DE2911435B2

DE2911435B2 - Hydrostatisches Lager für eine Radialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2911435B2
Application number: DE2911435A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Masch.-Techn. Peter Winterthur Rutz
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1979-03-01
Filing date: 1979-03-23
Publication date: 1981-03-19
Also published as: GB2049841A; DE2911435C3; DE2911435A1; IT1124918B; CH636679A5; SE8001563L; IT7927061A0; FR2450380A1; GB2049841B; US4295690A; JPS55119220A; NL8001148A

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Lager für eine Radialkolbenmaschine, bestehend aus einem feststehenden zylindrischen Zapfen und einem darauf cirehbar angeordneten, den Zapfen mit einer kreiszylindrischen Bohrung umschließenden Teil, wobei in dem Zapfen eine hydrostatische, mit dem drehbaren Teil zusammenwirkende Lagertasche ausgebildet ist, die unter Zwischenschaltung einer Drosselstelle mit einer im Zapfen angebrachten Zu- oder Abfuhr für ein unter hohem Druck stehendes Druckmittel verbunden ist.

Bei einem bekannten hydrostatischen Lager dieser Art (DE-AS 23 52 520), bei dem der drehbare Teil die Seitenwand eines die radialen Kolben abstützenden ringförmigen Führungsteils ist, sind sowohl die Mantelfläche des Zapfens als auch der umschließenden Bohrung des drehbaren Teils kreiszylindrisch ausgebildet und die Radien beider Kreiszylinder um das notwendige Spiel unterschiedlich, was zum sogenannten Mondsicheleffekt führt, d h. zwischen der Mantelfläche des Zapfens und der umgebenden Bohrung des drehbaren Teils erweitert sich der Lagerspalt sichelförmig. Diese Veränderung des Lagerspaltes führt zu einer schlechten Tragfähigkeit der hydrostatischen Lagerflä-φε und außerdem zu großen Ölverlusten. Pie mit dem

ίο Mondsicheleffekt verbundenen Erscheinungen werden noch verstärkt, wenn im Betrieb der Lager ungleichmäßige Erwärmung des Zapfens und des drehbaren Teils oder sonst Deformationen zwischen dem Zapfen und dem Teil auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das hydrostatische Lager der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß ein Auftreten des Mondsicheleffektes weitgehend vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mantelfläche des Zapfens im Bereich der hydrostatischen Lagertasche eine gegenüber der beiderseits der Lagertasche in Umfangsrichtung des Zapfens benachbarten Mantelfläche abgeflachte Krümmung mit etwa dem Radius der Bohrung des drehbaren Teils besitzt.

Durch das Ausbilden der Mantelfläche des Zapfens im Bereich der hydrostatischen Lagertasche mit einer abgeflachten Krümmung, d.h. mit einem größeren Radius, kommt der Mittelpunkt dieses größeren Radius exzentrisch zum Mittelpunkt des Radius der übrigen Mantelfläche des Zapfens zu liegen, und zwar fällt der Mittelpunkt des größeren Radius etwa mit dem Mittelpunkt des Radius der Bohrung des drehbaren Teils zusammen. Damit entfallen die bisherige Beeinträchtigung der Tragfähigkeit der hydrostatischen Lagertasche infolge des Mondsicheleffektes und ferner die hohen Ölverluste, die bei den bisherigen Lagern auftragen. Außerdem wird das Lagerspiel auf der der Lagertasche gegenüberliegenden Seite des Zapfens größer.

Damit kann das Gesamtlagerspiel, d.h. die Summe aus dem eben genannten Lagei jpiel und dem zwischen der hydrostatischen Lagertasche und der ihr benachbarten Bohrung, so groß gewählt werden, daß die bei hydrostatischen Kolbenmaschinen, die einen sehr großen Druckbereich, beispielsweise von 100— 1000 bar durchfahren, auftretenden Änderungen des Lagerspiels zwischen der Lagertasche und der umgebenden Bohrung ohne Schwierigkeiten aufgenommen werden können. Dies bedeutet, wenn bei kleinem Betriebsdruck das Lagerspiel zwischen Lagertasche und umgebender Bohrung groß ist, der Zapfen nicht mehr an der der Lagertasche gegenüberliegenden Seite an die Bohrung anstößt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung läßt sich das Lagerspiel auf der der Lagertasche gegenüberliegenden Seite des Zapfens dadurch vergrößern, daß auch auf dieser Seite die Mantelfläche des Zapfens mit einer abgeflachten Krümmung versehen wird, wobei deren Radius vorzugsweise gleich dem Radius der abgeflachten Krümmung im Bereich der Lagertasche ist. Eine solche Ausführungsform empfiehlt sich bei Lagern für hydrostatische Kolbenmaschinen, die nur mit einer Drehrichtung betrieben werden, wie dies bei Verwendung der Maschine als Pumpe der Fall ist.

