DE2153989C2 - Hydrostatische oder aerostatische Lageranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische oder aerostatische Lageranordnung zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen mit zusammenwirkenden, durch einen Lagerspalt getrennten Führungsflächen, wobei in einer oder mehreren Führungsflächen des einen Maschinenteils wenigstens zwei mit einem Druckfluid beaufschlagbare, das Lager zentrierende, gegensinnig zusammenwirkende Lagertaschen ausgebildet sind und jeder Lagertasche eine Drossel vorgeschaltet ist, welche durch einen gegenüber dem Lagerspalt an der Lagertasche unter Belastung sich gegensinnig ändernden Lagerspalt zwischen einer druckseitigen, in einer ersten Einsenkung einer Umfangsfläche des einen Maschinenteils mündenden Druckfluidaustrittsöffnung und einer in einer der ersten benachbarten, zweiten Einsenkung der Umfangsfläche liegenden, mit der zugeordneten Lagertasche verbundenen Druckfluideintrittsöffnung gebildet wird.

Bei hydrostatischen Lagern werden normalerweise Drosseln in Form von Kapillarröhren, durch Gewinde erzeugten Kanälen oder Scheiben mit Zwischenspalt verwendet. Daneben gibt es einstellbare Drosseln mit beweglichen Elementen. Ihnen allen ist gemeinsam, daß sie sehr empfindlich gegen Schmutz sind. Außerdem sind sie verhältnismäßig teuer, da sie normalerweise als besondere Komponenten außerhalb des zu lagernden Maschinenelements angebracht sind und oft schwierig herzustellende, lange Kanäle gebohrt werden müssen. Die Lagertaschen von mit solchen Drosseln versehenen hydrostatischen Lagern können mit Zwischenabstand von einer ölrückführnut umgeben sein (DE-OS 17 75 454).

Es ist auch bereits eine Lageranordnung der eingangs genannten Art bekannt (FR-Zusatzpatentschrift 56 050 zur FR-PS 9 94 356), bei welcher mehrere über den Umfang einer Welle verteilte Lagertaschen jeweils an eine Drossel angeschlossen sind, die durch den Lagerspalt auf der diametral gegenüberliegenden Seite gebildet ist

to Da sich der Drosselspalt entgegengesetzt zum Taschenspalt ändert, ergibt sich eine in Abhängigkeit von der Auslenkung der Welle aus der Mittellage geregelte Drosselung und damit eine verbesserte Lagersteifigkeit. Allerdings sind bei der bekannten Lageranordnung außer den gegensinnig zusammenwirkenden Lagertaschen auch die zugehörigen ölrückführnuten und die den Drosselspalt begrenzenden Einsenkungen in Form von axialen Nuten in dieselbe zylindrische Umfangsfläche der Welle eingefräst Dabei ist jede der genannten zweiten Einsenkungen einerseits über eine Bohrung mit einer zugeordneten Lagertasche auf der gegenüberliegenden Seite der Welle verbunden, andererseits aber einer weiteren Lagertasche benachbart, so daß über den Lagerspalt neben der zweiten Einsenkung eine Druckfluidverbindung, d. h. eine bei Auslegung uad Betrieb störende Koppelung zwischen den beiden Lagertaschen besteht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Lageranordnung der eingangs genannten Art mit durch den Lagerspalt gebildeten Drosseln unter Erhalt der prinzipiell guten Lagersteifigkeit die Regelungsvorgänge in den einzelnen Lagertaschen mit jeweils zugeordneten Drosseln gegenseitig zu isolieren.
Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils die zweite Einsenkung die erste Einsenkung mit Zwischenabstand umgibt und jede Lagertasche und zweite Einsenkung einzeln von einer Dichtfläche umgeben ist
Die vorteilhafte Wirkung der neuen Lageranordnung beruht darauf, daß Druckfluid, welches aus einer der ersten Einsenkungen austritt, nicht in eine falsche Richtung strömen kann, sondern immer in die sie umgebende zweite Einsenkung gelangt Selbst wenn es danach über die diese umgebende Dichtfläche hinwegströmt, erreicht es nicht eine ebenfalls von einer Dichtfläche umgebene Lagertasche, sondern nur den irr wesentlichen drucklosen Bereich zwischen den Dichtflächen und wird von dort zur Pumpe zurückgeleitet. Auf diese Weise werden die einzelnen, jeweils aus einer Lagertasche und

so einer zugehörigen, am gelagerten Maschinenteil gegenüberliegenden Lagerspalt-Drossel bestehenden Regelsysteme entkoppelt.

