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Dokumentenidentifikation DE2760439C2 13.06.1990
Titel Anordnung zum Abstützen eines schweren Gegenstandes
Anmelder Pfister GmbH, 8900 Augsburg, DE
Erfinder Häfner, Hans W., 8890 Aichach, DE
Vertreter Kahler, K., Dipl.-Ing., 8948 Mindelheim; Käck, J., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing., Pat.-Anwälte, 8910 Landsberg
DE-Anmeldedatum 27.12.1977
DE-Aktenzeichen 2760439
File number of basic patent 27583400
Offenlegungstag 05.07.1979
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.06.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.06.1990
IPC-Hauptklasse F16C 13/04
IPC-Nebenklasse F16C 23/02   

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Abstützen eines schweren Gegenstandes mit einem Gewicht in der Größenordnung von MN mit gleichmäßiger Lastverteilung auf mehrere verteilte Lagerstellen, die jeweils eine Stellvorrichtung aufweisen und derart einstellbar sind, daß auf jede Lagerstelle im wesentlichen die gleiche Kraft wirkt.

Die DE-OS 26 04 889 beschreibt eine derartige Anordnung mit mehreren verteilten hydrostatischen Lagerstellen für rotierende schwere Maschinenteile, bei welcher der Lagerhub über eine hydraulisch beaufschlagbare Stützmembrane in Belastungsrichtung derart nachgestellt werden kann, daß ein gleichmäßiger Spaltabstand der hydrostatischen Lagerung eingehalten wird, so daß alle Lagerstellen in gleichem Maße tragen. Dabei ist jedoch nicht angegeben, auf Grund welchen Parameters eine Nachstellung bei Laständerungen erfolgt. Auch ist die Membran anfällig gegen zu hohe Belastung und Veränderung ihrer Eigenschaften im Langzeitbetrieb. Insbesondere muß die Verstellung des Lagers unter einem Druck erfolgen, der dem hohen Druck an der Lagerstelle entspricht.

Die GB-PS 9 77 277 beschreibt eine Einrichtung, bei der zur dynamischen Einstellung des Abstandes zwischen zwei relativ gegeneinander bewegbaren Stützelementen ein hydrostatisch gelagerter Keil angeordnet ist, der quer zur Richtung einer auf die Stützelemente einwirkenden Kraft mittels einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung verstellbar ist. Eine exakte Kraftausübung oder gar Kraftmessung ist bei der bekannten Vorrichtung nicht vorgesehen, ebenso nicht eine gleichmäßige Verteilung der Last auf mehrere Lagerstellen.

Die DE-PS 23 31 149 beschreibt eine Brückenwaage, bei der die Waagenbrücke von auf schiefen Ebenen hydrostatisch gelagerten Gleitsteinen getragen wird. Bei einer Ausführungsform können diese Gleitsteine hydrostatisch gelagerte Keile sein, die entgegengesetzt wirkend mit einem Kraftmeßgerät verbunden sind. Eine Verstellung der Keile zwischen ihren Stützelementen in definierter Form, sowie eine definierte Kraftausübung auf die Stützelemente ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gewicht eines schweren Körpers selbst bei Veränderung seiner Lage möglichst gleichmäßig auf mehrere in Abstand zueinander angeordnete Lagerstellen mittels Einrichtungen zu verteilen, die im Verhältnis zur Größe des schweren Körpers äußerst klein gebaut sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.

Mittels der Kraftmeßeinrichtung wird über den hydrostatisch gelagerten Keil die jeweils auf eine Lagerstelle ausgeübte Kraft praktisch reibungs- und trägheitslos sowie schwingungsgedämpft festgestellt. Der Wert der jeweils gemessenen Kraft dient dazu, mittels der Stellvorrichtung den hydrostatisch gelagerten Keil derart einzustellen, daß an jeder Lagerstelle praktisch die gleiche Kraft wirkt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei zunächst einige Ausgestaltungen der Erfindung in allgemeiner Form beschrieben werden.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die Anwendung auf eine hydrostatische Lagerung, vorzugsweise eine aus mehreren Einzellagern bestehende Lagerung eines schweren Rotationskörpers mit großem Durchmesser.

