Einrichtung zum gegenseitigen Abstützen von zwei einander gegenüberliegenden Führungsbahnen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum gegenseitigen Abstützen von zwei ein ander gegenüberliegenden, gegeneinander rela tiv verschiebbaren Führungsbahnen durch Einführen eines Druckmittels aus einer Fremdquelle zwischen die Führungsbahnen zur Herstellung eines statischen Druckes. In die Schmiernuten von Flachführungen bei Hobelmaschinen, Karusselldrehbänken, Hori zontalfräsmaschinen, Schleifmaschinen usw. wurde bisher Öl mit kleinerem oder grösserem Druck geleitet.
Aus diesen Nuten wird das Öl entlang der Führungsflächen verrieben und bildet unter dem Einfluss einer geeigneten Rundung der Schmiernutenkanten und durch Wirkung der relativen Geschwindigkeit der Führungsflächen einen Ölfilm aus, welcher dazu bestimmt ist, die gegenseitige Berührung der Metallflächen zu verhindern und so die Reibung und Abnutzung herabzusetzen.
Durch Verbesserung der Ölzuführung zwi schen die Gleitflächen sowie durch die Wahl besserer Baustoffe mit, besseren Gleiteigen- schaften, z. B. Verwendung von Kunststoffen für die Hobelmaschinenführungen,und durch Verbesserung der Eigenschaften der Schmier öle wurden die Widerstände herabgesetzt. Für sehr feine Vorschübe und für sehr schwere Maschinen wurden die Gleitführungen durch Wälzführungen ersetzt, welche jedoch her- stellungs- und montagetechnisch sehr kost spielig sind.
Man hat auch schon versucht, Lager mit Flüssigkeitsreibung für Flachführungen zu verwenden, die aus einem festen und einem relativ zu diesem beweglichen Führungsteil bestehen, zwischen deren Berührungsflächen durch ein aus einer Fremdquelle zugeführtes Druckmittel ein statischer Tragdruck herge stellt wird. Bei diesen Einrichtungen wird aber durch das Tragmedium, z. B. Öl, nur ein Teil der Belastung aufgenommen, da es sich dort im wesentlichen doch wieder nur um die Bildung eines Ölfilms handelt.
Die Erfindung bringt nun eine erhebliche Verbesserung dadurch, dass an einer der Füh rungsbahnen Tragkammern vorgesehen sind, welche durch hervortretende Seitenränder be grenzt und gegen die andere Führungsbahn offen sind, wobei das Druckmittel in die Tragkammern eingeführt und der in den Trag kammern hergestellte statische Druck der gan zen Belastung das Gleichgewicht hält.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. In diesen zeigen: Fig.1 schematisch die Anordnung einer Tragkammer, Fig. 2, 3 und 4 verschiedene Formen der Kammerstirnfläche, Fig.5 schematisch die Anordnung dreier Kammern in einem der Führungsteile, Fig. 6 die Kammer mit innerhalb der Kam mer vorgesehenem Eintritt und Austritt des Druckmittels, Fig. 7, 8 und 9 verschiedene Ausführungen der Drosselorgane mit automatischer Regelung in Abhängigkeit von der Grösse des Spaltes zwischen den Druckkammerrändern des einen Führungsteils und der Berührungsfläche des andern Führungsteils, Fig. 10 die Ausführung des Drosselorgans mit einstellbarem Drosselwirkwert, Fig.
11 ein Schema der Anordnung einer geradlinigen Flach- und Prismaführung, Fig.12 und 13 ein Schema der Anordnung einer Plandrehführung, Fig. 14 und 15 ein Schema der Anordnung einer Kegeldrehführung und Fig. 16 die Ausführung des Drosselorgans mit Kontaktfinger.
Das Lagerprinzip ist schematisch in Fig. 1 veranschaulicht, wobei 1 den beweglichen Füh rungsteil und 2 den feststehenden Führungs teil, 3 die Tragkammer, 4 die Drosseldüse, 5 die Pumpe und 6 das Überdruckregelventil zur Einstellung des konstanten Pumpendruckes mit Überlauf in den Druckmittelvorratsbehäl ter 7 bedeutet. Die von der Pumpe 5 ge lieferte Druckflüssigkeit, deren Druck das Regelventil 6 der Pumpe auf gleicher Höhe hält, wird durch die Drosseldüse 4 oder einem andern Drosselorgan, wie nachstehend be schrieben, zugeführt und dann in die Trag kammer 3 geleitet. Infolge der Durchfluss verluste im Drosselorgan 4 ist der Druck hin ter demselben kleiner als der Einlassdruck und gleich dem Druck in der Kammer.
Die Druck flüssigkeit hebt den beweglichen Führungsteil an und strömt sodann aus der Tragkammer 3 durch den schmalen, zwischen den Kammer rändern und der Berührungsfläche des an dern Führungsteils entstehenden Spalt h in den Vorratsbehälter 7 ab. Durch Drosselung im Spalt h wird der Druck der durchfliessen den Flüssigkeit bis auf den atmosphärischen Druck herabgesetzt, während sich der statische Arbeitsdruck in der Tragkammer 3 automa- tisch im Gleichgewicht mit. den das Lager be lastenden Aussenkräften hält. Die Minimal kraft, mit welcher das Lager belastet ist, be steht am Gewicht der obern Führung bzw. des beweglichen Führungsteils. Gegen die Be lastung wirkt der Arbeitsdruek in der Kam mer 3.