In bevorzugter praktischer Ausführung ist das gelagerte Maschinenteil ein längs einer'Geradführung verfahrbarer Schlitten, in dessen Führungsflächen die gegensinnig zusammenwirkenden Lagertaschen jeweils nahe den zugehörigen Einsenkungen angeordnet sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines parallelepipedischen Maschinenelements mit Lagertaschen in gegenüberliegenden senkrechten Führungsflächen;
Fig.2 einen Längsschnitt durch den vorderen Bereich des Maschinenelements nach F i g. 1;

Fig.3 ein Maschinenelement gleicher Art, wie in F i g. 1 dargestellt, mit Lagertaschen in horizontalen Führungsflächen;

F i g. 4 ein im Querschnitt rechteckiges Maschinenelement mit Lagertaschen in allen vier Seitenflächen;

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht einer längs einer Geradführung verfahrbaren Schlittens mit daran als Führungslinealen befestigten Maschinenelementen der in F i g. 1 bis 4 gezeigten Art;

F i g. 6 ein Detail aus F i g. 5 in größerem Maßstab;

F i g. 7 einen im wesentlichen zylindrischen Körper, bei dem Lagertaschen und Drosselspalte begrenzende Einsenkungen über den Umfang verteilt sind;

F i g. 8 eine schematische Darstellung der zu den über einen Umkreis verteilten Lagertaschen und Drosseln nach F i g. 7 gehörenden Kanäle.

In F i g. 1 und 2 ist ein langgestrecktes parallelepipedisches Maschinenelement 1 gezeigt, das normalerweise als Lineal bezeichnet wird. In seinen beiden senkrechten Wänden 2 und 3 ist es mit vier Lagertaschen 4,5 und 6 versehen. Die vierte Lagertasche ist nicht gezeigt Sie liegt der Lagertasche 5 gegenüber und wirkt mit dieser ebenso zusammen wie die Lagertaschen 4 und 6. Jede der Lagertaschen ist von einer ebenen, gegenüber den Wänden 2 und 3 erhöhten Dichtfläche 7,8 bzw. 9 umgeben und wirkt mit einer senkrechten Wand in einer Führungsnut für das Maschinenelement 1 zusammen. Jede der Lagertaschen hat eine Zulauf öffnung 10 bzw. 11. Links von der Lagertasche 4 und rechts von der Lagertasche 5 befindet sich jeweils eine Drosselanordnung 12 bzw. 13. In gleicher Weise ist auch neben der Lagertasche 6 und der vierten, nicht gezeigten Lagertasche eine derartige Drosselanordnung 14 vorhanden. Jede Drosselanordnung weist eine erste Einsenkung 15 bzw. 16 bzw. 17 auf, die jeweils von einem Drosselsteg 17/4 bzw. 18 bzw. 19 umgeben ist. Die ebene Oberfläche der Drosselstege liegt jeweils in der gleichen Ebene wie die die benachbarte Lagertasche umgebende Dichtfläche. Jeder Drosselsteg wiederum ist von einer zweiten .Einsenkung 20 bzw. 21 bzw. 22 umgeben und diese schließlich jeweils von einer Dichtfläche 29 bzw. 30 bzw. 31. Die zuletzt genannten Dichtflächen liegen in der gleichen Ebene wie die Oberflächen der Drosselstege.

Das Maschinenelement 1 ist an eine Öl-Zufuhrleitung

32 angeschlossen. Sie ist mit einem verzweigten Kanal

33 verbunden, der eine Druckfluidaustrittsöffnung 26 in der Einsenkung 15 und eine weitere Austrittsöffnung 28 in der Einsenkung 17 hat. Die zweiten Einsenkungen sämtlicher Drosselanordnungen haben jeweils eine Druckfluideintrittsöffnung 23 bzw. 24 bzw. 2"5, die jeweils über einen Kanal — gezeigt sind zwei Kanäle 34 und 35 — mit der Zulauföffnung 10 der jeweils gegenüberliegenden Lagertasche in Verbindung steht. Entsprechende Kanäle verbinden auch die am rechten Ende des Maschinenelements vorgesehenen Drosselanordnungen und jeweils gegenüberliegenden Lagertaschen, wobei das Drucköl dort über eine Leitung 36 zugeführt wird.

