DE2124797A1 - Hydrostatisches Lager - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dr. Ing. H. NegencJank

Dipl. Ing. H. Hayek 9 19/ 7 Q Dipl. Phys. W. Schmitz L \ L . I* I

2 Hamburg 30 Neuer Wall 41

18, Mai 1971

BESCHREIBUNG zur Patentanmeldung der Firma AB UVA, Stockholm-Bromma, Schweden

betreffend:
"Hydrostatisches Lager"

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Lager. Hydrostatische Lager kommen in vielen Fällen von Relativbewegung zwischen miteinander zusammenarbeitenden Maschinenteilen, beispielsweise einer Welle und einem Lagergehäuse oder einem Maschinentisch und einem Gestell, zur Anwendung. Die hauptsächlichen Vorteile bei derartigen Lagern sind, dass sie metallische Berührung und damit ruhende Reibung zwischen den betreffenden Maschinenteilen beseitigen, bei Bewegungen zwischen den Maschinenteilen kleine Reibungskräfte verursachen und praktisch genommen allen Verschleiss zwischen den Lagerflächen ausschalten.

Der vorherrschende Typ von hydrostatischen Lagern besteht in seiner einfachsten Form ausser dem eigentlichen Lagerelement aus einer Quelle für flüssiges Druckmittel und einem

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Drosselglied. Von den beiden Flächen des Lagers ist die eine mit einer Mehrzahl von Taschen versehen, die jede seitlich von Erhöhungen, die nachstehend als Rippen bezeichnet werden, begrenzt sind. Eine solche Vorrichtung arbeitet grundsätzlich so, dass Druckmittel zu den Taschen im Lager gepumpt wird, aus dem es durch die Spalten ausleckt, die zwischen einerseits den Rippen auf der einen Lagerfläche und andererseits der anderen Lagerfläche gebildet werden. Nachdem das Druckmittel durch die Spalten hindurchgegangen ist, wird es gesammelt und zu einem Druckmittelvorrat geleitet. Die Weite der Spalten und damit der von ihnen dem Mittel gebotene Drosselwiderstand wechselt mit dem Abstand zwischen den Lagerflächen. Die Lagerflächen stellen sich automatisch in ihrem Abstand voneinander so ein, dass der in der Tasche auf Grund des genannten Drosselwiderstandes in der Tasche entstehende Druck zu jedem Zeitpunkt der äusseren, auf die Lagerelemente einwirkenden Belastung entspricht, d.h. so, dass sich das P gelagerte Element in Gleichgewicht befindet. Der höchste Druck in der Tasche, der dem Fall einer Spaltweite gleich Null entspricht, ist auf den Pumpdruck begrenzt, und dieser höchste Pumpdruck entspricht seinerseits einer Höchstbelastung, die von der Oberfläche der Tasche und dem Pumpdruck bestimmt wird»

Das Druckmittel wird der einzelnen Tasche über eine Primärdrosselung zugeführt, und hierdurch wird der Druck in der Tasche, vorausgesetzt, dass der Pumpdruck nicht allzu stark

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wechselt» völlig von der Spaltweite bestimmt. In vielen Fällen ist die Tragfähigkeit des Lagers von wesentlichen Bedeutung. Bei Werkzeugmaschinen ist die sog. Steifheit von ausschlaggebender Bedeutung. Mit Steifheit ist allgemein die Verschiebung gemeint, die man zwischen den Lagerflächen für eine bestimmte Kraft oder durch eine Bestimmte Belastung erhält. Je grosser die Kraft oder Belastung ist, die erforderlich ist, um den Spalt um eine Längeneinheit, beispielsweise l/i, zu verkleinern, desto steifer ist das System und damit die Maschine. Diese Steifheit wird oft als die statische Steifheit bezeichnet, und sie wird dadurch bestimmt, dass die Maschine belastet und die Spaltverkleinerung nach einer bestimmten Zeit gemessen wird. Die Verschiebung der Lagerflächen gegeneinander, d.h. die Verkleinerung des an die Tasche angrenzenden Leckspaltes, geht jedoch nicht kontinuierlich vonstatten, sondern mit einer gewissen Überschussbewegung zu einem geringsten Spaltabstand, während welcher der Druck in dem Spalt so aufgebaut wird, dass die Lagerflächen in Abhängigkeit von diesem Druck bis zum Erreichen eines ausgeglichenen Zustande wieder voneinander weggeschoben werden. Diese Uberschussbewegung bringt grosse Probleme vom dynamischen Gesichtspunkt aus mit sich, weil die Uberschussbewegung als solche bei Werkzeugmaschinen erhebliche Ungelegenheiten bedeutet. Man hat versucht, statisch steife hydrostatische Lager durch Verwendung von Reglersystemen zu schaffen, die die Durchströmfläche bei dem Drosselglied zwischen der Tasche

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und der Pumpe in Abhängigkeit von einer auftretenden Drucksteigerung verändern, wodurch die Ausströmung durch den Spalt schnell durch vergrösserten Ausfluss durch das Drosselglied ausgeglichen wird. Derartige Reglersysteme sind jedoch kostspielig und schwer zu konstruieren und wirken sich in der Regel in einer Verschlechterung der dynamischen Steifheit aus.

Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, ein hydrostatisches Lager zu schaffen, das ohne Reglersystem eine sehr gute dynamische Schnelligkeit besitzt, und diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, dass jede der Druckmitteltaschen in der einen Lagerfläche in mehrere Teiltaschen mit. einander zugekehrten Seitenkanten aufgeteilt ist, wobei diesen Teiltaschen Druckmittel über Druckmittelspeisekanäle von einer an das für sie gemeinsame Drosselglied angeschlossenen Druckmittelleitung zugeführt wird, dass jede Teiltasche von einer mit der gegenüberliegenden Lagerfläche zusammenarbeitenden Drosselrippe umgeben ist und dass zwischen ' einander benachbarten Rippenteilen an den betreffenden Teiltaschen eine Abzugsrinne vorgesehen ist. Hierbei sind die Teiltaschen vorzugsweise rechteckig und gleich gross und einander mit den Längsseiten zugeordnet.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in vereinfachter Darstellung ein hydrostatisches Lager bekannter Bauart,

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Fig. 2 die Lagerfläche mit der Tasche bei dem Lager nach der Fig. 1 und

Fig. 3 ebenfalls in vereinfachter Darstellung eine Tasche nach der Erfindung.

In der Fig. 1 ist eine Einzelheit bei einem bekannten hydrostatischen Lager in Querschnitt gezeigt. Eine Lagerfläche 2 die eben oder beispielsweise zylindrisch geformt und auf einem Maschinenbett 1 oder einer Welle ausgebildet sein kann, arbeitet mit einem Lager 3 zusammen, das eine Lagerfläche 4 und eine Druckmitteltasche 5 aufweist, Dieser Lagerteil 3 kann auf einem Schlitten o. dgl. ausgebildet sein, der gegenüber der Lagerfläche 2 verschiebbar ist oder als ein Lager, das eine Welle umgibt. Die Tasche 5, die hier in viereckiger Ausführung gezeigt ist, ist völlig von einer aus der Lagerfläche 4 herausragenden Rippe 6 mit rechteckigem Querschnitt umgeben. Der Druckmitteltasche 5 wird Druckmittel durch einen Kanal 7 zugeführt, der an eine Leitung 8 angeschlossen ist, in der ein Drosselglied vorgesehen ist und die an eine hier nicht dargestellte Druckmittelpumpe angeschlossen ist.

Wenn der Tasche 5 Druckmittel zugeführt wird, wird, wenn sich die der Lagerfläche 2 zugekehrte Oberfläche 10 der Rippe gegen die Fläche 2 anlegt, der Druck in der Tasche gleich dem Ausgangsdruck P_n der Pumpe werden. Hierdurch wird zwischen der Lagerfläche 2 und der Tasche eine Kraft erzeugt, die dem Druck P_Q multipliziert mit der Fläche der Tasche gleich ist. Voraus-

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gesetzt, dass die Belastungskraft, die die Fläche 2 gegen die Oberfläche 10 presst, kleiner ist als die Druckkraft in der Tasche 5, wird sich daher der Lagerteil 3 von dem gelagerten Teil 1 abheben und dadurch ein Drosselspalt 11 zwischen der Oberfläche 10 und der Fläche 2 entstehen, durch den Druckmittel austritt, bis zwischen den beiden Kräften Gleichgewicht erreicht ist.

Da das Drosselglied 9 eine gleichblexbende Durchströmfläche hat, wird der Druck in der Tasche in dem in der Fig. 1 veranschaulichten ruhenden Zustand von dem um die Tasche herum gebildeten Spalt 11 bestimmt, dessen einzige Veränderliche die Spaltweite h_Q ist. Um die erforderliche dynamische Steifheit zu schaffen, die wie bereits hervorgehoben, bei Werkzeugmaschinen von grösster Bedeutung ist, muss bei einem vorkommenden Stoss oder einer schnell sich geltend machenden Belastung und der hierdurch bewirkten Verkleinerung der Spaltweite h_n die Vorrichtung so ausgestaltet sein, dass die Verkleinerung W von h_Q annähernd 0 wird, was seinerseits bedeutet, dass die Veränderung des Ausflusses durch den Spalt 11, der durch die Verkleinerung von h_n hervorgerufen wird, schnell ausgeglichen oder ganz verhindert wird. Diese Wirkung liesse sich dadurch erzielen, dass man die Spaltweite sehr klein, beispielsweise in der Grössenordnung von 5 μ macht; dies setzt aber eine Bearbeitung der Lagerflächen voraus, die in der Praxis undurchführbar ist 3 und macht ferner so kleine Spaltweiten und eine so kleine Durchströmfläche bei dem Drosselglied 9 voraus, dass

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dieses leicht durch Verunreinigungen in der üblichen Druckmittelflüssigkeit, öl, verstopft werden würde oder dass sich ölmoleküle durch elektrostatische Aufladung an den Wänden der Drosselung festsetzen, wodurch die Durchströmfläche ihre konstante Grosse einbüssen würde.

