CH496905A

CH496905A - Einstellbares hydrostatisches Gleitlager

Info

Publication number: CH496905A
Application number: CH1774365A
Authority: CH
Inventors: Siebers Gunter
Original assignee: Oerlikon Buehrle Holding Ag
Priority date: 1965-12-23
Filing date: 1965-12-23
Publication date: 1970-09-30
Also published as: US3407012A; FR1506021A

Description

Einstellbares hydrostatisches Gleitlager
Die Erfindung betrifft ein einstellbares, hydrostatisches Gleitlager, z. B. für Arbeitsspindeln einer Werkzeugmaschine, oder für die Geradführung eines Werkzeugmaschinentisches, mit einer in einem Gehäuse anW geordneten Lagerschale und mit zwei zwischen Lagerschale und Gehäuse in Gleitrichtung angeordneten Reihen von Druckflüssigkeitspolstern.

Um eine Einstellung des Lagers bei einer durch die Belastung der Welle bewirkten Schrägstellung derselben zu ermöglichen, sind sogenannte Pendellager bekannt. Ein derartiges Lager besitzt eine kugelförmige
Lagerschale, die schwenkbar in einem Gehäuse gela gert ist. Damit sich die Lagerschale der Schrägstellung der Welle anpassen kann, müssen die Reibungskräfte überwunden werden, welche zwischen dieser kugelförmigen Lagerschale und dem Gehäuse auftreten. Diese Reibungskräfte sind bei hochbelasteten Lagern gross, ausserdem sind die Verstellwege klein und verursachen ein ruckweises Gleiten, wodurch die Einstellung der Lagerschale bezüglich der Schrägstellung ungenau erfolgt.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, Druckflüssigkeitspolster zwischen der kugelförmigen Lagerschale und dem Gehäuse anzuordnen, indem an der Kugeloberfläche der Lagerschale entsprechende Aussparungen für die Druckflüssigkeitspolster vorgesehen sind.

Bei solchen Pendellagern ist also einerseits ein durchgehendes Lagerspiel zwischen Lagerschale und Welle und andererseits zwischen Lagerschale und Gehäuse vorhanden. Diese beiden durchgehenden Lagerspiele wirken sich nachteilig auf die erzielbare Arbeitsgenauigkeit der mit solchen Lagern ausgerüsteten Werkzeugmaschinen aus, da zwei durchgehende Lagerspiele die Lagersteifigkeit beeinträchtigen. Die Lagersteifigkeit ist ein analoger Begriff zur Federsteifigkeit; es ist darunter der Grösse der Lagerverschiebung bei einer bestimmten Lagerbelastung zu verstehen. Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden und ein hydrostatisches Gleitlager zu schaffen, das sich einwandfrei einer Schrägstellung der Welle anpasst und z. B. bei einer Werkzeugmaschine eine grosse Arbeitsgenauigkeit ermöglicht.

Das erfindungsgemässe hydrostatische Gleitlager zeichnet sich dadurch aus, dass zusätzlich zu den genannten Druckflüssigkeitspolstern zwei Reihen von Druckflüssigkeitspolstern zwischen Lagerschale und dem zu lagernden Körper vorgesehen sind, und dass jedes Druckflüssigkeitspolster der ersten der beiden zwischen Lagerschale und zu lagerndem Körper angeordneten Druckflüssigkeitspolsterreihen mit dem quer zur Gleitrichtung benachbarten Druckflüssigkeitspolster der zweiten der zwischen Lagerschale und Gehäuse angeordneten Druckflüssigkeitspolsterreihen verbunden ist, wobei die federnde Lagerschale an einem der beiden durch das Gehäuse und den zu lagernden Körper gegebenen Teile starr eingespannt ist.

Bei einem Gleitlager, bei dem zur Lagerung einer Welle eine hülsenförmige Lagerschale vorgesehen ist, kann dieselbe in der Mitte der Aussenseite eine ringförmige Rippe aufweisen, und die Lagerschale kann durch axial gerichtete Schlitze in eine Anzahl elastisch nachgiebiger Segmente unterteilt sein, wobei jedes dieser Segmente mindestens ein Druckflüssigkeitspolster aufweisen kann. An der Lagerschale können Aussparungen für die Druckflüssigkeitspolster vorgesehen sein, welche an ihrem Umfang mit Dichtungen versehen sein können. Bei einem zur Geradführung dienenden Gleitlager können zwischen Gehäuse und dem zu lagernden Körper Lagerschalen vorgesehen sein, welche mittels Längsrippen elastisch am Maschinentisch verankert sein können, wobei auf jeder Seite der Längsrippe eine Reihe von Druckflüssigkeitspolstern vorgesehen sein kann.

