in den Nutgrund 33 eingebrachte zweite Drosselausnehmung
35 vorhanden, die über einen Zweigkanal 36 mit dem zweiten Druckraum 20 in Verbindung
steht Der Zweigkanal 36 verläuft ausgehend von der Ausmündung 35 zunächst parallel
zur Längsachse 15 und geht nach Überschreiten der Tiefe der Gehäusekammer 7 rechtwinkelig
bezüglich der Längsachse 15 in Richtung zum Gehäuseinneren ab (Kanalast 37). Der
Kanalast 37 ist rechtwinkelig zur ebenen Gehäuseseite 25 angeordnet und als in diese
eingebrachte Bohrung ausgebildet, deren der Gehäuseseite 25 zugeordnete Bohrungsöffnung
38 mittels eines nicht dargestellten Stopfens verschließbar ist. Ferner ist der
Kanal 37 parallel und mit Abstand zu einem von der Längsachse 15 ausgehenden und
rechtwinkelig bezüglich der Gehäuseseite 25 verlaufende Radialstrahl angeordnet.
Er trifft also nicht auf den Arbeitskanal 23 bzw. dessen Mündung 24.
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Vielmehr mündet er in einen den Mündungsbereich 24 konzentrisch umgebenden
und den Druckraum 2 vergrößernden Ringraum 39, der als Ringnut in den Kammerboden
10 eingebracht ist.
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Die Oberflächennut 32 ist also in die ursprünglich plane Oberfläche
der Gehäuseoberseite 5 eingelassen, wobei die die Membran aufnehmende Gehäusekammer
7 in Längsrichtung 15 gesehen radial innerhalb der Oberflächennut 32 angeordnet
ist, und der Kammerrand 14 mit radialem Abstand konzentrisch bezüglich der Oberflächennut
innerhalb derer verläuft.
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Das dem Regler über den Medium-Eingang 1 zugeführte Lagermedium tritt
also über die Drosselausmündung 34 in den Strömungskanal 31 der Drosselstelle ein,
durchfließt diesen in Längsrichtung und tritt durch die zweite Drosselausmündung
35 wieder aus, um in den Ringraum 39 des zweiten Druckraumes 20 zu gelangen.
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Dabei befindet sich der statische Druck des Lagermediums nach Verlassen
des Strömungskanals 31 auf einem geringerem Druckniveau p2 als vor dem Eintritt
in die Drosselstelle (hier pl). Der Strömungskanal 31 ist also ein Drosselkanal.
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Um das Strömungsverhalten des Lagermediums und das Regelverhalten
des Reglers mathematisch optimal erfassen zu können, ist es unbedingt erforderlich,
daß das Lagermedium im Strömungskanal 31 ein laminares Strömungsprofil erhält. Um
dies zu gewährleisten, ist der Strömungskanal zumindest nahezu mit rechteckigem
oder trapezförmigem Querschnitt ausgeführt, wodurch das zum Erreichen laminarer
Strömung notwendige Verhältnis zwischen Drosselquerschnittsfläche und Umfang des
Drosselquerschnittes durch entsprechende Festsetzung von Drosselspaltbreite und
Drosselspalttiefe erreicht werden kann. Durch den bogenförmigen Verlauf des Strömungskanals
wird trotz relativ kleiner Fläche ein langer Strömungskanal und damit relativ große
Maße für die Breite und Höhe des Drosselspaltquerschnittes möglich, wodurch die
einzuhaltenden Toleranzen vergröbert werden. Zusätzlich ist allerdings noch erforderlich,
daß der Querschnitt des Strömungskanals 31 gegenüber dem Eintrittsquerschnitt (bei
34) stark reduziert ist. Dabei ist zugunsten einer einfachen Fertigung die Breitseite
des Strömungskanals parallel zur Membranebene ausgerichtet, während die Hochseite
parallel zur Längsachse 15 verläuft.