Eine Möglichkeit, bei bekannten hydrostatischen Lagern der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Bauart die erforderliche dynamische Steifheit zu schaffen, besteht somit deswegen nicht, weil das Drosselglied eine so grosse Druchströmflache haben muss, dass die Gefahr einer Verstopfung ausgeschlossen ist, was seinerseits mit sich bringt, dass bei einem gegebenen Umkreis der Tasche die Spaltweite h_Q so gross gemacht werden muss, dass man bei einer auftretenden Stossbelastung eine bei Werkzeugmaschinen störende Verkleinerung der Spaltweite h~ nicht verhindern kann.

Dieses Problem findet nun seine vollkommene Lösung durch die Erfindung, die es ermöglicht, eine Tasche in demselben Gebiet der Lagerfläche unterzubringen, die einen Gesamtaussenrand hat, der ein Vielfaches des Aussenrandes der üblichen Tasche darstellt und es somit möglich macht, dass eine grosse Strömung bei geringer Spaltweite und mit grosser Durchströmfläche bei dem Drosselglied 9 zugelassen werden kann. Die Erfindung ist in vereinfachter Darstellung in der Fig. 3 veranschaulicht, die die Lagerfläche des Lagerteils 3 mit der neuen Tasche veranschaulicht. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, ist die Tasche

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der Fig. 2 in mehrere Teiltaschen, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vier Tailtaschen 5a, 5b, 5c und 5d, aufgeteilt. Jede Teiltasche ist von einer Rippe 6 desselben Typs, wie in der Fig. 1 gezeigt, umgeben, und zwischen den benachbarten Teiltäschen, die hier mit rechteckiger Form mit den Langseiten einander zugeordnet gezeigt sind, ist eine Abzugsrinne 12 vorgesehen, zu der durch die nebeneinander gelegenen Spaltteile 11 strömendes Druckmittel fliesst und zu einem hier nicht gezeigten Sammelbehälter austritt. Jede Teiltasche ist über einen zugehörigen Speisekanal 7a, 7b, 7c bzw. 7d über die Leitung 8 an das für alle Teiltaschen gemeinsame Drosselglied 9 angeschlossen. Da die in der Fig. 3 gezeigte Tasche eine Gesamtspaltenlänge besitzt, die etwa 2,5 mal grosser ist als die Spaltenlänge bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, lässt sich offensichtlich bei unverändert grosser Durchströmfläche beim Drosselglied 9 die Spaltweite h_Q erheblich verkleinern, ohne dass der Durchfluss vermindert wird, und dies ermöglicht einen sehr schnellen Ersatz der bei Stossbelastung durch die Spalten 11 ausströmenden Flüssigkeitsmenge, was seinerseits hohe dynamische Steifheit bedeutet.

Durch die Erfindung ist also ein hydrostatisches Lager geschaffen worden, bei dem jede einzelne Tasche nicht mehr Platz beansprucht als eine übliche Tasche und trotzdem einen starken Druckmittelfluss durch das Drosselglied 9 bei geringstmöglicher Spaltweite h„ erlaubt, d.h. ein hydrostatisches Lager mit ausserordentlich hoher dynamischer Steifheit ohne nennenswerte Verringerung der Tragfähigkeit des Lagers.

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In der Fig. 3 ist nur eine in Teiltaschen unterteile Tasche 5 gezeigt. In der praktischen Ausführung ist der Lagerteil 3 in an sich bekannter Weise mit einer Mehrzahl, und zwar mindestens drei und gewöhnlich vier derartigen Taschen versehen, um die bei der Lagerung des Lagerteils erforderliche Ausbalancierung zu schaffen.

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Claims (2)

1. 212A797

   Patentansprüche

   I.) Hydrostatisches Lager mit einem gelagerten Teil (1) mit einer ersten Lagerfläche (2), die gegenüber einer auf einem Lagerteil (3) ausgebildeten zweiten Lagerfläche (¹O beweglich ist, wobei dieser Lagerteil (3) mehrere voneinander getrennte Druckmitteltaschen (5) zum Ausgleich von im Lager auftretenden Belastungen aufweist, von denen jede für sich über ein Drosselglied (9) an eine Quelle für flüssiges Druckmittel angeschlossen und von einem Drosselspalt (11) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet , dass jede Druckmitteltasche (5) in der zweiten Lagerfläche (4) in eine Mehrzahl von Teiltaschen (5a, 5b, 5c, 5d) mit einander zugekehrten Seitenkanten aufgeteilt ist, wobei diesen Teiltaschen über Druckmittelspeisekanäle (7a, 7b, 7c, 7d) Druckmittel von einer an das gemeinsame Drosselglied (9) angeschlossenen Druckmittelleitung (8) zugeführt wird, dass jede Teiltasche von einer mit dem gegenüberliegenden Lagerfläche (2) zusammenarbeitenden ) Drosselrippe (6) umgeben ist und dass zwischen einander benachbarten Rippenteilen an den betreffenden Teiltaschen eine Abzugsrinne (12) vorgesehen ist.
2. 2. Hydrostatisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Teiltaschen rechteckig und gleich gross und mit einander den Langseiten zugeordnet sind.

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