Steigt durch Einwirkung weiterer Aussenkräfte die Belastung des beweglichen Führungsteils an, so verkleinert sich der Spalt h, und mit Rücksicht darauf, dass von der Pumpe eine bestimmte Flüssigkeitsmenge an geliefert wird, wachsen die Durchflusswider stände im Spalt h, an, und damit steigt der Arbeitsdruck in der Kammer 3 auf einen solchen Wert, dass derselbe gerade im Gleich gewicht mit der Belastung des beweglichen Führungsteils steht.
Vergrössert sich umgekehrt der Spalt h. bei Entlastung des beweglichen Führungsteils, so werden die Durchflusswiderstände kleiner, und der Arbeitsdruck in der Kammer 3 sinkt auf einen solchen Wert ab, dass derselbe gerade im Gleichgewicht mit der Lagerbelastung steht. Die Lagerflächen bleiben somit bei jeder Be lastung so weit voneinander entfernt, dass sieh in der Tragkammer 3 noch ein statischer Gleichgewichtsarbeitsdruck ausbilden kann, gleichgültig, ob diese Flächen in gegenseitiger Bewegung oder in Ruhe sind. Es kommt daher zu keiner Metallberührung der Flächen, und bei der Bewegung entsteht eine reine Flüs sigkeitsreibung mit unbedeutendem Reibungs koeffizienten.
Es sei vorausgesetzt, da.ss zwischen der Pumpe 5 und der Tragkammer 3 keine Dros seldüse 4 vorgesehen ist und dass die Pumpe das Druckmittel nicht nur in diese einzige Tragkammer, sondern noch in die übri-en Tragkammern bzw. andere Abnahmestellen liefert. Dies ist ein ähnlicher Fall, wie er bei der üblichen Anordnung für die Ölzufüh- rung in die Sehmiernuten von Gleitführungen vorliegt. Sinkt der Druck in den übrigen Abnahmestellen des Druckmediums, also in den übrigen Tragkammern, dann sinkt der Druck auch in der beschriebenen Tragkam mer 3 und steht nicht mehr im Gleichgewicht mit den Wirkkräften.
Falls der Druckmittel verbrauch in den übrigen Entnahmestellen kleiner wird, vergrössert sich umgekehrt der Druckmittelzufhuss in die Kammer 3, und der Spalt h vergrössert sich in dem Masse, bis das Gleichgewicht zwischen dem statischen Arbeits druck in der Kammer 3 und den Aussenkräf ten wieder hergestellt ist. Der Spalt h ist somit von den übrigen Druckmittelentnahme stellen abhängig und kann sich nicht in allen Fällen derart automatisch einstellen, dass ein Ausgleich zwischen dem Druck in der Kammer 3 und den auf dieselbe einwirkenden Aussenkräften eintritt; dadurch wird aller dings die Stabilität der Führung herabgesetzt.
Aus diesem Grund ist zwischen der Pumpe und der Tragkammer 3 eine Drosseldüse 4 mit einem bestimmten voreingestellten Widerstand eingebaut, welche die Durchflussmenge be grenzt und damit die Tragkammer 3 von den übrigen Druckmittelentnahmestellen unab hängig macht und die Stabilität der Führung erhöht. Die Durchflussmenge ist allerdings auch in diesem Falle vom Druckgefälle zwi schen dem konstanten Pumpendruck und dem mit den Wirkungskräften in Gleichgewicht stehenden statischen Arbeitsdruck in der Kammer 3 abhängig. Wachsen die Arbeits kräfte an, dann steigt auch der Druck in der Kammer 3, dadurch sinkt das Druckgefälle, und die Durchflussmenge und der Spalt h verkleinert sieh schneller als in dem Fall, wo die Durchflussmenge konstant bliebe.
Zwecks weiterer Erhöhung der Stabilität der Führung, das heisst zwecks Herabminde rung der Veränderlichkeit des Spaltes h unter dem Einfluss der Aussenkräfte, wird zweck mässig zwischen der Pumpe und der Trag kammer ein Drosselregelorgan (Fig.7 bis 9) mit in Abhängigkeit vom Druck in der Trag kammer veränderlichem Durchflusswiderstand eingeschaltet. Die Vorrichtung arbeitet dann in folgender Weise: Steigt die auf den beweg liehen Führungsteil einwirkende Aussenkraft an, so verkleinert sich - wie beschrieben der Spalt h zwischen den Führungsflächen, und der Arbeitsdruck in der Kammer 3 steigt an.
Dieser steigende Druck bewirkt jedoch gleichzeitig automatisch eine Vergrösserung des Querschnittes des Drosselorgans, die Durchflussmenge und damit auch der Durch flusswiderstand im Spalt h und der Druck der Kammer 3 wachsen schneller an als bei einer Düse mit konstantem Durchflussquerschnitt, und der Spalt verkleinert sich um einen niedrigeren Wert. Umgekehrt wird bei Lager entlastung durch den sinkenden Arbeitsdruck automatisch der Durchflussquerschnitt des Drosselorgans geschlossen, die Durchfluss menge und Durchflusswiderstände im Spalt h und der Arbeitsdruck in der Kammer 3 sinken schneller, und der Spalt vergrössert sieh um einen kleineren Wert.
Sofern auf einer Lang führung mehrere der beschriebenen Kammern angeordnet sind, so dass in den Randstellun gen eine der Kammern des einen Führungs teils von der Führungsfläche des andern Füh rungsteils ' entblösst würde, wird der Flüssig keitsdurchfluss durch Wirkung des Regel ventils vollkommen abgesperrt, denn es be steht hier kein Druck mehr im Spalt h, und die Druckdifferenz ist daher minimal.