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An die der Gehäuseoberseite 5 zugewandte Unterseite 40 des Gehäusedeckels
9 ist zentral ein sich in Axialrichtung zum Reglergehäuse 4 hin erstreckender Zentrierfortsatz
44 angeformt, dessen in Längsrichtung 15 gemessene Höhe geringer ist als die Höhe
des Kammerrandes 14 und der einen zur Kammer komplementären Querschnitt aufweist,
so daß er beim Ansetzen des Gehäusedeckels 9 an das Reglergehäuse 4 ein Stück weit
in die Gehäusekammer 7 eintaucht. Die radial außerhalb des Zentrierfortsatzes 44
gelegene Fläche der Unterseite 40 ist eine plane Ringfläche, die auf der radial
außerhalb der Gehäusekammer 7 befindlichen planen Gehäuseoberseite 5 anliegt und
dabei den Strömungskanal 31 unter Bildung der vierten Kanalwand abdeckt.
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Zusätzlich ist zwischen dem Kammerrand 14 und den Außenumfang des
Zentrierfortsatzes ein Dichtring 45 zwischengelegt, der einerseits die Gehäuse kammer
nach außen hin abdichtet und andererseits eine Umströmung der Membran 18 verhindert.
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Die gemäß Fig. 1 gewählte Gestalt des Strömungskanals erlaubt eine
hohe Durchflußmenge, da quasi zwei Drosselkanäle parallel geschaltet sind. Das in
den Kanal eintretende Leitungsmedium teilt sich gemäß Pfeile 46 dadurch in zwei
Teilströme auf, die die Gehäusekammer in Umfangsrichtung umströmen und gemäß Pfeile
47 aus dem Drosselkanal wieder austreten.
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Zugunsten einer optimalen Füllung des zweiten Druckraumes und um
das Ansprechverhalten des Reglers zu verbessern, steht der Kanalast 37 über einen
im radialen Außenbereich der Gehäusekammer 7 angeordneten Füllkanal 48 zusätzlich
mit dem zweiten Druck raum 20 in Verbindung. Um dazuhin eine gleichmäßige Beaufschlagung
der dem zweiten Druck raum 20 zugewandten Membranseite zu erreichen, sind in den
Kammerboden 10 zwei in radialem Abstand zueinander und außerhalb des Ringraumes
39 angeordnete konzentrische Ringnuten 43 eingelassen (in Fig. 1 nicht ärger stellt).
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Die Befestigung des Gehäusedeckels 9 am Reglerge-
häuse
4 erfolgt über in den vier Eckenbereichen angeordnete Schraubverbindungen, hierauf
wird an anderer Stelle noch näher eingegangen.
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Es sei ferner noch darauf hingewiesen, daß die Oberflächennut 32
nicht notwendigerweise in die Oberseite 5 des Reglergehäuses eingelassen werden
muß, vielmehr besteht auch die Möglichkeit, sie in die gegenüberliegende Unterseite
40 des Gehäusedeckels 9 einzubringen, in diesem Falle dient die gegenüberliegende
Gehäuseoberseite als vierte Begrenzungswand für den Strömungskanal.
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Nachfolgend sei anhand der Fig. 5 und 6 auf: weitere Ausführungsmöglichkeiten
des Strömungskanals 32 der Drosselstelle eingegangen. So wird hier keine in sich
geschlossene, ringförmige Kanalform gewählt, vielmehr umgibt der in Fig. 5 dargestellte
Strömungskanal 32' die Mündung 24 und die Gehäusekammer 7 nur zum Teil und verläuft
entlang eines einen geringeren Zentriwinkel als 360" einschließenden Kreisbogens.
In Fig. 6 ist der Verlauf des dort dargestellten Strömungskanals 32" an die Gestalt
eines Spiralbogens angelehnt, die Gehäusekammer 7 wird vollständig umgeben. Bei
beiden Ausführungsformen ist jedem der beiden axialen Enden des Strömungskanals
32', 32" jeweils eine der mit dem Medium-Eingang 1 bzw. der zweiten Druckkammer
20 in Verbindung stehenden Drosselausmündungen 34,35 zugeordnet. Beide Strömungskanäle
32', 32" haben ebenfalls wie der anhand der Fig. 1-3 beschriebene Strömungskanal
32 einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Dabei verlangt jedoch der Strömungskanal
32 eine wesentlich geringere Höhe als der Strömungskanal 32', um eine laminare Strömung
zu erhalten. Die dadurch beim Strömungskanal 32 auftretende geringere Querschnittsfläche
wird jedoch durch die quasi Parallelanordnung zweier Strömungskanäle infolge der
geschlossenen Ringform des Strömungskanals 32 ausgeglichen.
