DE2251062A1 - Selbstschmierendes hydrostatisches lager - Google Patents

Description

Selbstschmierendes hydrostatisches Lager

Die Erfindung betrifft Lager zum Aufnehmen einer Belastung, die ein mit hoher Geschwindigkeit bewegtes Teil auf ein feststehendes Teil (oder umgekehrt) ausübt.

Es ist bekannt, zum Aufnehmen von Kräften, die ein feststehender Körper auf einen in Drehung oder in Fortschreitbewegung befindlichen Körper ausübt, Lager mit in Rollbewegung versetzbaren Körpern zu verwenden, beispielsweise Kugellager, Rollenlager, Nadellager.

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Diese Lager können nicht allgemein angewendet werden, denn die Wälzkörper üben auf die Laufflächen, deren metallurgische und Verschleißeigenschaften sehr genau eingehalten werden müssen, erhebliche Beanspruchungen aus« Im allgemeinen müssen daher zwischen die in gegenseitiger Bewegung befindlichen festen Körper Ringe gebracht werden, zwischen denen die Wälzkörper laufen· Ein bekanntes Beispiel stellen die Werkzeugmaschinen dar5, wegen der Mannigfaltigkeit der Teile der Lager ist es sehr schwierig, mit Wälzlagern ausgestattete Spindeln'herzustellen, die hohe Präzision und sehr gute Oberflächenbeschaffenheit liefern.

In anderen Fällen ist es absolut unmöglich, Wälzlager zu verwenden, weil diese keine ausreichende Lebensdauer aufweisen· Als bekanntes Beispiel seien Hydropumpen mit umlaufendem Zylinderblock angeführt, bei denen die Anwendung von Wälzlagern zum Aufnehmen der von der Antriebswelle übertragenen axialen und radialen Kräfte durch die Kolben zu erheblichen Einschränkungen hinsichtlich Drehzahl und/oder Druck führen·

Es ist ferner bekannt, zylindrische Gleitlager mit hydrodynamischer Schmierung anzuwenden. Derartige Lager werden im allgemeinen für hohe Gleitgeschwindigkeiten benutzt, aber ihr Lagerspiel im Betrieb muß ziemlich groß gewählt werden (man rechnet im allgemeinen mit 1/1000 Durchmesser als Spiel in radialer Richtung). Unter diesen Umständen läßt sich nur eine ziemlich massige Zentrierung erzielen, und die Festigkeit des Lagers ist gering. Ausserdem ist der Energieverlust ziemlich groß und die Beanspruchung ist hoch, selbst wenn nicht das Abscheren des Ölfilms die Ursache ist.

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Ferner werden Lager mit Ausbuchtungen verwendet, die ausgeführt sind als Lagerbüchse mit radialen Stegen, an denen das Spiel zwischen der umlaufenden Welle und der Büchse sehr gering ist, während zwischen den Stegen das Spiel zunimmt. Derartige Lager werden bei Werkzeugmaschinen eingesetzt und arbeiten mit viel geringerem Spiel als die kreiszylindrischen Lager. Oftmals wird eine Möglichkeit zur Spielverstellung vorgesehen (durch Deformation), um nach einer auf Verschleiß zurückzuführenden Vergrösserung des Spiels eine brauchbare Lagerbüchsenform zu erhalten. Die in solchen Lagern vernichtete Energie kann bei hoher Drehgeschwindigkeit erheblich werden.

Bei allen derartigen Lagern muß die Schmiermittelzuführung ständig überwacht werden, denn bei einem Fehler in der Schmierung erfolgt schnelle, wenn nicht sofortige Zerstörung des Lagers.