Die Änderungen des Spaltes zwischen den Führungsflächen sind demnach bei gleicher Belastung geringer, und das Lager ist bei Bei behaltung aller Vorteile stabiler als beim Durchfluss des Druckmittels durch eine Düse von konstantem Querschnitt oder gar beim Durchfluss ohne Drosselung überhaupt. Ausser dem ist der Verbrauch an Druckmittel wesent lich kleiner.
In den Fig. 7, 8 und 9 sind drei Ausfüh rungsbeispiele von Drosselorganen mit in Ab hängigkeit vom Druck in der Tragkammer veränderlichem Querschnitt veranschaulicht.
Fig. 7 zeigt einen zylindrischen Schieber 10 der Differentialtype. Der Eintrittsdruck wirkt auf die Stirnfläche von grösserem Durch messer und entgegen demselben wirkt die Fe der 11 und der statische Arbeitsdruck in der Tragkammer 3. Das Druckmittel geht durch den Umfangsspalt zwischen dem Schieberteil von kleinerem Durchmesser und dem Schieber gehäuse hindurch, in welchem sich der Schie ber bewegt.
Steigt das Druckgefälle zwischen dem Eintrittsdruck und der Kammer 3 infolge Vergrösserung des Spaltes h, so schiebt sich der Schieber in das Gehäuse einwärts (in der Figur nach links), wodurch der Drosselspalt verlängert wird und der Widerstand in linearer Abhängigkeit von der axialen Ver schiebung des Schiebers anwächst, welcher dann eine kleinere Druckmittelmenge durch lässt, so dass sich die Vergrösserung des Spal tes h vermindert.
In Fig. 9 ist ein Membranregelventil v er anschaulicht, das unmittelbar in der am Füh rungsteil 2 befestigten Lagereinheit 2' ange ordnet ist. Die durch den Ring 14 gehaltene Membran 12 hat in der Mitte eine Durch gangsöffnung für das Druckmittel und den Sitz für den mit der Lagereinheit 2' fest ver bundenen Ventilkörper 13. Steigt der Druck im Lagerspalt h und damit auch in der Trag kammer, dann biegt sieh die Membran nach abwärts durch, wodurch sich der Druckmittel durchgang vergrössert. Beim Absinken des Druckes im Spalt h tritt der umgekehrte Vor gang ein.
In Fig. 8 ist ein Ventil veranschaulicht, bei welchem durch die Wirkung eines als para- boloidförmigen Rotationskörper ausgebildeten Ventilkörpers der Öffnungs- bzw. Schliessungs verlauf schneller vor sich geht als bei linearer Abhängigkeit der Durchflussmenge von der Axialverschiebung des Ventilkörpers.
Die angeführten Beispiele zeigen nur einige der möglichen Ausführungsformen, welche sich auch verschiedenartig kombinieren lassen. So kann z. B. der Ventilkörper 13 in Fig. 9 als paraboloidförmiger Rotationskörper ausgebil det werden. Auch kann z. B. der Durchgangs spalt des Drosselteils des Schiebers in Fig.7 als schraubenlinienförmiger Kanal nach Fig.1.0 ausgeführt werden und dergleichen. Die beschriebene Art der Regelung der Durch flussmenge des Druckmittels erfolgt in Ab hängigkeit vom Druck in der Tragkammer, der seinerseits von der Grösse der Aussen kräfte und von der Spaltgrösse abhängig ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung einer grösstmöglichen Stabilität der Führung, das heisst einer kleinstmöglichen Veränderung des Spaltes zwischen den Führungsflächen bei sich ändernden Aussenkräften, besteht vorteilhaft in der Regelung der Durchfluss menge des Druckmittels in direkter Abhängig keit von diesem Spalt. In Fig.16 ist eine der Ausführungsmöglichkeiten dieser Lösung dargestellt. In der Kammer 3 ist ein Schieber 1.5 beliebiger, geeigneter Konstruktion (zweck mässig von zylindrischer Form) angeordnet, der je nach der Grösse der Abweichung aus der Nullstellung, das heisst der den Druck- mitteldurehfluss absperrenden Stellung, eine grössere oder kleinere Menge von Druckmittel durchlässt.
Der Schieber ist mit einem Kon taktdaumen 16 verbunden, der mittels einer Feder 17 an die der Tragkammer 3 gegen überliegenden Führung 1 angedrückt wird. Der Durchfluss durch die Schieberöffnungen ist derart ausgeführt, da.ss sich mit vergrössern dem Spalt h, zwischen dem Umfang der Trag kammer und der gegenüberliegenden Führung der Druckmittelzufluss in die Kammer ver ringert und umgekehrt.
Die gegenseitige Lage des Schiebers 15 und des Kontaktdaumens 1.6 lässt sich in beliebiger, an sich bekannter Weise derart einstellen, dass für bestimmte Betriebsverhältnisse eine be stimmte erforderliche mittlere Grösse des Spal tes h erzielt wird, welche sodann der Schieber durch Änderung der Durehflussmenge auto matisch möglichst nahe der eingestellten Grösse auch unter andern Betriebsverhältnissen ein hält. Natürlich kann der Schieber mit dem Kontaktdaumen zwecks besserer Zugänglich keit auch ausserhalb .der Kammer angeordnet. werden.
Die bisherige Beschreibung behandelte nur selbständige Lagereinheiten. Für Gleitfüh- rungen, deren Abmessungen in der Regel so gross sind, dass ein einziges Lager unzurei chend wäre, müssen mehrere, zumindest jedoch drei Lagereinheiten bzw. Tragkammern, der art ausgebildet werden, dass die Stützung wenigstens in drei, die Führungsebene be stimmenden Punkten erfolgt. Zur Gewähr leistung einer richtigen Funktion der Gesamt anordnung wird dann dafür gesorgt, da.ss die Durchflüsse durch die einzelnen Trag kammern einander nicht beeinflussen bzw. dass ihre wechselseitige Wirkung vernachläs- sigbar bleibt.