Die Dichtungen können aus gummielastischem Material bestehen. Für je zwei miteinander verbundene Druckflüssigkeitspolster kann eine Druckflüssigkeitsquelle vorgesehen sein.

Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen einstellbaren hydrostatischen Gleitlagers sind im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein hydrostatisches Lager mit den Leitungen für die Druckflüssigkeit,
Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung der in Fig. 1 dargestellten Lagerschale teilweise im Schnitt,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Spindellagerung an einer Werkzeugmaschine,
Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung der Lagerung eines Werkzeugmaschinentisches,
Fig. 5 eine schaubildliche Darstellung eines Teiles der in Fig. 4 gezeigten Lagerschalen,
Fig. 6 einen Querschnitt durch die in Fig. 4 dargestellte Lagerung eines Werkzeugmaschinentisches.

Gemäss Fig. 1 und 2 ist in einem Gehäuse 7 eines hydrostatischen Lagers eine hülsenförmige Lagerschale 5 starr befestigt. Diese Lagerschale 5 besitzt auf der Aussenseite, in der Mitte eine ringförmige Rippe 5a, welche in einer entsprechenden Nute 7a des Gehäuses 7 verankert ist. Die Lagerschale 5 besitzt ferner auf der Aussenseite zu beiden Seiten der Rippe 5a je eine Reihe von rechteckigen Aussparungen 8 und 9. Diese rechteckigen Aussparungen 8 und 9 sind an ihrem Rand mit Dichtungen 10 versehen, welche die Aussparungen 8 und 9 der in das Gehäuse 7 eingesetzten Lagerschale 5 ringsherum abdichten. Auf der Innenseite der Lagerschale 5, die zur Aufnahme einer Welle 1 dient, sind ebenfalls zwei Reihen von Aussparungen 2 und 3 vorgesehen. Diese vier Reihen von Aussparungen auf der Innen- und Aussenseite der Lagerschale 5 sind alle in Umfangsrichtung der Welle 1 angeordnet (siehe Fig. 2).

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist jede Aussparung 2 der ersten der beiden auf der Innenseite der Lagerschale 5 befindlichen Reihen durch eine Leitung 11 mit einer Aussparung 8 der zweiten der beiden auf der Aussenseite der Lagerschale 5 befindlichen Reihen verbunden. Und umgekehrt ist jede Aussparung 3 der zweiten der beiden auf der Innenseite der Lagerschale 5 befindlichen Reihen durch eine Leitung 11 mit einer Aussparung 9 der ersten der beiden auf der Aussenseite der Lagerschale 5 befindlichen Reihen verbunden. Ferner ist jede Aussparung 2 und 3 auf der Innenseite der Lagerschale 5 durch die Leitung 11 mit einer Druckflüssigkeitsquelle 4 verbunden. Zwischen den beiden Reihen von Aussparungen auf der Innenseite der Lagerschale ist eine ringförmige Nute 6 vorgesehen, die zur Aufnahme der aus den Aussparungen austretenden Druckflüssigkeit dient.

Ferner sind im Gehäuse 7 zu beiden Seiten der Lagerschale 5 ringförmige Hohlräume 12a vorhanden, an welche Abflussleitungen 12 angeschlossen sind, die in einen Behälter 13 münden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind an der Lagerschale 5 zwischen den einzelnen Aussparungen 2, 3 und 8, 9 Schlitze 6 vorgesehen, welche bis zur ringförmigen Rippe 5a reichen. Durch diese Schlitze 6 wird die Lagerschale 5 in einzelne Segmente 14 unterteilt, welche elastisch nachgiebig sind.

Gemäss Fig. 3 sind, z. B. für die Lagerung einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine, zwei der beschriebenen Lager notwendig. Wirkt auf diese Arbeitsspindel 1 eine Kraft F in der durch einen Pfeil ange deuteten Richtung, so biegt sich die Spindel 1 durch, wie im oberen Teil der Fig. 3 schematisch angedeutet ist. Bei einer Durchbiegung um den Betrag y stellt sich die Spindel 1 im Gleitlager um den Winkel a schräg.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Lagers ist dabei wie folgt.

Durch die Druckflüssigkeitsquellen 4 werden in den Aussparungen 2, 3 und 8, 9 Druckflüssigkeitspolster gebildet, welche in der Zeichnung der Einfachheit halber mit den selben Bezugsziffern wie die Aussparungen bezeichnet sind. Mit Hilfe dieser Druckflüssigkeitspolster wird die Welle 1 derart in der Schwebe gehalten, dass sie die Lagerschale an keiner Stelle berührt. Da die Aussparungen auf der Innenseite der Lagerschale in der beschriebenen Weise mit den Aussparungen auf der Aussenseite der Lagerschale 5 verbunden sind, bilden sich auch Druckflüssigkeitspolster in den Aussparungen auf der Aussenseite der Lagerschale.