Wenn hier, wie im Anwendungsfall des Walzengerüstes, Kraftmeßeinrichtungen in der Lastkette angeordnet sind, kann die auf jedes einzelne Lager wirkende Kraft während des Betriebes gemessen werden

Wenn darüber hinaus beispielsweise die Keile jedes einzelnen Lagers mit hydraulischen Stellgliedern ausgestattet sind, welche mit einer gemeinsamen Druckquelle in Verbindung stehen, so kann durch diese Anordnung erreicht werden, daß eine Ungenauigkeit im Rundlauf des Rotationskörpers durch die Beweglichkeit der Keile ausgeglichen wird, wobei in solchem Falle automatisch die Wirkung eintritt, daß eine gleichmäßige Verteilung der radialen Kräfte auf jedes der einzelnen Lager gewährleistet ist, und daß Abweichungen des gelagerten Körpers vom Rundlauf vollautomatisch kompensiert werden.

In Ausgestaltung der Anordnung ist vorgesehen, daß der Antrieb der Stellvorrichtung wahlweise mechanisch, elektromotorisch, hydromotorisch oder durch eine beliebige andere motorische Einrichtung erfolgt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist weiter vorgesehen, daß mindestens zwei Keile über ein Arbeitsmedium und Gleitflächen in Wirkungsverbindung miteinander stehen.

Dabei besteht eine der möglichen Ausführungen darin, daß die Keile in annähernd senkrechten Ebenen miteinander in Wirkungsverbindung stehen. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß die Kraftzerlegungswirkung der beiden Keile sich multipliziert.

Wenn nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung die Keile in annähernd parallelen Ebenen in Wirkungsverbindung stehen, dann hat dies je nach Konizität eines jeden Keiles, beispielsweise bei gleichen Konus-Winkeln und einem entsprechenden Arbeitsweg jedes Keiles, eine Verdoppelung des Stellweges der Vorrichtung zur Folge.

Wenn jedoch die Keile verschiedene Konus-Winkel aufweisen, beispielsweise 1 : 10 / 1 : 100, dann ergeben sich verschiedene Stellwege und entsprechende Stellkräfte mit entsprechenden Übersetzungsverhältnissen.

Bei einer solchen Vorrichtung ist es vorteilhaft, wenn die Keil-Winkel und die Maßstäbe der einem Keil zugeordneten Wegeskalen einander entsprechen.

Und schließlich ist es vorteilhaft wenn, wie an sich bekannt, mindestens ein Stützelement auf der der Gleitfläche abgekehrten Seite schwenkbeweglich, vorzugsweise in einem Kugelgelenk gelagert ist.

Durch die hiermit erzielte Taumelbeweglichkeit eines Stützelementes wird erreicht, daß die Gleitflächen über ihre gesamte tragende Fläche gleichmäßig belastet werden und insbesondere ein Kippen bzw. Verecken derselben vermieden wird.

Ein anderer Anwendungsfall der Erfindung als Lager- und Wiegeanordnung für extrem schwere Einzelobjekte ergibt weitere Vorteile. Solche Einzelobjekte mögen in einer Größenordnung von einigen 1 MN bis einigen 10 MN Gewicht vorliegen.

Dabei kommt der Vorrichtung in diesem besonderen Fall der Vorteil zugute, daß die Empfindlichkeit einer mit der Vorrichtung ausgestatteten Wiegeeinrichtung im Gegensatz zu anderen Wiegevorrichtungen nach dem Stand der Technik vor der Größe der sogenannten "Vorlast" oder "Totlast" unabhängig ist. Die Erfindung eröffnet in dieser Hinsicht Anwendungsmöglichkeiten in einem technischen Neuland, die bisher für unvorstellbar gehalten wurden. Beispielsweise wäre es möglich, einen kompletten Hochofen mit dem gesamten Fundament bei einem Gesamtgewicht von einigen tausend Tonnen auf eine Vielzahl von Stellvorrichtungen nach der Erfindung aufzusetzen, um während des Betriebes dessen Inhalt über das Gewicht zu erfassen und zugleich eine Nivellierung des Objektes über die Stellvorrichtungen durchzuführen.

Andere ähnlich gelagerte Anwendungsbeispiele wären vorstellbar, zum Beispiel die Auflage beispielsweise eines Großsilos für Zementrohmehl mit einigen 10 MN Inhalt, um über die Gewichtsveränderung eine Betriebskontrolle zu erhalten, wie sie bisher nicht möglich war.

Auf die gleiche Weise ließe sich beispielsweise auch der Füllungsgrad eines Drehrohrofens für ein Zementwerk oder der Füllungsgrad einer großen Rohrmühle mit Hilfe des Gewichtes laufend überwachen.