Wäre nämlich die Flüssigkeits zuführung in alle Tragkammern gemeinsam und direkt, könnte es vorkommen, dass bei einer zufälligen Ankippung der Führung, das ist bei einer Vergrösserung des Drosselspaltes eines einzigen der Lager bzw. Kammern, der Druck in allen Lagern in solchem Masse ab sinken würde, dass das Gleichgewicht zwischen Belastung und Arbeitsdruck nicht eingehal ten bliebe und die übrigen Tragkammern auf der Grundfläche aufsitzen würden. Sofern jedoch für die Einhaltung einer annähernden Parallelität beider Führungen auf andere Weise gesorgt ist, ist selbstverständlich die Anordnung dreier Tragkammern nicht un bedingt erforderlich.
Fig.11. zeigt schematisch eine geradlinige Gleitführung, wobei eine der Führungen als Planführung und die andere als Prisma führung ausgeführt ist. Fig. 12 und 1.3 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines sich um eine zur Ebene des festen Führungsteils senkrechte Achse drehenden Führungsteils Land schliess lieb<B>F,</B> i-. 14 und 15 das gleiche Ausführungs beispiel, jedoch mit Kegelführung.
Die Durchflusswiderstände im Drosselspalt zwischen Lager und Berührungsfläche des andern Führungsteils werden vorwiegend durch die Reibung der Flüssigkeit an den Spalträndern bewirkt; die Flüssigkeitsreibung ist der Viskosität der Flüssigkeit direkt pro portional. Ist das Drosselorgan so ausgeführt, dass das Druckgefälle in diesem Organ gleich falls durch die Flüssigkeitsreibung bewirkt wird, dann hebt sieh der Einfluss der Vis kosität gegenseitig praktisch auf. Die Füh rung ist dann unabhängig von der Viskosität, und als Tragmittel in der Tragkammer lässt sieh dann ebenso gut Öl wie Wasser oder eine übliche Kühlflüssigkeit verwenden oder allen falls für manche Zwecke auch Luft oder ein anderes Gas.
Diese Unabhängigkeit von den Eigenschaften des Tragmittels wird auch da- dureh ermöglicht, dass keine gegenseitige Be rührung der Führungsflächen eintritt und daher das Tragmedium keine Schmierfähig keit haben muss.
Bei dem in Fig. 7 gezeigten Schieber wird das Druckgefälle beim Durchfluss durch Rei bung bewirkt, so dass die Führung unabhän gig von der Viskosität der Flüssigkeit wird. Beim Drosselorgan nach Fig. 10 wird die Durchflussöffnung von einer schraubenlinien- förmigen Nut am Ventilkörperumfang aus gebildet, so dass sich durch das Hin- und Her schieben des Ventilkörpers die freie Länge der Nut und damit auch der Durchflusswider stand ändert.
Durch Ausbildung der Durch flussöffnung in Form einer schraubenlinien- förmigen Nut wird es ermöglicht, eine grössere Nutenlänge zu wählen, so dass selbst bei Dros selung grosser Druckgefälle die Nut einen verhältnismässig grossen Querschnitt haben kann, ohne dass es zu einer Verschmutzung derselben kommen könnte. Die grosse Nuten länge ermöglicht auch eine Feinregelung des Druckgefälles. Der gezeigte Schieber gehört zur Kategorie von Drosselorganen mit ein stellbarer konstanter Drosselwirkung.
Was die Form und Ausführung des Lagers bzw. der Tragkammern betrifft, so sind ver schiedene Kombinationen möglich. So z. B. ist es nicht unbedingt erforderlich, dass der Drosselspalt der Tragkammer nur an deren Um fang ausgebildet ist. Fig. 6 zeigt schematisch eine Ausführung, wobei der Spalt auch inner halb der Tragkammer ausgebildet ist, was eine Herabsetzung des Verbrauches an Druck medium ermöglicht, da die äussere Durch- flussfläehe grössere Durchflusswiderstände auf weist und die innere Durchflussfläche klein ist; auf diese Weise verringert sich der Durch fluss durch die Sammelnuten ausserhalb der Tragkammer, so dass die Nuten kleinere Ab messungen aufweisen können und das Druck mittel weniger einer allfälligen Verunreini gung ausgesetzt ist.
Die Tragkammer muss nicht kreisförmig sein (Fig.2), sondern kann ebenso gut quadra tisch, wie in Fig.3, oder rechteckig, wie in Fig. 4, ausgeführt werden, mit gleichen oder verschieden breiten Drosselrändern am Um- fang, oder es kann auch eine andere geeignete Form gewählt werden. Zur Ausführung kön nen auch Tragkammern verwendet werden, die nachträglich auf die Führung montiert wer den, wie in Fig. 6, 7, 9, 11 und 12 gezeigt, oder es können die Tragkammern in der Führungs fläche ausgebildet werden, wie in Fig. 1 und in Fig. 14 veranschaulicht ist.
Das beschriebene Lagerprinzip verhindert eine direkte Berührung der Führungsflächen und ermöglicht, die Führungsflächen um einen bestimmten Wert voneinander zu halten, ohne Rücksicht darauf, ob dieselben eine Relativ bewegung ausführen oder in Ruhe sind. Es kommt daher zu keinem Verschleiss der Füh rung. Die Führungsflächen müssen nicht aus einem bestimmten Material von bestimm ten mechanischen Eigenschaften und Gleit- eigenschaften bestehen. Die Güte und Ge nauigkeit der Führung ist unabhängig von Makro- oder Mikrounebenheiten der Ober flächen; bei der Erzeugung muss nur auf die Einhaltung der geometrischen Form ge achtet werden.