Bei einer Schrägstellung der Welle 1 entsteht eine Druckdifferenz zwischen den Druckflüssigkeitspolstern der einen Reihe und den Druckflüssigkeitspolstern der anderen Reihe auf der Innenseite der Lagerschale 5.

Diese Druckdifferenz überträgt sich dank der Verbin dungsleitungen 11 auf die beiden Reihen von Druck fiüssigkeitspolstern auf der Aussenseite der Lagerschale. Diese Druckdifferenz wird unter anderem auch dadurch bewirkt, dass der Spalt am Rande der Aussparung zwischen Lagerschale und Welle durch die Schrägstellung der Welle auf einer Seite der Lagerschale verkleinert wird, während er sich auf der anderen Seite vergrössert. Die beschriebenen Druckdiffe- renzen auf der Innen- und Aussenseite der Lagerschale bewirken, insbesondere da sie sich gegenseitig unterstützen, eine elastische Deformation der Lagerschale entsprechend der Schrägstellung der Welle, so dass auch bei schräggestellter Welle eine Kantenberührung zwischen Welle und Lagerschale vermieden wird.

Gemäss Fig. 4, 5 und 6 sind an einem Werkzeugmaschinentisch 24 zwei Lagerschalen 24 befestigt.

Jede dieser in Gleitrichtung geraden Lagerschalen besitzt auf ihrer oberen Seite eine in Gleitrichtung des Tisches angeordnete Rippe 35, mit welcher die Lagerschale starr in einer Nute des Werkzeugmaschinentisches verankert ist. Die Lagerschale 24 besitzt ferner auf ihrer oberen Seite zu beiden Seiten der erwähnten Längsrippe 35 je eine Reihe von rechteckigen Aussparungen 28 und 31. Diese rechteckigen Aussparungen 28 und 31 sind an ihrem Rand mit Dichtungen versehen, welche die Aussparungen 28 und 31 der am Werkzeugmaschinentisch 21 befestigten Lagerschale ringsherum abdichten. Auf der unteren Seite der beiden flachen Lagerschalen 24, welche in je einer Gleitbahn 22 bzw. 23 eines Maschinengehäuses 36 geführt sind, sind ebenfalls Aussparungen 27 und 30 vorgesehen.

Diese vier Reihen von Aussparungen auf der unteren und oberen Seite der flachen Lagerschale 24 erstrecken sich alle in Bewegungsrichtung des Werkzeugmaschinentisches 21.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist jede Aussparung 30 der ersten der beiden auf der unteren Seite der flachen Lagerschale 24 befindlichen Reihen durch eine Leitung 37 mit einer Aussparung 31 der zweiten der beiden auf der oberen Seite der flachen Lagerschale befindlichen Reihen verbunden. Und umgekehrt ist jede Aussparung 27 der zweiten der beiden auf der un teren Seite der Lagerschale 24 befindlichen Reihen durch eine Leitung 37 mit einer Aussparung 28 der ersten der beiden auf der oberen Seite der Lagerschale 24 befindlichen Reihen verbunden. Ferner ist jede der Aussparungen 27 und 30 auf der unteren Seite der Lagerschale 24 durch die Leitung 11 mit einer Druckflüssigkeitsquelle 26 verbunden.

Ähnlich wie beim zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwischen den Reihen von Aussparungen und zu beiden Seiten der Lagerschale Nuten und Hohlräume vorgesehen, an welche Abflussleitungen 38 angeschlossen sind, die in einen Behälter 40 münden. Diese Nuten und Hohlräume 39 dienen zur Aufnahme der aus den Aussparungen austretenden Druckflüssigkeit. Es sind an sich bekannte Mittel vorgesehen welche verhindern, dass sich der Werkzeugmaschinentisch 21 vom Maschinengehäuse 36 abheben kann.

Gemäss Fig. 6 ist der Werkzeugmaschinentisch durch die beiden hydrostatischen Lager auf dem Gehäuse 36 der Maschine verschiebbar gelagert. Wirkt auf diesen Werkzeugmaschinentisch 21 eine Kraft F in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung, so biegt sich der Tisch 11 durch, wie im unteren Teil der Fig. 6 schematisch angedeutet ist. Bei einer Durchbiegung des Tisches um den Betrag y neigt sich der Tisch im Bereich des Lagers um den Winkel a. Die Wirkungsweise des beschriebenen Lagers ist dabei wie folgt.