Da die Vorrichtung nach der Erfindung praktisch reibungslos, das heißt, de facto mit mathematisch unendlich kleiner Reibung arbeitet, ist deren Anzeigegenauigkeit bis zu den größten vorstellbaren Gewichten innerhalb derjenigen Toleranzen exakt, welche durch das Auflösungsvermögen des Anzeigegerätes gerade noch gegeben sind.

Infolge dieser außergewöhnlichen und überraschenden Eigenschaften ergibt sich ein Sonderfall dadurch, daß das schwere Objekt vorzugsweise gleichlastig auf einer größeren Anzahl von hydrostatischen Stellvorrichtungen nach der Erfindung gelagert ist.

Um als anschauliches Beispiel einen durchaus als realistisch denkbaren Anwendungsfall heranzuziehen, könnte man sich vorstellen, daß mit der Erfindung das Fundament eines Gebäudes aufgefangen und mit geeigneten Maßnahmen zur Senkrechtstellung gebracht werden könnte.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Krafterzeugungsvorrichtung mit einer Lastkette = Keil/Stellglied/Kraftmeßeinrichtung, teils im Schnitt,

Fig. 2 die gleiche Vorrichtung in geänderter Anordnung Keil/ Stellglied, ebenfalls zum Teil im Schnitt,

Fig. 3 das Funktionsprinzip einer hydrostatischen Lagerung für einen Rotationskörper von großem Durchmesser mit Meß- und Ausgleichseinrichtung, teils im Schnitt,

Fig. 4 eine große Einzellast, zum Beispiel einen Hochofen auf hydrostatischen Stellvorrichtungen, in Seitenansicht, und

Fig. 5 eine Doppelkeil-Anordnung im Schnitt.

An Hand der Fig. 1 und 2 sei zuerst der prinzipielle Aufbau einer Lagerstelle erläutert, wie sie bei den Ausführungsbeispielen verwendet wird.

Nach Fig. 1 umfaßt eine Krafterzeugungsvorrichtung den Keil 1, welcher zwischen den beiden Stützelementen 2 und 3 beweglich angeordnet ist. Diese Stützelemente 2 und 3 weisen die Gleitflächen 4 und 5 auf, auf denen der Keil 1, auf einem Flüssigkeitsfilm schwimmend, reibungslos gleitet. Der Flüssigkeitsfilm wird dadurch erzeugt, daß als Arbeitsmittel Öl unter Druck vom Anschluß 6 durch das System der Druckölleitung 7, 12, 12&min;, 20 zu den Gleitflächen 4, 5, 8, 13, 21 gefördert wird. Die der Gleitfläche 4 gegenüberliegende Gleitfläche 8 des Keiles 1 besitzt mindestens eine taschenförmige Ausnehmung 9, innerhalb welcher sich das Öl unter Druck ausbreiten kann. Nach Erreichen eines bestimmten Öldruckes hebt das Öl den Keil 1 an, und tritt durch die Spalten 10, 10&min; frei aus, wonach es in den Fangrillen 11, 11&min; gesammelt wird und einem nicht dargestellten Vorratsbehälter mit Öldruckpumpe wieder zufließt. Von der Öltasche 9 gelangt das Öl durch die Leitungen 12, 12&min; innerhalb des Keiles 1 einerseits in die an dessen Oberseite liegende Öltasche 9&min; und andererseits zu der stirnseitigen Gleitfläche 13. Diese stirnseitige Gleitfläche 13 steht in Wirkverbindung mit dem Stützelement 14, welches ebenfalls mindestens eine Öltasche 15 aufweist. Der Keil 1 bildet eine Lastkette über das Stützelement 14 mit dem Kraftmeßgeber 16 und dem mechanischen Stellglied 17, daß im vorliegenden Beispiel eine mit dem Handrad 18 betätigte Spindel 19 umfaßt.

Das obere Stützelement 3, welches die Last P aufnimmt, erhält aus der oberen Öltasche 9&min; Drucköl und leitet dieses durch die Bohrung 20 zu einer stirnseitigen Gleitfläche 21, mit welcher sich das Stützelement 3 horizontal gegen das Führungselement 22, reibungslos, weil ebenfalls auf einem Ölfilm gleitend, abstützt.