Da die Entfernung der Führungsflächen von der Geschwindigkeit ihrer Relativbewe gung und bei Verwendung eines Drosselorgans von der Viskosität der Flüssigkeit unabhängig ist, kommt es zu keiner Änderung des Ab standes der Führungsflächen, namentlich an den Wendepunkten der geradlinigen Rever- sierbewegung, und als Tragmittel kann, wie schon erwähnt, Öl, Wasser, eine übliche Kühl flüssigkeit oder für manche Zwecke auch Luft verwendet werden. Das beschriebene Lagerprinzip ergibt eine grössere Stabilität der Führung als bei dem bisher üblichen Öl film, auch dann, wenn die Tragflüssigkeit über eine Düse oder ein Drosselventil mit kon stanter Einstellung zugeführt wird.
Wird die Flüssigkeit über die angeführten Einlassschie ber oder Ventile zugeführt, welche mit stei gendem Arbeitsdruck der Tragkammer die Durchflussöffnung vergrössern, dann ist die Lagerstabilität noch um ein Vielfaches grösser.
Da es zu keiner direkten Berührung der Führungsflächen kommt, wird der Wider stand gegen die gegenseitige Bewegung bloss durch die Flüssigkeitsreibung an den Drossel rändern der Tragkammer bewirkt. Der Rei bungskoeffizient ist dann der Bewegungs geschwindigkeit direkt proportional und sehr niedrig; in allen praktischen Fällen 10mal bis 500mal kleiner als der Reibungskoeffizient. der besten Wälzlager.
Die angeführten Eigenschaften machen dieses Lager ganz besonders geeignet für Ma schinen, bei denen bisher eine sehr bedeutende Leistung für die Überwindung der Reibung notwendig war, wie z. B. bei Hobelmaschinen, Karusselldrehbänken, Horizontalausbohrma schinen usw., ferner für Maschinen, bei denen die Herabsetzung der Reibung für die Be wegung sehr schwerer Maschinenteile (z. B. für Koordinatenbohrmaschinen) unerlässlich ist, für Maschinen, bei denen ein sehr niedri ger Reibungskoeffizient und sein Ansteigen mit der Vorschubgeschwindigkeit wesentlich ist für die Erziehung sehr langsamer und kon tinuierlicher Vorschübe, z.
B. für die Mikro zuschubmechanismen von Schleifmaschinen, und schliesslich für Maschinen, bei denen eine Änderung der Ölfilmdicke bei Änderungen der Vorschubgeschwindigkeit bisher gewisse Ferti- gungsgenauigkeiten verursacht hat, z. B. bei der Führung der Tische von Flach- und Rund schleifmaschinen, Portalschleifmaschinen usw.
Selbstverständlich kann die beschriebene Einrichtung zum gegenseitigen Abstützen von Führungsbahnen durch Einführen eines Druckmittels zwischen die Führungsbahnen auch für andere Zwecke verwendet werden und nicht nur für Werkzeugmaschinen, welche in der Beschreibung nur als Anwendungs- und Ausführungsbeispiele angeführt sind.
Durch diese Ausgestaltung werden also die äussern Kräfte und das Eigengewicht des beweglichen Führungsteils derart aufgenom men, dass eine metallische Berührung beider Führungsteile ausgeschlossen ist, das heisst die Reibung zwischen denselben in reine Flüssig keitsreibung überführt ist, wobei der Spalt zwischen den beiden Führungsteilen selbst bei grosser Veränderlichkeit der Grösse und Rich tung der Resultierenden aller auf den beweg- liehen Führungsteil einwirkenden Aussen kräfte konstant gehalten wird, um eine grösst mögliche Stabilität der Führung zu erzielen. Dabei wird mit. einer Ausbildung eines in den Berührungsflächen durch die Relativbewe gung des beweglichen Führungsteils gegen über dem festen Führungsteil entstehenden Tragfilms nicht. gerechnet bzw. seine Ausbil dung ist unerwünscht.
Es ist daher die Vor richtung derart ausgeführt, dass ein Druck mediumfilm nicht entstehen kann oder seine Wirkung vernachlässigbar bleibt.
Der bewegliche Führungsteil weist in eini gen der dargestellten Ausführungen kleine Abmessungen auf, und im festen Führungs teil ist nur eine Tragkammer vorgesehen. In Wirklichkeit kann allerdings der bewegliche Führungsteil, z. B. der Werkzeugmaschinen sehlitten, bedeutende Abmessungen haben und beliebig geformt sein. In einem solchen Falle würde eine einzige Tragkammer nicht genü- a-en, und es müssten mehrere solcher Kam mern, mindestens drei, die Berührungsflächen beider Führungsteile bildend, vorgesehen sein. Bei Anordnung mehrerer Tragkammern arbei tet jedoch jede derselben in der vorstehend beschriebenen Weise selbständig in gleicher Art.
Es ist. daher gleichgültig, ob die Trag kammern im beweglichen oder im festen Füh rungsteil ausgeführt sind und ob sich der bewegliche Führungsteil auf dem festen Füh rungsteil geradlinig bewegt oder sich um eine zur Ebene des festen Führungsteils senkrechte .Achse dreht oder beide Bewegsingen beliebig kombiniert sind.