Wenn man ein langgestrecktes Maschinenelement gemäß F i g. 1 und 2 zwischen zwei senkrechten Führungsflächen führt, funktioniert die hydrostatische Lagerung wie folgt: das über die Leitung 32 zugeführte Druckfluid gelangt zunächst in die Einsenkungen 15 bzw. 17. Ist das Maschinenelemet zwischen den senkrechten Führungsflächen genau zentriert, strömt dieselbe Menge öl mit gleichem Druck durch die Austrittsöffnungen 26 und 28 aus. Da die Verhältnisse bei allen Drosselanordnungen gleich sind, genügt die Beschreibung der Vorgänge an einer Drosselstelle. Das durch die Austrittsöffnung 26 in die erste Einsenkung 15 der Drosselanordnung 12 einströmende Druckfluid fließt danach durch den Spalt zwischen dem Drosselsteg 17Λ und der mit diesem zusammenwirkenden senkrechten Führungsfläche in die zweite Einsenkung 20. Von dort strömt ein kleinerer Teil als Lecköl über die Dichtfläche 29 und der Rest des Druckfluids durch die Eintrittsöffnung 23 und den Kanal 35 in die Lagertasche 6, um dort ein sich an der Führungsfläche abstützendes Druckfluidkissen auszubilden. Wird das Maschinenelement 1 aus der Mittellage ausgelenkt, so daß der Drosselspalt zwischen dem Drosselsteg 17/4 und der gegenüberliegenden Führungsfläche kleiner ist als die entsprechende Spaltweite der Drosselanordnung 14, findet am Drosselsteg 17/4 eine stärkere Drosselung statt, was zu einem niedrigeren Druck im Kanal 35 und damit in der Lagertasche 6 führt, während der Druckfluidstrom in der Drosselanordnung 14 weniger gedrosselt und dadurch in der Lagertasche 4 der Druck erhöht wird. Durch diese gegensinnigen Druckveränderungen auf den gegenüberliegenden Seiten wird das Maschinenelement 1 in seine Mittellage zurückgestellt, wenn die vom Druck in den Lagertaschen 4 und 6 ausgeübten Kräfte größer sind als die Druckkräfte der Drosselanordnungen. In gleicher Weise wirken am anderen Ende des Maschinenelements die Lagertasche 5 und die Drosselanordnung 13 mit der nicht gezeigten gegenüberliegenden Lagertasche und Drosselanordnung zusammen. Selbstverständlich können längs eines Maschinenelements auch mehr als zwei Paare von Lagertaschen und Drosselanordnungen angeordnet werden.

Fig.3 zeigt ein Maschinenelement Γ der gleichen Art wie gemäß Fig. 1 und 2. Der Unterschied besteht darin, daß es zwischen zwei horizontalen Führungsflächen geführt werden soll und deshalb die Lagertaschen und Drosselanordnungen in der oberen Fläche 37 und der unteren Fläche 38 ausgebildet sind. Die drei dargestellten Lagertaschen sind mit 39,40,43, die Drosselanordnungen mit 41, 42 und 44 und die Kanäle mit 45, 46 und 47 bezeichnet. Die Funktionsweise der hydrostatischen Lagerung ist dieselbe wie gemäß F i g. 1 und 2.

Das in Fig.4 gezeigte Maschinenelement 1" wird bestimmungsgemäß zwischen vier Führungsflächen geführt. Es stellt eine Kombination der Ausführungen nach F i g. 1 und 3 dar. Die Druckfluid-Zufuhrleitung 32" ist an eine Bohrung 33" im Maschinenelement angeschlossen, welche die beiden gezeigten Drosselanordnungen 12" und 41" sowie die beiden diesen gegenüberliegenden Drosselanordnungen mit Druckmittel versorgt. Rechts von den Drosselanordnungen sind vier Lagertaschen angeordnet, von denen die beiden gezeigten mit 4" und 39" bezeichnet sind. Sie sind mit den Lagertaschen wiederum jeweils über Kanäle — bezeichnet sind Kanäle 46" und 47" — verbunden. Weitere vier Lagertaschen 5" und 40" sowie vier Drosselanordnungen 13" und 42" befinden sich am rechten Ende des Maschinenelements. Dort erfolgt die Druckmittelzufuhr über eine Leitung 36". Die zu den Lagertaschen führenden Kanäle 34", 46" und 47" sowie die entsprechenden übrigen Kanäle stehen untereinander nicht in Verbindung.

Fig.5 zeigt ein Konstruktionsbeispiel mit Maschinenelementen der vorstehend beschriebenen Art. Sie sind dort am Schlitten 48 einer Werkzeugmaschine befestigt. Auf dem Schlitten könnte z. B. der Revolverkopf einer Revolverdrehbank angebracht sein. Auf seiner Unterseite ist der Schlitten 48 mit zwei sich in Längsrichtung erstreckenden Rippen 49 und 50 ausgebildet. Die hier mit 51 und 52 bezeichneten Maschinenelemente für die hydrostatische Lagerung sind an der Untersei-

te der Rippen 49 und 50 befestigt und laufen jeweils in einer vierwandigen Führungsnut 53 bzw. 54. Die hydrostatischen Lagertaschen und zugehörigen Drosselanordnungen an der Ober- und Unterseite der Maschinenelemente 51 und 52 funktionieren in gleicher Weise, wie im Zusammenhang mit F i g. 3 beschrieben. Die Führung der Maschinenelemente 51 und 52 in horizontaler Ebene erfolgt ebenso wie gemäß F i g. 1. Die genannten Führungsnuten 53 und 54 sind in einem Maschinenbett SS angeordnet.