Ferner sind sogenannte "hydrostatische" Lager bekanntj bei denen die Lage des umlaufenden Teils gegenüber dem feststehenden Teil unabhängig von der Drehzahl des umlaufenden Teils ist, gleichgültig unter welchen Bedingungen das Lager arbeitet, und wenn die Maximalbelastung nicht erreicht ist, findet keine Berührung zwischen dem umlaufenden und dem feststehenden Teil statt. Das läßt sich erreichen, wenn in dem feststehenden Lagerteil mindestens eine Ausnehmung der Kammer von verhältnismässig grosser Tiefe angebracht wird, die durch Dichtungsflächen begrenzt wird, denen gegenüber das umlaufende Teil nur geringes Spiel aufweist.

Alle Kammern werden einzeln durch Beschickungsöffnungen mit Druckflüssigkeit versehen. Man kann zeigen, daß der in diesen Kammern herrschende Druck eine abnehmende Funktion

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der Dicke des Ölfilms zwischen dem umlaufenden Teil und den Dichtungsflächen der Kammern ist. Obwohl dieses Lager bestimmte wesentliche Vorteile gegenüber anderen Lagerarten besitzt, sieht sich der Techniker einer Anzahl praktischer Schwierigkeiten gegenüber:

- man muß eine Gruppe unabhängiger Pumpen vorsehen, die mit Rohrleitungen an alle zu versorgenden Lager angeschlossen sind;

- die mangelnde Betriebssicherheit von Lagern, die mit einer einzigen Pumpengruppe arbeiten, macht es manchmal erforderlich, zwei Gruppen von Pumpen einzurichten;

- um einen Lagerdefekt zu vermeiden, muß ein Reservevorrat der verwendeten Druckflüssigkeit vorhanden sein, so lange die umlaufenden Teile nicht zur Ruhe gekommen sind;

- die Beschickungsöffnungen der Kammern in den Lagern können sich verstopfen, wenn sie als Kanäle mit kleiner Querschnittsfläche ausgebildet sind·

Ferner sind hydrostatische Lager bekannt, bei denen der Speisedruck von einer Viskositätspumpe geliefert wird, die zwischen zwei in Relativbewegung zueinander befindlichen Lagerelementen gebildet wird. Diese Pumpe wird durch flache Nuten gebildet, die eine Kammer umgeben, in der sich der Druck aufbaut. Diese Lager sollen Belastungen aufnehmen können, da ihre Steifigkeit im allgemeinen aber gering ist, können sie keine verhältnismässig genaue Lagebeziehung zwischen den beiden Lagerteilen herstellen.

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Lager mit je

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einem feststehenden und einem beweglichen Element,, deren-Tragfähigkeit auf dem statischen Druck eines fließfähigen Mediums (Fluid) beruht, das mindestens eine in dem feststehenden Lagerelement angebrachte und einerseits durch das bewegliche Lagerelement und andererseits durch Dichtungsflächen geringer Breite begrenzte Nut erfüllt. Diese Flächen begrenzen Leckverluste zwischen der Kammer, die druckbeaufschlagt ist, und dem Aussenraum und stellen somit eine Einschnürung dar, die sich mit dem Abstand ändert, der das bewegliche von dem feststehenden Lagerelement trennt; da das Lager sich selbst versorgt, werden keine äusseren Speisepumpen benötigt. Ein solches Lager weist keine Beschickungsöffnung oder die Einspeisungsmenge begrenzende Einrichtung auf. "

Das erfindungsgemässe Lager weist ein erstes und ein zweites Flächenelement auf, die derart in Relativbewegung zueinander stehen, daß die Relativgeschwindigkeit der beiden Elemente in jedem Punkt tangential zu dem ersten Flächenelement verläuft. ^:

Das zweite Flächenelement weist eine Kammer auf, deren Öffnung von einer Dichtungsfläche umgeben ist. Die beiden Flächenelemente sind ausserdem durch ein Spiel voneinander getrennt, das gering gegenüber der Tiefe der Kammer ist· In diesem Lager sind die Kräfte zwischen den genannten Flächenelementen durch den Druck eines Fluids ausgeglichen/ das die genannte Kammer derart erfüllt, daß keine Berührung zwischen den genannten Flächen stattfindet.