The invention relates to a device for supporting two mutually opposite, mutually rela tively displaceable guide paths by introducing a pressure medium from an external source between the guide paths to produce a static pressure. In the lubrication grooves of flat guides in planing machines, carousel lathes, horizontal milling machines, grinding machines, etc., oil was previously directed at lower or higher pressure.
From these grooves the oil is rubbed along the guide surfaces and, under the influence of a suitable rounding of the lubricating groove edges and the effect of the relative speed of the guide surfaces, forms an oil film, which is intended to prevent mutual contact of the metal surfaces and thus friction and wear belittle.
By improving the oil supply between the sliding surfaces and choosing better building materials with better sliding properties, e. B. Use of plastics for the planing machine guides, and by improving the properties of the lubricating oils, the resistances were reduced. For very fine feeds and for very heavy machines, the sliding guides have been replaced by roller guides, which, however, are very expensive to manufacture and assemble.
Attempts have also been made to use bearings with fluid friction for flat guides, which consist of a fixed and a guide part that is movable relative to this, between the contact surfaces of which a static load-bearing pressure is Herge provided by a pressure medium supplied from an external source. In these facilities, however, is through the support medium such. B. oil, absorbed only part of the load, since there is essentially only the formation of an oil film.
The invention now brings a considerable improvement in that support chambers are provided on one of the guide tracks, which be bordered by protruding side edges and are open to the other guide track, the pressure medium introduced into the support chambers and the static pressure produced in the support chambers the whole load keeps the balance.
In the drawing Ausführungsbei are shown games of the subject invention. These show: FIG. 1 schematically the arrangement of a support chamber, FIGS. 2, 3 and 4 different shapes of the chamber end face, FIG. 5 schematically the arrangement of three chambers in one of the guide parts, FIG. 6 the chamber with the inlet provided within the chamber 7, 8 and 9 different designs of the throttle elements with automatic regulation depending on the size of the gap between the pressure chamber edges of the one guide part and the contact surface of the other guide part, FIG. 10 the execution of the throttle element with adjustable throttle effect, Fig.
11 a diagram of the arrangement of a straight flat and prismatic guide, FIGS. 12 and 13 a diagram of the arrangement of a facing guide, FIGS. 14 and 15 a diagram of the arrangement of a conical rotary guide, and FIG. 16 the design of the throttle element with contact finger.
The bearing principle is illustrated schematically in Fig. 1, where 1 the movable guide part and 2 the fixed guide part, 3 the support chamber, 4 the throttle nozzle, 5 the pump and 6 the pressure control valve for setting the constant pump pressure with overflow in the Druckmittelvorratsbehäl ter 7 means. The ge from the pump 5 hydraulic fluid, the pressure of which keeps the control valve 6 of the pump at the same level, is fed through the throttle nozzle 4 or another throttle device, as described below, and then passed into the support chamber 3. As a result of the flow losses in the throttle element 4, the pressure behind the same is smaller than the inlet pressure and equal to the pressure in the chamber.
The pressure fluid lifts the movable guide part and then flows out of the support chamber 3 through the narrow, between the chamber edges and the contact surface of the gap h created at the other guide part into the reservoir 7. By throttling in the gap h, the pressure of the liquid flowing through is reduced to atmospheric pressure, while the static working pressure in the support chamber 3 is automatically in equilibrium. holds the external forces loading the bearing. The minimum force with which the bearing is loaded, be available on the weight of the upper guide or the movable guide part. The working pressure in chamber 3 counteracts the load.
If the load on the movable guide part increases due to the action of further external forces, the gap h is reduced, and taking into account that a certain amount of liquid is supplied by the pump, the flow resistances in the gap h increase and the working pressure increases in the chamber 3 to such a value that the same is just in equilibrium with the load on the movable guide part.
Conversely, if the gap h increases. When the movable guide part is relieved of load, the flow resistances become smaller and the working pressure in the chamber 3 drops to such a value that it is just in equilibrium with the bearing load. The bearing surfaces remain so far away from each other with each loading that a static equilibrium working pressure can still develop in the support chamber 3, regardless of whether these surfaces are in mutual movement or at rest. There is therefore no metal contact between the surfaces, and the movement results in pure liquid friction with an insignificant coefficient of friction.
It is assumed that there is no throttle nozzle 4 between the pump 5 and the support chamber 3 and that the pump delivers the pressure medium not only into this single support chamber, but also into the other support chambers or other delivery points. This is a similar case to the one in the usual arrangement for the oil supply into the sealing grooves of sliding guides. If the pressure drops in the other take-off points of the pressure medium, ie in the other support chambers, then the pressure also drops in the described Tragkam mer 3 and is no longer in equilibrium with the effective forces.
If the pressure medium consumption in the other withdrawal points decreases, the pressure medium supply into the chamber 3 increases, and the gap h increases until the equilibrium between the static working pressure in the chamber 3 and the external forces is restored . The gap h is thus dependent on the remaining pressure medium withdrawal points and cannot in all cases be set automatically in such a way that a balance occurs between the pressure in the chamber 3 and the external forces acting on it; however, this reduces the stability of the guide.
For this reason, a throttle nozzle 4 with a certain preset resistance is installed between the pump and the support chamber 3, which limits the flow rate and thus makes the support chamber 3 independent of the other pressure medium withdrawal points and increases the stability of the guide. However, in this case too, the flow rate is dependent on the pressure gradient between the constant pump pressure and the static working pressure in the chamber 3, which is in equilibrium with the effective forces. If the working forces increase, then the pressure in the chamber 3 also rises, as a result of which the pressure gradient drops, and the flow rate and the gap h decrease faster than in the case where the flow rate would remain constant.
