DE1244487B

DE1244487B - Hydrostatisches Lager

Info

Publication number: DE1244487B
Application number: DEE22026A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Techn Arnold Kohler
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1961-10-20
Filing date: 1961-11-27
Publication date: 1967-07-13
Also published as: CH389329A; US3137530A; FR1335362A; NL283745A; BE623409A; GB1020883A

Description

Hydrostatisches Lager Hydrostatische Lager, bei denen der gleitende Teil durch Druckflüssigkeitspolster getragen ist, werden beispielsweise für Arbeitstische und Spindeln von Werkzeugmaschinen, insbesondere für die Planlager von Drehbänken, verwendet. Die Abstützung des gleitenden Teils auf Flüssigkeitspolstern soll eine Lagerung mit geringen Reibungsverlusten ergeben, die praktisch nur in den verhältnismäßig dünnen Schmierfilmen an der das Flüssigkeitspolster umgebenden Gleitfläche auftreten. Bei Lagern dieser Art wird oft verlangt, daß sie auch bei einem Aussetzen der Schmierflüssigkeitszufuhr unter Druck zumindest noch eine gewisse Zeit betriebsfähig sind, ohne daß das Lager beschädigt würde.
Aus der deutschen Patentschrift 863 880 ist ein hydrostatisches Lager mit einer beweglich in eine Vertiefung eines Tragkörpers eingesetzten Lagerschale bekannt, deren Laufsitz von einer rahmenartigen Leiste gebildet ist. Diese umschließt ein z. B. einen Achsschenkel tragendes, mit der Vertiefung in Verbindung stehendes Druckflüssigkeitspolster. Die Lagerschale ist dabei so ausgebildet, daß sie durch den Flüssigkeitsdruck in der Vertiefung in Richtung gegen die Achse gedrückt wird. Der Umfangsspalt zwischen der beweglichen Lagerschale und dem Tragkörper ist mittels einer Weichpackung abgedichtet.
Bei diesem bekannten Lager soll durch die bewegliche Einfügung der Lagerschale im Tragkörper vor allem erreicht werden, daß die Lagerschale imstande ist, alle Bewegungen des Achsschenkels mitzumachen und mit ihrem durch die Randleiste gebildeten, rahmenartigen Laufsitz am Achsschenkelumfang satt sitzenzubleiben, so daß die unter Druck stehende Flüssigkeit an allen Stellen der Randleiste den gleichen Widerstand vorfindet und dadurch gezwungen wird, den ganzen Laufsitz gleichmäßig zu schmieren, überdies soll die in der Vertiefung zwischen der beweglichen Lagerschale und dem Tragkörper enthaltene Flüssigkeit bei vorübergehendem Ausfall der sie fördernden Pumpe einen Schmiermittelvorrat bilden.
Sobald aber bei diesem bekannten Lager der erwähnte, verhältnismäßig kleine Schmiermittelvorrat erschöpft ist und die Lagerschale im Grund der Vertiefung des Tragkörpers zum Aufsitzen kommt, sinkt der Druck im Flüssigkeitspolster ab, und die ganze Last muß vom Schmierfilm der Randleiste getragen werden. Die gilt im übrigen auch für ein noch bekanntes hydrostatisches Lager mit ortsfester Randleiste. Um in diesem Fall die spezifische Flächenpressung an der Randleiste nicht zu hoch werden zu lassen und so die Gefahr einer Beschädigung des Lagers zu vermeiden, müßte die Randleiste verhältnismäßig breit ausgeführt sein. Eine große Gleitfläche mit dem großen Geschwindigkeitsgefälle im Schmierfilm ergibt aber auch im Normalbetrieb beträchtliche Reibungsverluste, so daß mit ihr die Vorzüge der hydrotatischen Lagerung nicht voll ausgenutzt werden können.
Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden. Sie betrifft ein hydrostatisches Lager für einen gleitenden Teil, mit mindestens einem beweglich in eine Vertiefung eines Tragkörpers eingesetzten Stück, das eine Leiste aufweist, die den Rand eines den gleitenden Teil tragenden, mit der Vertiefung in Verbindung stehenden Druckflüssigkeitspolsters bildet, wobei das in die Vertiefung des Tragkörpers eingesetzte Stück so ausgebildet ist, daß es durch den in der Vertiefung herrschenden Flüssigkeitsdruck gegen, den gleitenden Teil bewegt wird. Gemäß der Erfindung ist der Tragkörper mit einer dem gleitenden Teil zugekehrten, das bewegliche Stück umgebenden Gleitfläche versehen, die bei tiefster Lage des beweglichen Stückes in der Vertiefung zumindest bündig mit dessen verhältnismäßig schmal gehaltener Leiste liegt und bei Ausbleiben des Flüssigkeitsdruckes als Notlauffläche für den gleitenden Teil dient. überdies ist der Tragkörper mit einem Anschlag versehen, an dem das bewegliche Stück in normaler Betriebslage, also bei über die Notlauffläche vorstehender Leiste, anliegt.
Das so ausgebildete Lager verhält sich im Normalbetrieb, wenn das bewegliche Stück am Anschlag anliegt, wie ein hydrostatisches Lager mit feststehendem Flüssigkeitspolster und feststehender, schmaler Leiste. Im Gegensatz zu dem beschriebenen bekannten Lager mit einer beweglich in den Tragkörper eingesetzten Lagerschale bedarf es keines besonderen Regelventils, um den überdruck des Flüssigkeitspolsters durch die ständige Förderung des Schmiermittels nicht über das erforderliche, dem jeweiligen Belastungsdruck entsprechende Maß hinaus zu steigern. Der in seiner Größe vom Druck im Flüssigkeitspolster abhängende Lagerspalt zwischen der am Anschlag festgehaltenen Leiste des Flüssigkeitspolsters und dem gleitenden Teil übernimmt in bekannter Weise die selbsttätige Regelung des Schmiermittelabflusses aus dem Druckflüssigkeitspolster. Er wird bei zu hohem Druck im Flüssigkeitspolster durch weiteres Abheben des gleitenden Teils von der Leiste weg vergrößert und umgekehrt, so daß sich der Druck im Flüssigkeitspolster jeweils auf den für das Gleichgewicht erforderlichen Betrag einspielt. Die dem gleitenden Teil zugekehrte Fläche der Leiste dient nicht als Gleitfläche, sondern lediglich als Begrenzung des Drosselspaltes für den Flüssigkeitsabfluß und kann daher beliebig schmal gemacht werden, um Reibungseinflüsse weitgehend auszuschalten.