Eine Ausbildung des Lagerzapfens mit zwei einander gegenüberliegenden Abflachungen ist auch sinnvoll, wenn das Lager in hydrostatischen Kolbenmaschinen

verwendet wird, die mit wechselnder Drehrichtung betrieben werden, & h. als Motor benützt werden. In diesem Fall ist der Zapfen mit einer zweiten hydrostatischen, mit dem drehbaren Teil zusammenwirkenden Lagertasche versehen, die unter Zwischenschaltung einer Drosselstelle mit einer zweiten Zufuhr für das unter hohem Druck stehende Druckmittel versehen ist, wobei dann die Mantelfläche des Zapfens auch im Bereich der zweiten Lagertasche den gleichen Radius aufweist, wie die Mantelfläche im Bereich der ersten Lagertasche. Durch diese Gestaltung wird also der Mondsicheleffekt auch im Bereich der zweiten Lagertasche praktisch eliminiert und zugleich ein ausreichend großes Lagerspiel zwischen dem Zapfen und der umgebenden Bohrung des drehbaren Teils geschaffen. Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich besonders gut für Lager, bei denen auf dem Zapfen ein sogenannter schwimmender Ring gelagert ist, der seinerseits mit seiner äußeren Mantelfläche in einer Bohrung der Seitenwand des ringförmigen Führungsteils drehbar gelagert ist Eine solche Lagerung ist in der CH-PS 5 88 011 beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt entsprechend der Linie I-I in Fig.2 durch ein hydrostatisches Lager nach der Erfindung und

F i g. 2 eine Ansicht des Lagerzapfens aus Richtung A in Fig. 1.

Gemäß F i g. 1 weist das Lager einen Zapfen 1 auf, der in einem nicht dargestellten Gehäuse einer hydrostatischen Radialkolbenmaschine fest angeordnet ist. Auf dem Zapfen 1 ist ein Teil 2 drehbar gelagert, der die Seitenwand eines ringförmigen Führungste'ls bildet, in dem sich die radial in einem Zylinderblock geführten Kolben mit ihren Füßen abstützen. Die Lagerbohrung 23 des drehbaren Teils ist kreiszylindrisch und hat den Radius/? 3.

Der Zapfen 1 ist für eine Maschine mit wechselnder Drehrichtung bestimmt, d. h. daß sie als Motor arbeiten kann. Dementsprechend weist der Zapfen auf einander gegenüberliegenden Seiten zwei hydrostatische Lagertaschen 9 und 10 auf, die abwechselnd mit gedrosseltem Druckmittel angepriesen werden können. Zu diesem Zweck ist jede der beiden Lagertaschen 9 und 10 über eine eine Drosselstelle 7 bzw. 8 autweisende Bohrung 5 bzw. 6 mit einer Bohrung 3 bzw. 4 verbunden, die in axialer Richtung sich durch den Zapfen 1 erstreckt. Die Bohrung 3 dient als Zufuhrkanal für das unter hohem Druck stehende hydraulische Druckmittel, während die Bohrung 4 der Abfuhr des unter niedrigem Druck stehenden Druckmittels dient. Diese Zuordnung von Hochdruck und Niederdruck des Druckmittels gilt unter der Annahme, daß sich der drehbare Teil 2 in Richtung des Pfeils ω in F ί g. 1 bewegt In diesem Fall kommt die Lagertasche 10 zur Wirkung, was weiter unten beschrieben wird. Wenn die Drehrichtung umgekehrt wird, führt die Bohrung 3 Druckmittel unter niedrigem Druck und die Bohrung 4 Druckmittel unter hohem Druck, so daß dann die andere Lagertasche 9 wirksam ist.

Die beiden Lagertaschen 10 und 9 erstrecken sich je über einen Winkell^ereich. der in F i g. 1 mit <x bezeichnet ist. In jedem dieser Bereiche ist dir Mantelfläche des Zapfens 1 mit einer abgeflachten Krümmung versehen, deren Radius r2 bzw. r3 größer ist als dar Radius r\ der übrigen Mantelfläche des Zapfens 1, die sich über die beiden Winkelbereiche γ erstreckt Während der Radius r 1 seinen Mittelpunkt im Zentrum Z\ des Zapfens hat, liegen die Mittelpunkte Z2 und Z3 der Radien r2 bzw. r3 exzentrisch zum Mittelpunkt Z1. Beiderseits neben den Lagertaschen 9 und 10 sind axiale Trennuten 11 im Zapfen 1

ίο vorgesehen, von denen in Umfangsrich'ung verlaufende hydrodynamische Lagertaschen 12 bis 15 ausgehea

In der Zeichnung sind die Radien r2 und r 3 sowie die Exzentrizität e ihrer Mittelpunkte zum Mittelpunkt Zl übertrieben groß dargestellt. Bei der praktischen Verwirklichung der Erfindung beträgt die Abweichung der Radien rl und r3 vom Radius r 1 einige Hundertstel Millimeter. Dadurch, daß die Radien r2 und r3 größer sind als der Radius rl, werden jene an den Radius /?3 der Lagerbohrung 23 des drehbaren Teils 2 angenähert, so daß im Bereich der Lagertaschen 9 und 10 der mondsichelförmige Spalt praktisch eliminiert ist Dadurch ergibt sich ein sicheres Betn; bsverhalten des Lagers über einen großen Druckbereich, weil die Tragfähigkeit der hydrostatischen Lagertasche keinen nennenswerten Veränderungen mehr unterliegt