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Der erfindungsgemäße Regler ist vor allem dann vorteilhaft einsetzbar
und insbesondere einfach, ohrie großen Aufwand und unter erheblicher Materialeinsparung
herstellbar, wenn mehrere Regler, wie dies nachfolgend anhand der Fig. 1, 2 und
4 beschrieben werden soll, zu einer batterieartigen Reglereinheit zusammengesetzt
werden, die es vermag, eine Mehrzahl von Lagertaschen mehrerer hydrostatischer Lager
gleichzeitig und unabhängig voneinander mit einem geregelten Lagermedium-Druck zu
beaufschlagen.
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Werden die Regler zu einer Reglereinheit zusammengefaßt, so kann
vorteilhafterweise auf spezielle Gehäusedeckel 9 verzichtet werden, vielmehr wird
jeweils die Gehäuseunterseite 6 eines Reglers unmittelbar an die Gehäuseoberseite
5 eines benachbarten Reglers angesetzt, wie dies Fig. 2 zeigt. Der Gehäusedeckel
9 ist also vom Gehäuse 4' eines weiteren Reglers gebildet. Demzufolge sind die Gehäuseunterseiten
6 sämtlicher Regler so ausgestaltet, daß sie der Unterseite 40 des in Fig. 2 dargestellten
Gehäusedeckels 9 entsprechen. Die die Oberflächennut 32 und die Gehäusekammer 7
aufweisende Gehäuseoberseite 5 eines jeweiligen einen Reglers liegt also der Gehäuseunterseite
6 des jeweils benachbarten Reglers unmittelbar gegenüber, die benachbarten Regler
liegen jeweils unmittelbar aneinander an.
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Die Aufreihung der Regler erfolgt entlang der Längsachse 15.
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Eingangs wurde erwähnt, daß der jetzt durch ein Reglergehäuse 4'
gebildete Gehäusedeckel 9 einen ihn in Längsrichtung durchziehenden Speisekanal
21 sowie einen hiervon abzweigenden und in die erste Druckkammer 19 führenden Abzweigkanal
22 enthält. Dies ist auch weiterhin der Fall, nur ist jetzt jedes Reglergehäuses
4, 4' mit Ausnahme des weiter unten Erwähnten endseitigen Gehäuses 56 mit derartigen
Kanälen 21, 22 versehen, da jedes Gehäuse sowohl einen Regler selbst als auch einen
Gehäusedeckel für einen benachbarten Regler darstellt.
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Dabei mündet jeder Speisekanal 21 mit seiner zum Medium-Eingang 1
führenden Seite an der Oberseite 5 und gegenüberliegend an der Unterseite 6 des
jeweiligen Gehäuses aus. Sämtliche Reglergehäuse sind identisch ausgebaut und derart
aneinander angesetzt, daß sämtliche Speisekanäle 21 aller zusammengesetzter Regler
einen zusammenhängenden, geradlinigen, gemeinsamen Zufuhrkanal 49 bilden. Das heißt,
der Strömungskanal 31 der Drosselstelle besitzt an seiner der ersten Drosselmündung
34 gegenüberliegenden Stelle eine identisch ausgebildete weitere Ausmündung 50,
die die Verbindung zum darauffolgenden Speisekanal 21 herstellt. Die Drosselausmündung
34 und Ausmündung 50 sind koaxial zueinander angeordnet.
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Die einzelnen Abzweigkanäle 22 münden an der Stirnseite des Zentrierfortsatzes
44 in den ersten Druckraum 19 aus. Bei 51 ist ein Abdichtstopfen dargestellt, der
eine zur Herstellung des Abzweigkanals 22 erforderliche Bohrung gasdicht verschließt.