In order to further increase the stability of the guide, that is, for the purpose of reducing the variability of the gap h under the influence of external forces, a throttle control element (Fig. 7 to 9) is expediently between the pump and the support chamber, depending on the pressure in the Support chamber variable flow resistance switched on. The device then works in the following way: If the external force acting on the movable guide part increases, the gap h between the guide surfaces decreases - as described, and the working pressure in the chamber 3 increases.
This increasing pressure, however, simultaneously automatically increases the cross-section of the throttle element, the flow rate and thus also the flow resistance in the gap h and the pressure in the chamber 3 increase faster than with a nozzle with a constant flow cross-section, and the gap is reduced by a smaller one Value. Conversely, when the load on the bearing is relieved, the flow cross-section of the throttle member is automatically closed due to the falling working pressure, the flow rate and flow resistances in gap h and the working pressure in chamber 3 decrease faster, and the gap increases by a smaller value.
If several of the chambers described are arranged on a long guide, so that in the edge positions one of the chambers of one guide part would be exposed from the guide surface of the other guide part, the liquid flow is completely shut off by the action of the control valve, because it there is no longer any pressure in the gap h and the pressure difference is therefore minimal.
The changes in the gap between the guide surfaces are therefore smaller with the same load, and the bearing is, while retaining all advantages, more stable than when the pressure medium flows through a nozzle of constant cross-section or even when the flow is without throttling at all. In addition, the consumption of pressure medium is significantly smaller.
In Figs. 7, 8 and 9 three Ausfüh approximately examples of throttle organs with variable cross-section in dependence on the pressure in the support chamber.
Fig. 7 shows a cylindrical slide 10 of the differential type. The inlet pressure acts on the face of larger diameter and counteracts the same the Fe of 11 and the static working pressure in the support chamber 3. The pressure medium passes through the circumferential gap between the slide part of smaller diameter and the slide housing, in which the slide about moved.
If the pressure gradient between the inlet pressure and the chamber 3 increases as a result of the enlargement of the gap h, the slide pushes itself into the housing (to the left in the figure), whereby the throttle gap is lengthened and the resistance is linearly dependent on the axial displacement of the Slide grows, which then lets through a smaller amount of pressure medium, so that the enlargement of the gap h is reduced.
In Fig. 9, a diaphragm control valve is illustrated, which is arranged directly in the bearing unit 2 'attached to the guide part 2. The membrane 12 held by the ring 14 has a through opening for the pressure medium and the seat for the valve body 13 firmly connected to the bearing unit 2 'in the middle. If the pressure rises in the bearing gap h and thus also in the supporting chamber, then it bends look through the membrane downwards, which increases the pressure medium passage. When the pressure drops in gap h, the reverse process occurs.
In FIG. 8, a valve is illustrated in which the opening or closing progression is faster than when the flow rate is linearly dependent on the axial displacement of the valve body due to the action of a valve body designed as a paraboloidal rotating body.
The examples given show only some of the possible embodiments, which can also be combined in various ways. So z. B. the valve body 13 in Fig. 9 as a parabolic body of revolution are ausgebil det. Also z. B. the passage gap of the throttle part of the slide in Figure 7 as a helical channel according to Figure 1.0 and the like. The type of regulation of the flow rate of the pressure medium described is dependent on the pressure in the support chamber, which in turn is dependent on the size of the external forces and the size of the gap.
Another possibility for achieving the greatest possible stability of the guide, that is to say the smallest possible change in the gap between the guide surfaces with changing external forces, is advantageously to regulate the flow rate of the pressure medium as a direct function of this gap. One of the possible embodiments of this solution is shown in FIG. In the chamber 3 there is a slide 1.5 of any suitable construction (expediently of cylindrical shape) which, depending on the size of the deviation from the zero position, i.e. the position blocking the pressure medium flow, allows a larger or smaller amount of pressure medium to pass through .
The slide is connected to a con tact thumb 16 which is pressed by means of a spring 17 to the guide 1 opposite the support chamber 3. The flow through the slide openings is designed in such a way that as the gap h increases between the circumference of the support chamber and the opposite guide, the flow of pressure medium into the chamber is reduced and vice versa.
The mutual position of the slide 15 and the contact thumb 1.6 can be set in any known manner such that a certain required mean size of the gap h is achieved for certain operating conditions, which the slide then automatically as possible by changing the flow rate close to the set size, even under other operating conditions. Of course, the slide with the contact thumb can also be arranged outside the chamber for better accessibility. will.
The previous description only dealt with independent storage units. For sliding guides, the dimensions of which are usually so large that a single bearing would be inadequate, several, but at least three, bearing units or support chambers must be designed in such a way that the support is provided at least in three points that determine the guide plane he follows. To ensure that the overall arrangement functions correctly, it is then ensured that the flows through the individual support chambers do not influence one another or that their mutual effect remains negligible.
In fact, if the liquid feed into all the supporting chambers were common and direct, it could happen that if the guide were accidentally tilted, that is, if the throttle gap of a single one of the bearings or chambers was enlarged, the pressure in all the bearings would drop to such an extent that the balance between load and working pressure would not be maintained and the other supporting chambers would sit on the base. If, however, an approximately parallelism of the two guides is ensured in another way, the arrangement of three support chambers is of course not absolutely necessary.
Fig.11. shows schematically a rectilinear sliding guide, one of the guides being designed as a flat guide and the other as a prism guide. 12 and 1.3 show an exemplary embodiment of a guide part Land that rotates about an axis perpendicular to the plane of the fixed guide part, close love <B> F, </B> i-. 14 and 15 the same embodiment example, but with a cone guide.