Dieses Lager ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer durch eine in Richtung der Relativbewegung zwischen den beiden Flächenelementen angeordnete Nut versorgt wird

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(das andere Ende der Nut ist vorzugsweise an eine unter niedrigem Druck stehende Fluidquelle angeschlossen) und daß die Nut gegenüber der Kammer geringe Weite und geringe Tiefe hat und in das zweite Flächenelement eingelassen und seitlich durch Dichtungsflächen begrenzt ist, die zu dem zweiten Flächenelement gehören, wobei die Abmessungen der Kammer, der Nut und ihrer Dichtungsflächen so gewählt sind, daß einer Änderung des die beiden Flächenelemente trennenden Abstands eine definierte Änderung des in der Kammer herrschenden Drucks und infolgedessen, einer vorgegebenen Steifheit des Lagers entspricht.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines AusführungsbeispieIs des Lagers an Hand der Zeichnungen, die folgendes darstellen:

Fig. 1 eine schematische Skizze von zwei in relativer gegenseitiger Bewegung befindlichen und durch einen fluiderfüllten Zwischenraum voneinander getrennten Flächenelementen ;

Fig. 2 eine schematische Skizze der gleichen beiden Flächenelemente, durch Dichtungsflächen begrenzt;

Fig. 3 eine Schemazeichnung eines erfindungsgemässen hydrostatischen Lägers;

Fig. k_t 5, 6 Querschnitte durch die Anordnung nach den Fig. 1, 2, 3;

Fig. 7 einen Teil einer Draufsicht auf das Lager nach Fig. 3;

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Fig. 8 ein Kennliniendiagramm des hydrostatischen Lagers nach Fig. 3;

Fig. 9 einen Schnitt durch ein erfxndungsgemässes, jedoch gegenüber der Ausführung nach Fig. 3 abgeändertes hydrostatisches Lager;

Fig. 10 einen Längsschnitt durch eine mit erfindungsgemässen hydrostatischen Lagern ausgestattete Werkzeugmaschinenspindel; ■

Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI in Fig„ 10;

Fig. 12 eine Detailansicht in Richtung des Pfeils f in Fig. 11;

Fig. 13 einen Schnitt durch eine Pumpe zur Rückgewinnung des aus den Spindellagern ausgetretenen Öls.

Fig. 1 zeigt eine ebene Fläche S, die sich mit der Geschwindigkeit V in Richtung parallel zu sich selbst verlagert. Es versteht sich von selbst, daß, wenn die Fläche S nicht eben ist sondern eine Drehfläche darstellt₉ die gleichen Wirkungen eintreten, die nachstehend beschrieben werden sollen.

P sei die Oberfläche einer feststehenden Platte₉ die im Abstand e„ parallel zu der Fläche S angeordnet ist» L. sei die Stärke dieser Platte. Wird die Anordnung in ein nasses Fluid getaucht und sind die Scherkräfte der Fluidschicht proportional der Schergeschwindigkeit, so wird bekanntlich das zwischen den Flächen S und P befindliche Fluid von der ebenen Fläche mitgenommen„ Es ist ferner

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bekannt, daß die Geschwindigkeit eines an der Fläche P anliegenden Fluidmoleküls Null ist, daß die Geschwindigkeit eines an der Fläche S anliegenden Fluidmoleküls gleich V ist und daß die Geschwindigkeit eines zwischen S und P im Abstand y von S befindlichen Moleküls proportional V und (&2 " y) ist.

Gemäß den Fig. 2, 5 weist die Fläche P der Platte an beiden Seiten der BreitenerStreckung L₁ zwei Dichtungsflächen Ly auf, die von der Fläche S einen Abstand e^ haben, der klein gegenüber e„ ist; die Dichtungsflächen L2 begrenzen eine Nut R.