Die Funktion der Vorrichtung ist folgende:

Solange kein Öldruck aufgebaut wird, befindet sich der Keil 1 zwischen den beiden Stützelementen 2, 3 unter der Wirkung der Last P in festem Körperschluß. Nach Einleiten des Drucköles durch den Anschluß 6 und die Leitungen 7, 12, 12&min; und 20 sind die Taschen 9, 9&min; sowie 15 und 23 mit Drucköl gefüllt. In diesem Zustand sind sämtliche Gleitflächen (4, 5, 8, 8', 13, 21) voneinander abgehoben und schwimmen auf einem Ölfilm. Dabei ist die Reibung extrem niedrig, sie entspricht nämlich der reinen Flüssigkeitsreibung, deren Reibungsbeiwerte → 0 gehen, sobald die Bewegungsgeschwindigkeit zwischen zwei durch den Ölfilm getrennten Gleitflächen unendlich klein ist. Die im vorliegenden Fall auf den Keil 1 über die Stützelemente 2, 3 wirkende Kraft P wird von dem Keil im Verhältnis der Konizität des Keilwinkels in eine horizontale und eine vertikale Komponente 1 : 10 zerlegt. Da der Keil 1 nach Fig. 1 eine Konizität 1 zu 10 besitzt, übt demnach die Gleitfläche 13 über den Kraftmeßgeber 16 auf das Stützelement 14 eine Kraft P/10 aus. Bei einer Bewegung des Keiles 1 mit Hilfe des Handrades 18 und der Spindel 19 um eine Weglänge W von beispielsweise einem Zentimeter wird demnach von der Stellvorrichtung ein Stellhub H von einem Millimeter ausgeführt.

In der Ausführung gemäß Fig. 2 ist der Keil 1 zwischen den Stützelementen 2 und 3 angeordnet. Er bildet mit dem hydraulischen Stellglied 25 und dem elektronischen Dehnungsstreifenmeßgeber 26 sowie mit einer mechanischen Schraubspindel-Verstelleinrichtung 27 eine in Zugrichtung wirkende Lastkette. Die Funktion ist im übrigen derjenigen nach Fig. 1 äquivalent.

Fig. 3 zeigt den Anwendungsfall von Vorrichtungen 83 nach der Erfindung auf die hydrostatische Lagerung eines rotierenden Körpers 83a von großem Durchmesser und großer Masse, beispielsweise einer Rohrmühle. Das Besondere an dieser Ausführung ist die hydraulische Verkettung zwischen den einzelnen Vorrichtungen 83 mit hydrostatischen Keilen 83b, zum Beispiel durch die gemeinsame Öldruckleitung 84, an welche die einzelnen Lagerstellen 83 mit Zweigleitungen 85 angeschlossen sind. Die gemeinsame Verordnung erfolgt - wie bei hydraulischen Anlagen üblich und bekannt - durch die Pumpe 86 aus dem Vorratsbehälter 87.

Die Rücklaufleitungen des Rücklauföles von den einzelnen Lagerstellen 83 zu dem gemeinsamen Ölsammelgefäß 87 sind in der Prinzipzeichnung Fig. 7 nicht dargestellt, um eine unnötige Verkomplizierung des Prinzipschaubildes zu vermeiden.

Die besondere Funktion dieser Einrichtung liegt darin, daß bei Taumelbewegungen des gelagerten Rotationskörpers infolge vermeidlicher Exzentrizität desselben, die einzelnen Keile durch Nachfahren der Stellbewegung die Exzentrizität ausgleichen, so daß jede einzelne Lagereinheit 83 ständig mit der gleichen radialen Kraft gegen den gelagerten Rotationskörper anliegt. Der Meßwert der Kraft wird von den Lastgebern 83&min; auf ein beliebiges Anzeigegerät übertragen. Alternativ könnte die Nachstellung mit üblichen regelungstechnischen Mitteln, zum Beispiel nach Maßgabe der Lastanzeigen erfolgen.

Die Reihe der beispielhaften Anwendungsfälle soll mit Fig. 4 abgeschlossen werden, welche die Aufnahme einer großen und schweren Einzellast, im vorliegenden Beispiel eines Hochofens 100 zeigt, welcher samt seinem Fundament 101 auf hydrostatischen Vorrichtungen 102 aufgebockt ist. Mit einer solchen Einrichtung bei entsprechend großen Keilen mit einer Konizität von beispielsweise 1 : 1000 wäre es denkbar und möglich, mit Hilfe der Erfindung das Betriebsgewicht eines voll im Einsatz befindlichen Hochofens 100 laufend zu registrieren.