The flow resistances in the throttle gap between the bearing and the contact surface of the other guide part are mainly caused by the friction of the liquid on the gap edges; the fluid friction is directly proportional to the viscosity of the fluid. If the throttle element is designed in such a way that the pressure drop in this element is also caused by the fluid friction, then the influence of the viscosity practically eliminates each other. The guidance is then independent of the viscosity, and oil as well as water or a common cooling liquid can be used as the suspension element in the suspension chamber, or if necessary air or another gas for some purposes.
This independence from the properties of the suspension element is also made possible by the fact that the guide surfaces do not come into contact with one another and therefore the suspension medium does not need to be lubricious.
In the slide shown in Fig. 7, the pressure drop during flow is caused by friction, so that the guide is independent of the viscosity of the liquid. In the throttle device according to FIG. 10, the flow opening is formed by a helical groove on the valve body circumference, so that the free length of the groove and thus the flow resistance changes by sliding the valve body back and forth.
By designing the flow opening in the form of a helical groove, it is possible to choose a larger groove length, so that even with throttling of large pressure gradients, the groove can have a relatively large cross-section without contamination of the same. The large groove length also enables fine control of the pressure drop. The slide shown belongs to the category of throttling devices with an adjustable constant throttling effect.
As far as the shape and design of the bearing or the support chambers are concerned, various combinations are possible. So z. B. it is not absolutely necessary that the throttle gap of the support chamber is formed only at the beginning of the order. 6 shows schematically an embodiment in which the gap is also formed inside the support chamber, which enables the consumption of pressure medium to be reduced, since the outer flow area has greater flow resistances and the inner flow area is small; In this way, the flow through the collecting grooves outside the support chamber is reduced, so that the grooves can have smaller dimensions and the pressure medium is less exposed to any possible contamination.
The support chamber does not have to be circular (FIG. 2), but can just as well be designed as a square, as in FIG. 3, or rectangular, as in FIG. 4, with the same or different width throttle edges on the circumference, or it another suitable shape can also be selected. Carrying chambers can also be used for the execution, which are subsequently mounted on the guide, as shown in FIGS. 6, 7, 9, 11 and 12, or the carrying chambers can be formed in the guide surface, as in FIG. 1 and illustrated in FIG.
The bearing principle described prevents direct contact with the guide surfaces and enables the guide surfaces to be held from one another by a certain amount, regardless of whether they are moving relative to each other or are at rest. There is therefore no wear on the guide. The guide surfaces do not have to consist of a specific material with specific mechanical properties and sliding properties. The quality and accuracy of the guidance is independent of macro or micro unevenness of the surfaces; When creating it, you only have to pay attention to compliance with the geometric shape.
Since the distance between the guide surfaces is independent of the speed of their relative movement and, if a throttle device is used, of the viscosity of the liquid, there is no change in the distance between the guide surfaces, especially at the turning points of the rectilinear reversing movement, and as a support means, As already mentioned, oil, water, a common cooling liquid or, for some purposes, air can be used. The bearing principle described results in greater stability of the guide than with the previously common oil film, even if the carrying fluid is supplied via a nozzle or a throttle valve with a constant setting.
If the liquid is supplied via the inlet slide or valves mentioned, which enlarge the flow opening as the working pressure of the support chamber increases, then the storage stability is many times greater.
Since there is no direct contact with the guide surfaces, the resistance against the mutual movement is caused only by the fluid friction at the throttle edges of the support chamber. The friction coefficient is then directly proportional to the speed of movement and very low; in all practical cases 10 times to 500 times smaller than the coefficient of friction. of the best rolling bearings.
The listed properties make this camp particularly suitable for Ma machines, where previously a very significant performance was necessary to overcome friction, such. B. in planing machines, carousel lathes, Horizontalausbohrma machines, etc., also for machines in which the reduction of friction for moving very heavy machine parts (e.g. for jig drills) is essential, for machines with a very niedri ger coefficient of friction and its increase with the feed rate is essential for the education of very slow and kon continuous feeds, z.
B. for the micro feed mechanisms of grinding machines, and finally for machines in which a change in the oil film thickness with changes in the feed rate has previously caused certain manufacturing accuracies, e. B. when guiding the tables of flat and cylindrical grinding machines, portal grinding machines, etc.
Of course, the described device for mutually supporting guideways by introducing a pressure medium between the guideways can also be used for other purposes and not only for machine tools, which are only cited in the description as application and exemplary embodiments.
With this configuration, the external forces and the dead weight of the movable guide part are absorbed in such a way that metallic contact between the two guide parts is excluded, i.e. the friction between them is converted into pure liquid friction, with the gap between the two guide parts even when larger Variability of the size and direction of the resultant of all external forces acting on the movable guide part is kept constant in order to achieve the greatest possible stability of the guide. With. a formation of a support film arising in the contact surfaces through the relative movement of the movable guide part with respect to the fixed guide part is not. calculated or its training is undesirable.
The device is therefore designed in such a way that a print medium film cannot arise or its effect remains negligible.
The movable guide part has small dimensions in some of the embodiments shown, and only one support chamber is provided in the fixed guide part. In reality, however, the movable guide part, e.g. B. the machine tools sehlitten, have significant dimensions and be shaped as desired. In such a case, a single support chamber would not suffice, and several such chambers, at least three, would have to be provided, forming the contact surfaces of the two guide parts. However, if several support chambers are arranged, each of them works independently in the same way in the manner described above.
It is. Therefore, it does not matter whether the supporting chambers are designed in the movable or in the fixed Füh tion part and whether the movable guide part moves in a straight line on the fixed Füh tion part or rotates around an axis perpendicular to the plane of the fixed guide part .Axis or both moving parts are combined as desired.