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In Draufsicht gemäß Fig. 1 gesehen, ist in jedem der vier Eckenbereiche
der Reglergehäuse 4,4' eine Durchgangsbohrung 52 vorgesehen; sämtliche Durchgangsbohrungen
aller Regler einer Reglereinheit fluchten miteinander, so daß jeweils ein Zuganker
53 durchsteckbar ist, mit dessen Hilfe das Zusammenspannen der Regler erfolgt. Dies
zeigt vor allem Fig. 4. Die hier dargestellte Reglereinheit besteht aus zwei Sätzen
54, 55 aneinander angereihter Regler. Der jeweils einenends den jeweiligen Reglersatz
54,55 begrenzende Regler 56 weist mit seiner Unterseite 6 vom zugehörigen Reglersatz
54, 55 weg, während der am gegenüberliegenden Ende angeordnete Regler 57 mit seiner
Oberseite 5 vom jeweiligen Reglersatz wegweist.
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Im Regler 56 entfällt der Speise- und der Zweigkanal 21 und 22. Demgegenüber
sind die entgegengesetzt angeordneten Regler 57 mit ihrer Oberseite 5 an zwei einander
gegenüberliegende Anschlußseiten 62, 62' eines Anschlußblockes 63 angesetzt. Dieser
besitzt einen innenliegenden Speisekanal 64, der einerseits zum Anschluß einer zu
einer Hydraulikpumpe führenden, nicht dargestellten Lagermedium-Zuleitung an einer
Anschlußblockseite ausmündet (bei 65). Andererseits zweigt dieser Speisekanal im
Innern des Anschlußblokkes 63 in zwei Zweigkanäle 66, 66' ab, von denen der eine
mit der zentralen Zufuhrleitung 49 des einen Reglersatzes 54 und der andere 66'
mit dem Zufuhrkanal 49 des zweiten Reglersatzes 55 kommuniziert.
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Zusätzlich ist im Innern des Anschlußblockes ein weiterer, nicht
dargestellter Kanal ausgebildet, der einerseits mit dem Speisekanal 64 in Verbindung
steht und der andererseits in die ersten Druckräume der benachbarten Regler 57 führt.
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In der Zeichnung in Fig. 4 ist der links gelegene Reglersatz54 nur
gestrichelt dargestellt, denn er kann wahlweise auch entfallen, wobei dann der Anschlußblock
63 lediglich eine zum Reglersatz 55 hinweisende Anschlußseite besitzt.
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Zweckmäßigerweise besitzt der Anschlußblock 63 nicht dargestellte
und mit den Durchgangsöffnungen 52 fluchtende Durchgangsbohrungen, so daß die gesamte
Reglereinheit mittels vier sich über die Gesamtlänge
beider Reglersätze
und des Anschlußblockes erstrekkender Zuganker 53 zusammenspannbar ist.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß sämtliche Regler vorzugsweise
so ausgerichtet sind, daß sämtliche Medium-Ausgänge 2 eines Reglersatzes in einer
Reihe parallel zum Zufuhrkanal 49 verlaufend angeordnet sind, so daß Lagermedium-Leitungen
übersichtlich anschließbar sind.
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Vorteilhafterweise kann über den Speisekanal 64 eine zentrale Zufuhr
des Lagermediums erfolgen, so daß eine Vielzahl von Zuleitungen eingespart werden
kann Gleichwohl spart man eine große Anzahl von Bauteilen, da die Abdeckfunktion
des Strömungskanals und die Halterungsfunktion der Membran immer von benachbarten
Reglern selbst ausgeübt wird. Die einzelnen Regler sind einfach herstellbar, und
das Reglerverhalten ist leicht zu überwachen und einfach an die jeweiligen Gegebenheiten
anpaßbar.
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Es sei noch nachgetragen, daß die Abdichtung zwischen den einzelnen
benachbarten Reglergehäusen 4,4' bzw. Reglergehäusen 4 und Gehäusedeckel 9 jeweils
mittels eines Dichtungsringes 70 erfolgt, der in eine kreisförmige, in die Unterseite
6 bzw. 40 eingelassene Oberflächennut 71 eingelegt ist, die mit Abstand radial außerhalb
des Strömungskanals 31 und konzentrisch hierzu angeordnet ist.