In der Zeichnung sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.
F i g. 1 bis 3 zeigen je einen Querschnitt durch ein solches Ausführungsbeispiel eines hydrostatischen Lagers.
Gemäß F i g. 1 ist in einem Tragkörper 1 eine Vertiefung vorgesehen, die über einen zentralen Kanal 3 durch nicht gezeigte Mittel mit Schmierflüssigkeit unter Druck beschickt wird. Die mit Schmierflüssigkeit gefüllte Vertiefung steht mit einem Flüssigkeitspolster 2 für einen gleitenden Teil 4 in Verbindung.
Das Flüssigkeitspolster 2 ist längs seines Umfanges durch eine verhältnismäßig schmale rahmenförmige Leiste 5 eines in den Tragkörper 1 beweglich eingesetzten Stücks begrenzt, das mit Ansätzen 51 unter beidseitig angeordnete Platten 6 greift, die Bestandteile des Tragkörpers 1 bilden und an ihm durch Schrauben 7 befestigt sind. Die dem gleitenden Teil 4 zugekehrte Oberfläche des Tragkörpers 1 bildet eine die Leiste 5 umgebene Gleitfläche B. Die Leiste 5 ist in der Richtung senkrecht zur Gleitfläche 8 verschiebbar. In seiner obersten Lage liegt das bewegliche Stück mit den Ansätzen 51 an den Platten 6 an, die dabei als Anschlag dienen. In dieser Lage steht die Leiste 5 mit ihrem oberen Rand um einen kleinen Betrag über die Gleitfläche 8 vor.
Der Umfangsspalt zwischen dem beweglichen Stück 5, 51 und dem Tragkörper 1 bzw. den Platten 6 ist durch eine Membran 9 abgedichtet, die einerseits an dem beweglichen Stück befestigt ist und andererseits durch einen mit Schrauben 10 am Tragkörper 1 befestigten Ring 11 an den Grund der Vertiefung gepreßt wird.
Die Einrichtung . wirkt folgendermaßen: Wird Schmierflüssigkeit durch den Kanal 3 unter Druck in die Vertiefung des Tragkörpers 1 eingeführt, so hebt sich das bewegliche Stück 5, 51 infolge der Wirkung dieses Druckes so weit an, bis es mit den An-Sätzen 51 an den Platten 6 anschlägt und dabei mit seiner Leiste 5 um einen geringen Betrag über die Gleitfläche 8 vorsteht. Im Flüssigkeitspolster 2 stellt sich ein Flüssigkeitsdruck ein, der der Belastung durch den gleitenden Teil 4 das Gleichgewicht hält.
Der Lagerspalt zwischen dem Teil 4 und der Leiste 5 stellt sich so ein, daß durch ihn unter der Wirkung dieses Druckes die von der Pumpe gelieferte Schmierflüssigkeitsmenge aus der Vertiefung 2 abfließt.
Zwischen der außerhalb der Leiste 5 gelegenen Gleitfläche 8 und dem Teil 4 ist die Lagerspaltweite wesentlich größer als zwischen der Leiste 5 und dem Teil 4. In der im Lagerspalt vorhandenen Schmierflüssigkeit besteht daher dort ein nur geringes Geschwindigkeitsgefälle. Die Schubspannungen sind somit klein, und die Flüssigkeitsreibung an der Gleitfläche 8 ist gering. Größere Schubspannungen treten einzig beim engen Lagerspalt zwischen der Leiste 5 und dem gleitenden Teil 4 auf. Da aber dieser enge Lagerspalt auf einen sehr schmalen Streifen längs des Umfanges des Flüssigkeitspolsters 2 begrenzt ist, fällt auch hier die Reibungskraft nicht ins Gewicht.
Das beschriebene Lager erlaubt daher, im Normalbetrieb geringen Schmiermittelverbrauch zugleich mit geringer Reibungskraft zu erhalten. Trotzdem ist es aber befähigt, auch in Notfällen bei Ausfall des Pumpendruckes zumindest für eine gewisse Zeit einen schadenfreien Betrieb zu gewährleisten. Bei fehlendem Schmierflüssigkeitsdruck läßt sich nämlich durch die Belastung durch den Teil 4 die Leiste 5 unter Zusammendrücken der Membran 9 soweit niederpressen, bis sie mit ihrer Oberkante in die Ebene der Gleitfläche 8 gelangt. Der Spalt zwischen dieser und dem Teil 4 wird kleiner. Die Fläche 8 ist so groß bemessen, daß die Belastung durch den Teil 4 von dieser Fläche ohne Überschreiten der zulässigen spezifischen Flächenpressung aufgenommen werden kann.
Die Ausführungsform gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von jener nach F i g. 1 nur dadurch, daß statt der Membran 9 eine Weichpackung 12 auf der Unterseite des mit der Leiste 5 versehenen beweglichen Stückes in die Vertiefung des Tragkörpers 1 eingesetzt ist.
Gemäß F i g. 3 ist das Flüssigkeitspolster 2 von einer verhältnismäßig schmalen Leiste 131 eines senkrecht zur Gleitfläche 8 beweglichen, als Platte ausgebildeten Stückes 13 umrandet, das in eine entsprechende, ebenfalls mit der Schmierflüssigkeit unter Druck zu beschickende Vertiefung 14 des Tragkörpers 1 eingesetzt ist. Die Schmierflüssigkeit wird durch den Kanal 3 vorerst in die Vertiefung 14 geleitet und gelangt von dort über eine im Stück 13 ausgesparte Öffnung 15 in das Flüssigkeitspolster 2. Durch den Flüssigkeitsdruck wird das ganze Stück 13 soweit angehoben, bis es mit Ansätzen 13= an einem Anschlag anliegt, der durch Balken 17 gebildet wird, welche Bestandteile des Tragkörpers 1 bilden und an ihm mit Schrauben 16 befestigt sind. Die Leiste 131 steht dann um einen kleinen Betrag über die Gleitfläche 8 vor. Die Wirkung ist die gleiche wie bei den Ausführungsformen nach den F i g. 1 und 2.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Lager mit ebenen Gleitflächen. In grundsätzlich gleicher Weise läßt sich die Erfindung aber auch bei Lagern mit gekrümmten Gleitflächen, z. B. Radiallagern einer Spindel, anwenden.