Wenn L₁ groß gegenüber e« ist, kann der Fließvorgang in der seitlich durch die Dichtungsflächen begrenzten Nut als zweidimensional betrachtet werden und das Geschwindigkeit sdiagramm stimmt mit dem nach Fig. 1 Überein.

Es ist jedoch weiter zu bemerken, daß die Verlagerung der Fläche S eine Pumpwirkung hervorruft, weil das Fluid von der Seite "I" der Platte mit der Fläche P weggenommen und an die Seite "II" gefördert wird. Der mittlere Durch-

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satz ist dann gleich Q = ·*· V L₁ (e« .+ e^.).

Es erscheint selbstverständlich, daß keine JDruckunterschiede zwischen den Seiten I und II der Platte P bestehen. Somit hat die in der Platte gebildete Nut R, gegenüber welcher sich die Fläche S verlagert, die Wirkung einer Pumpe.

Gemäß Fig. 3 sei nun angenommen, daß die Nut R von der Länge L₄ mit ihrem einen Ende in einen Raum I' mündet, in dem ein Druck P herrscht. Das andere Ende der Nut mün-

det in einen Raum II', der durch eine Ausnehmung der

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Flächengrösse S., des Umfangs L₅, gebildet wird und die vollständig von einer Dichtungsfläche der Breite L₃ umgeben ist, die in der gleichen Ebene liegt wie die Dichtungsfläche der Nut R, und von der Breite L^ und die demnach den Abstand e. von der Fläche S hat.

Es soll nun gezeigt werden, daß sich in dem-Raum II' als Dauerzustand ein Druck aufbaut, der ausser von anderen Variablen von V und von e. abhängt.

Angenommen, die Fläche S sei beliebig nahe der Fläche P der Platte, sie habe aber keinen mechanischen Kontakt mit P, Man sieht, daß, wie zuvor, die Platte Öl in den Hohlraum in einer Menge von Q = τ V L^e„ zieht.

Da das Hohlraumvolumen und das Volumen der Nut R konstant sind, muß eine Menge Q aus dem Lager entweichen, das eine gleichbleibende Fluidmasse enthält. Da e. ^ 0, können keine Leckmengen zwischen der Platte und der Fläche S austreten; die Leckmenge beruht somit auf einem Fluiddurchsatz in der Nut in Gegenrichtung zu der Menge Q₃; dieser Durchsatz sei

Ist P₁ der in der Kammer herrschende Druck, so gilt bekanntlich

1 ^Ll e ³ P
ι 12 _/U L₄

^^a Q₀ ⁼ Q,-» ergibt sich aus der Verbindung der beiden obigen Beziehungen

6 V u L₄
P₁ = κ——- , worin yudie absolute Viskosität

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des Fluids ist.

Man sieht, daß der Druck P₁ mit H multipliziert wird, wenn man die Höhe e„ der Nut halbiert.

Trägt man in dem Diagramm in Fig. 8 als Abszisse di· Leckmengen des Lagers und als Ordinate die in der Kammer des Lagers erzeugten Drücke auf, so sieht man, daß, wenn die Leckmenge Q_F gleich der mitgenommenen Menge Q_ ist» d.h. gleich -κ· V L₁ e , der Druck in dem Lager Null wird»

L X S

Wenn demgegenüber die Leckmenge Q^ Null ist, wird der Druck in dem Lager

6 V P =

^e2

Nun wird angenommen, daß die Stärke der Ölschicht e* zwischen den Flächen S und P von Null verschieden ist.

Nimmt man an, daß nur die Kammer S. Leckmengen abgibt, so wird die inverse Menge Q. in der Nut gleich der mitgenommenen Menge Q_e, vermindert um die Leckmenge Q« des Lagers. Vorausgesetzt, daß die Leckmengen an den Dichtungsflächen der Nut zu vernachlässigen sind, so ist die inverse Menge in der Nut (Q-) über die gesamte Nutlänge konstant· Nun gilt, daß Q₁ (da die Strömung laminar verläuft) proportional dem in dem Lager herrschenden Druck P ist. Es besteht somit eine lineare Beaiehung zwischen der Leckmenge des Lagers und dem in ihm herrschenden Druck (Gerade A).