Durch die Druckflüssigkeitsquellen 26 werden in den Aussparungen 27, 30 bzw. 28, 31 Druckflüssigkeitspolster gebildet, welche in der Zeichnung der Ein fachheit halber mit den selben Bezugsziffern wie die Aussparungen bezeichnet sind. Mit Hilfe dieser Druckflüssigkeitspolster wird der Werkzeugmaschinentisch 21 derart in der Schwebe gehalten, dass die Lagerschale 24 die Gleitbahnen 22 bzw. 23 des Gehäuses an keiner Stelle berührt. Da die Aussparungen 27, 30 auf der unteren Seite der Lagerschale 24 in der beschriebenen Weise mit den Aussparungen 28, 31 auf der oberen Seite der Lagerschale 24 verbunden sind, bilden sich auch Druckflüssigkeitspolster in den Aussparungen 28, 31 auf der oberen Seite der Lagerschale 24.

Bei einer Durchbiegung des Tisches entsteht eine Druckdifferenz zwischen den Druckflüssigkeitspolstern 27 der einen Reihe und den Druckflüssigkeitspolstern 30 der anderen Reihe auf der unteren Seite der Lagerschale 24. Diese Druckdifferenz überträgt sich dank der Verbindungsleitungen 37 auf die beiden Reihen von Druckflüssigkeitspolstern 28, 31 auf der oberen Seite der Lagerschale 24. Diese Druckdifferenz wird unter anderem auch dadurch bewirkt, dass der Spalt am Rande der Aussparung zwischen Lagerschale und Gehäuse durch die Durchbiegung des Tisches auf der einen Seite der Lagerschale verkleinert wird, während er sich auf der anderen Seite vergrössert.

Die beschriebenen Druckdifferenzen bewirken, insbesondere da sie sich gegenseitig unterstützen, eine elastische Deformation der Lagerschale entsprechend der Durchbiegung des Tisches, so dass auch bei einer Durchbiegung des Tisches eine Kantenberührung zwischen Lagerschale und Gehäusegleitbahn vermieden wird. Die Lagerschale ist im wesentlichen im Bereich ihrer Rippe 35 federnd ausgebildet. Die Dichtungen 10 bestehen vorzugsweise aus gummielastischem Material.

Claims

PATENTANSPRUCH

Einstellbares hydrostatisches Gleitlager, z. B. für Arbeitsspindeln an Werkzeugmaschinen, mit einer in einem Gehäuse angeordneten Lagerschale und mit zwei zwischen Lagerschale und Gehäuse in Gleitrichtung angeordneten Reihen von Druckflüssigkeitspolstern, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den ge- nannten Druckflüssigkeitspolstern zwei Reihen von Druckflüssigkeitspolstern zwischen Lagerschale (5) und dem zu lagernden Körper (1) vorgesehen sind, und dass jedes Druckflüssigkeitspolster (2 bzw. 3) der ersten der beiden zwischen Lagerschale (5) und zu lagerndem Körper (1) angeordneten Druckflüssigkeitspolsterreihen mit dem quer zur Gleitrichtung benachbarten Druckflüssigkeitspolster (8 bzw.

9) der zweiten der zwischen Lagerschale (5) und Gehäuse (7) angeordneten Druckflüssigkeitspolsterreihen verbunden ist, wobei die federnde Lagerschale (5) an einem der beiden durch das Gehäuse (7) und den zu lagernden Körper (1) gegebenen Teile starr eingespannt ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Gleitlager nach Patentanspruch mit hülsenförmi- ger Lagerschale zur Lagerung einer Welle, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (5) in der Mitte der Aussenseite eine ringförmige Rippe (5a) aufweist und durch axial gerichtete Schlitze (6) in eine Anzahl elastisch nachgiebiger Segmente (14) unterteilt ist, wobei jedes dieser Segmente (14) mindestens ein Druckflüssigkeitspolster (2, 3 bzw. 8, 9) auf der Innen- und Aussenseite der Lagerschale (5) aufweist.

2. Gleitlager nach Patentanspruch für eine Geradführung, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerschale (24) mittels einer Längsrippe (35) elastisch am zu lagernden Körper (21) verankert ist, wobei auf jeder Seite der Längsrippe (35) eine Reihe von Druckflüssig keitspolstern (28) (31) vorgesehen ist.

3. Gleitlager nach Patentanspruch oder den Unteransprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Lagerschale (7, 24) Aussparungen für die Druckflüssigkeitspolster vorgesehen sind, welche an ihrem Umfang mit Dichtungen (10) versehen sind.

4. Gleitlager nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (10) aus gummielastischem Material bestehen.

5. Gleitlager nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für je zwei miteinander verbundene Druckflüssigkeitspolster eine Druckflüssigkeitsquelle (4, 26) vorgesehen ist.