Claims

Patentansprüche: 1. Hydrostatisches Lager für einen gleitenden Teil, mit mindestens einem beweglich in eine Vertiefung eines Tragkörpers eingesetzten Stück, das eine Leiste aufweist, die den Rand eines den gleitenden Teil tragenden, mit der Vertiefung in Verbindung stehenden Druckflüssigkeitspolsters bildet, wobei das in der Vertiefung des Tragkörpers eingesetzte Stück so ausgebildet ist, daß es durch den in der Vertiefung herrschenden Flüssigkeitsdruck gegen den gleitenden Teil bewegtwird,dadurch gekennzeichnet,daß der Tragkörper (1) mit einer dem gleitenden Teil (4) zugekehrten, das bewegliche Stück (5, 51 bzw. 13) umgebenden Gleitfläche (8) versehen ist, die bei tiefster Lage des beweglichen Stückes in der Vertiefung zumindest bündig mit dessen verhältnismäßig schmal gehaltener Leiste (5 bzw. 131) liegt und bei Ausbleiben des Flüssigkeitsdruckes als Notlauffläche für den gleitenden Teil (4) dient, und daß ferner der Tragkörper (1) mit einem Anschlag (6 bzw. 17) versehen ist, an dem das bewegliche .Stück in normaler Betriebs-Lage, also bei über die Notlauffläche vorstehender Leiste, anliegt.
2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsspalt zwischen dem beweglichen Stück (5, 51) und dem Tragkörper (1) mittels einer Membran (9) abgedichtet ist.
3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsspalt zwischen dem beweglichen Stück (5, 51) und dem Tragkörper (1) in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Weichpackung (12) abgedichtet ist.
4. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Stück (5, 51) rahmenförmig ausgebildet ist.
5. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Stück (13) als Platte ausgebildet ist, die in an sich bekannter Weise des Flüssigkeitspolsters eine die Flüssikeitsräume beidseitig der Platte miteinander verbindende Öffnung (15) aufweist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 1032 612, 863 880,33 727.