F i g. 7 zeigt einen im wesentlichen zylindrischen Körper, der in zwei axial nebeneinander liegenden Längenbereichen 57 und 58 jeweils mit drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Lagertaschen und jeweils dazwischen ausgebildeten Drosselanordnungen versehen ist is Im rechten Längenbereich 57 ist eine Drosselanordnung mit 59 bezeichnet Am Umfang daneben befinden sich zwei Lagertaschen 60 und 61. in dem anderen Längenbereich 58 sind zwei Drosselanordnungen 62 und 63 sowie eine Lagertasche 64 gezeigt Die Drosselanordnung 59 besteht aus einer ersten Einsenkung 65, einem Drosselsteg 66, einer zweiten Einsenkung 67, die mit einer Druckfluideintrittsöffnung versehen ist, und einer umgebenden Dichtfläche 67 A Die erste Einsenkung 65 enthält eine Druckfluidaustrittsöffnung. Die beiden Lagertaschen 60 und 61 haben jeweils eine Zulauföffnung 68 bzw. 69. In entsprechender Weise hat die Drosselanordnung 62 eine erste Einsenkung 70 mit Druckfluidaustrittsöffnung, einen Drosselsteg 71, eine zweite Einsenkung 72 mit Druckfluideintrittsöffnung und eine erhöhte Dichtfläche 72A Die Lagertasche 64 hat eine Zulauföffnung 73.

F i g. 8 zeigt die zu den Lagertaschen und Drosselanordnungen des Längenbereichs 57 gehörenden Kanäle. Das über die Zufuhrleitung 74 einströmende Druckfluid verteilt sich auf drei Kanäle 75,76 und 77. Der Kanal 75 mündet in der gezeigten ersten Einsenkung 65. Der Kanal 76 mündet in der ersten Einsenkung derjenigen Drosselanordnung, welche der Lagertasche 61 diametral gegenüberliegt, während der Kanal 77 in der ersten Einsenkung derjenigen Drosselanordnung mündet, die der Lagertasche 60 diametral gegenüberliegt Die in F i g. 7 gezeigte zweite Einsenkung 67 steht über einen Kanal 78 mit einer diametral gegenüberliegenden Lagertasche in Verbindung. Die entsprechenden, mit den Zulauföffnungen 68 und 69 verbundenen und ebenso bezeichneten Kanäle gehen von den zweiten Einsenkungen der den Lagertaschen 60 bzw. 61 diametral gegenüberliegenden Drosselanordnungen aus.

Der vorstehenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele ist zu entnehmen, daß sich jeweils eine Drosselanordnung nahe einer Lagertasche befindet, und diese beiden wirken jeweils mit einer anderen Lagertasche und Drosselanordnung in Querschaltung zusammen. Es versteht sich, daß die Lagertaschen und Drosselanordnungen nicht, wie gezeigt im beweglichen Maschinenelement sondern stattdessen auch in dem dieses führenden Maschinenteil ausgebildet sein könnten, wobei dann das bewegliche Maschinenelement glatte Flächen haben würde.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydrostatische oder aerostatische Lageranordnung zwischen zwei reltiv zueinander beweglichen Maschinenteilen mit zusammenwirkenden, durch einen Lagerspalt getrennten Führungsflächen, wobei in einer oder mehreren Führungsflächen des einen Maschinenteils wenigstens zwei mit einem Druckfluid beaufschlagbare, das Lager zentrierende, gegensinnig zusammenwirkende Lagertaschen ausgebildet sind und jeder Lagertasche eine Drossel vorgeschaltet ist, welche durch einen gegenüber dem Lagerspalt an der Lagertasche unter Belastung sich gegensinnig ändernden Lagerspalt zwischen einer druckseitigen, in einer ersten Einsenkung einer Umfangsfläche des einen Maschinenteils mündenden Druckfluidaustrittsöffnung und einer in einer der ersten benachbarten, zweiten Einsenkung der Umfangsfläche liegenden, mit der zugeordneten Lagertasche verbundenen Druckfluideintrittsöffnung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einsenkung (20, 21, 22; 67, 72) die erste Einsenkung (15,16,17; 65, 70) mit Zwischenabstand umgibt und jede Lagertasche (4,5,6; 39,40,43; 60,61, 64) und zweite Einsenkung (20,21,22; 67,72) einzeln von einer Dichtfläche (7, 8; 29, 30, 31; 67A 72A) umgeben ist

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gelagerte Maschinenteil ein längs einer Geradführung verfahrbarer Schlitten ist, in dessen Führungsflächen (2,3,37,38) die gegensinnig zusammenwirkenden Lagertaschen (4, 6,39, 43) jeweils nahe den zugehörigen Einsenkungen (17,20) angeordnet sind.