Fig. 5 schließlich zeigt den konstruktiven Sonderfall einer Krafterzeugungsvorrichtung nach der Erfindung mit zwei Keilen 103, 104. Im gezeigten Sonderfall mögen beide Keile mit identisch gleicher Konizität von beipielsweise 1 zu 10 ausgestattet sein. Sie sind mit Wege-Anzeigevorrichtungen 109, 109&min; ausgestattet. Zur Lastmessung genügt im gezeigten Beispiel die Anordnung einer Kraftmeßeinrichtung 105 sowie einer einzigen Ölzufuhrstelle 106. Die Vorrichtung umfaßt ferner die als Hand-Verstellspindeln 107, 108 rein schematisch dargestellten Stellglieder. Bei Verstellung von einem der beiden Keile 103 oder 104 um einen bestimmten Arbeitsweg → W wird ein Hub H von 1/10 des Arbeitsweges W ausgeführt. Die Last P wird entsprechend der Konizität der Keile im Verhältnis 1 : 10 zerlegt. Das Besondere der Vorrichtung gemäß Fig. 5 liegt darin, daß infolge der Anordnung von zwei Keilen 103, 104 bei beidseitiger Verstellung um den gleichen Arbeitsweg W ein jedem dieser Arbeitswege W entsprechender Hub H im Endergebnis demnach ein doppelter Hub H bei gleicher Verstellkraft P erreicht wird. Die Vorrichtung umfaßt die Gleitflächen 110, 111, 112, 113, 114, 115.

Es sind unter anderem auch Anwendungen bei schweren spanabhebenden Werkzeugmaschinen an Stahlhaltern denkbar, wobei es von Vorteil ist, einerseits das Schneidwerkzeug exakt zu verstellen und andererseits die auf die Werkzeugschneide wirkende Kraft exakt nach Maßgabe dieser Verstellung messen zu können.

Ein weiterer Sonderfall ist dort gegeben, wo - wie im Falle einer Brammenwaage - zum Beispiel eine Wiegeeinrichtung aus einer Ruheposition mit fest aufgestützter Lastaufnahme-Bühne durch Anheben der Bühne in Arbeitsposition gebracht wird. Hierfür waren beim Stand der Technik getrennte Funktionseinheiten Hubwerk/Wägeeinrichtung nötig. Mit der Erfindung wird Heben und Wägen allein mit der hydrostatischen Stellvorrichtung ohne ein gesondertes Hubwerk ermöglicht.


Anspruch[de]
  1. 1. Anordnung zum Abstützen eines schweren Gegenstandes mit einem Gewicht in der Größenordnung von MN mit gleichmäßiger Lastverteilung auf mehrere verteilte Lagerstellen, die jeweils eine Stellvorrichtung (76) aufweisen und derart einstellbar sind, daß auf jede Lagerstelle im wesentlichen die gleiche Kraft wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lagerstelle (83; 102) einen hydrostatisch gelagerten Keil (1; 83b) in Lastkette mit einer Kraftmeßeinrichtung (16; 26; 83&min;) aufweist und die Stellvorrichtungen (76) unter Berücksichtigung der jeweils von der zugeordneten Kraftmeßeinrichtung (16, 26, 83) gemessenen Kräfte verstellbar sind.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßeinrichtungen (83&min;) zur Bestimmung des Gesamtgewichts zusammengeschaltet sind.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtungen (76) zumindest eines Großteils der Lagerstellen (83; 102) gemeinsam mit einem entsprechenden Stellwert beaufschlagt werden.
  4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Nachregelung zwischen den Kraftmeßeinrichtungen (83&min;) und den Stellvorrichtungen (76) vorgesehen ist.
  5. 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der schwere Gegenstand ein Rotationskörper (83a) ist, der auf den Lagerstellen (83) hydrostatisch gelagert ist.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (83a) über hydrostatische Schwenklager an den Lagerstellen (83) gelagert ist.
  7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der schwere Gegenstand ein Hochofen (100), ein Großsilo oder ein Gebäude ist.
  8. 8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei hydrostatisch gelagerte Keile in Lastkette mit der Stellvorrichtung und der Kraftmeßeinrichtung angeordnet sind und daß der zweite Keil im wesentlichen senkrecht zur Stellrichtung des ersten Keils einstellbar ist und sich an einem ortsfesten Stützelement abstützt.
  9. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß zwei entgegengesetzt gerichtete hydrostatisch gelagerte Keile (103, 104) mit zueinander parallelen Stellachsen vorgesehen sind.






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