Be- der in F i g. 1 dargestellten Stellung des drehbaren Teils 2 zum Lagerzapfen 1 ist die Lagertasche 10 wirksam und die am Führungsteil wirkende resultierende Kraft drückt den drehbaren Teil in F i g. 1 von unten gegen den Zapfen 1 mit der Kraft Pk. Dieser Kraft P* entgegen wirkt die hydraulische Kraft P_r, die in der Lagertasche 10 von dem aus der Bohrung 3 zuströmenden, unter hohem Druck stehenden Druckmittel aufgebracht wird. Durch die Abflachung des Zapfens 1 im Bereich der beiden Lagertaschen 9 und 10 ergibt sich in F i g. 1 oben ein verhältnismäßig großes Lagerspie! 52 zwischen dem Zapfen 1 und der Bohrung 23 des drehbaren Teils 2, was ebenfalls der Betriebssicherheit des Lagers zugute kommt, indem bei Veräntürungen

des unteren Lagerspiels 53 infolge von Änderungen des Betriebsdruckes der Maschine ein Anstoßen des d.ehbaren Teils 2 an der oberen Seite des Zapfens 1 mit Sicherheit vermieden wird. So ist der Lagerspalt 53 bei hohem Druck des Druckmittels kleiner als bei niedrigerem Druck.

Wird die Drehrichtung der Maschine umgekehrt, so führt die Bohrung 4 Druckmittel von höherem Druck und die Bohrung 3 Druckmittel von niedrigerem Druck. Dementsprechend greift die Kraft Pk auf der gegenüberliegenden Seite des Zapfens 1 an und die hydrostatische Lagertasche 9 wird wirksam. In F i g. 1 ist dieser Zustand mit der strichpunktierten Kreislinie dargestellt, die die Lage der Bohrung 23 des drehbaren Teils 2 wiedergibt

/■ bweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, den Zapfen mit nur einer hydrostatischen Lagertasche auszubilden, was sich dann empfiehlt, wenn die Maschine, in der das Lager verwendet wird, als Pumpe betrieben wird und dementsprechend nur in einer Drehrichtung angetricben wird. In diesem Fall kann die der Lagertasche gegenüberliegende Seite des Zapfens ebenfalls mit einem größeren Radius versehen werden, der rweckmäßig gleich groß ist, wie der größere Radius im Bereich der Lagertaschc.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrostatisches Lager für eine Radialkolbenmaschine, bestehend aus einem feststehenden zylindrischen Zapfen und einem darauf drehbar angeordneten, den Zapfen mit einer kreiszylindrischen Bohrung umschließenden Teil, wobei in dem Zapfen eine hydrostatische, mit dem drehbaren Teil zusammenwirkende Lagertasche ausgebildet ist, die unter Zwischenschaltung einer Drosselstelle mit einer im Zapfen angebrachten Zu- oder Abfuhr für ein unter hohem Druck stehendes Druckmittel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Zapfens (1) im Bereich der hydrostatischen Lagertasche (10) eine gegenüber der beiderseits der Lagertasche (to) in Umfangsrichtung des Zapfens (1) benachbarten Mantelfläche abgeflachte Krümmung mit etwa dem Radius (R 3) der Bohrung (23) des drehbaren Teils (2) besitzt

2. Ljtgtjr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für hydrostatische Kolbenmaschinen mit Betrieb in zwei Drehrichtungen der Zapfen (1) mit einer zweiten hydrostatischen, mit dem drehbaren Teil (2) zusammenwirkenden Lagertasche (9) und unter Zwischenschaltung einer Drosselstelle (7) mit einer zweiten Zufuhr für 4as unier hohem Druck stehende Druckmittel versehen ist und die Mantelfläche des Zapfens (1) auch im Bereich der zweiten Lagertasche (9) den gleichen Radius (r3) aufweist, wie die abgeflachte Krümmung im Bereich der ersten Ledertasche (10).

3. Lager nach Anspr.-oh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (1) beiderseits der hydrostatischen LagerUische '1O) bzw. Lagertaschen (10,9) je eine axiale Trennut (11) aufweist, von der in Umfangsrichtung verlaufende hydrodynamische Lagertaschen (12 bis 15) ausgehen.

4. Lager nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Zapfen (1) auf der der hydrostatischen Lagertasche (10) gegenüberliegenden Seite die Mantelfläche des Zapfens (1) mit einer abgeflachten Krümmung versehen ist.

5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r2) der abgeflachten Krümmung auf der der hydrostatischen Lagertasche (10) gegenüberliegenden Seite des Zapfens (1) gleich dem Radius (r3) der abgeflachten Krümmung im Bereich der hydrostatischen Lagertasche (10) ist.