Ferner gilt

Ϊ27Γ

^L5 e

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Diese Beziehung zwischen der Leckmenge Q^. des Lagers und dem in ihm herrschenden Druck P ist bekannt. Die sie darstellenden Kurven sind die Geraden ©₁₀» ^ell ^usw·· Gemäß den Werten von e^ liegen die Arbeitspunkte B, C, D des Lagers im Schnitt der Geraden (^), die den Druck des Lagers in Abhängigkeit von den Leckmengen angibt, mit den verschiedenen Geraden e,_Oj e^ ·.·.·» die die Neigung

¹²jⁿ

Ve^{3
5 e}l

besitzen.

Man kann daher offensichtlich aus den Gleichungen (1), (2) die Tragfähigkeit des Lagers (unter Berücksichtigung seiner Fläche S.) herleiten,

In Wirklichkeit ist wegen der Leckmengen an den Dichtungsflächen der Nut selbst die die Arbeitsweise des Lagers angebende Kurve keine Gerade sondern eine Schar ( (f^ ) von Kurven, die alle von gleichen Punkten auf den beiden Achsen ausgehen und deren hohle Seite nach oben weist.

Man erkennt, daß diese Kurven sich bei den üblichen Werten der verschiedenen Parameter verhaltnxsmässig wenig von der · Geraden entfernen, die der einfachsten Analyse der Betriebsbedingungen entspricht.·

Wie bei den bekannten hydrostatischen Lagern, erhält man die maximale Steifigkeit des Lagers für einen Druck in der Kammer, der im wesentlichen gleich der Hälfte des für die

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Leckmenge Null angenommenen Drucks ist.

Andererseits ist P die die Kennlinie P = f CQ*) eines Lagers, bei dem die Breite der Zuführungsnut gleich K ist. Die vorstehenden Gleichungen zeigen» daß für e^ * 0 der Druck P. ist, daß aber der Durchsatz beim Druck Null gleich der Hälfte der der Breite L₁ zugeordneten Menge Q ist. Man erkennt, daß diese Änderung von L ebenfalls die Steifigkeit des Lagers verändert. Schließlich kann man leicht nachweisen, daß die Steifigkeit des Lagers proportion* der Geschwindigkeit der Platte und der Viskosität des Fluids ist.

Die Gerade TT stellt die Arbeitsweise des Lagers dar, wenn man die Höhe e„ der Nut halbiert. Es ist leicht nachzuweisen, daß der Wert des Drucks beim Durchsatz Null nun vervierfacht ist, daß aber die Menge Q~ beim Druck Null halbiert ist. Man stellt fest, daß diese Modifikation einen grossen Einfluß auf die Steifigkeit des Lagers hat.

Fig. 9 zeigt eine Abänderung des I^gers. Die Nut R wird von einem unter Atmosphärendruck stehenden Fluid durch eine Leitung 101 (Fig. 9) gespeist. Zwischen der Leitung 101 und dem Eingang der Nut R befindet sich eine öffnung 102 mit dünner Wand.

Die öffnung 102 ist so gewählt, daß für einen Druckabfall von 1 bar der Durchsatz Q durch die genannte öffnung kleiner ist als der einem Druck Null in dem Lager entsprechende Durchsatz Q . Man sieht, daß, so lange die Leckmenge des Lagers niedriger ist als Q , der Arbeitspunkt sich etwa auf der theoretischen Kurve ( Δ) verlagert.

Demgegenüber ändert sich das Verhalten des Lagers, sobald

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die Leckmenge den Wert Q erreicht, dem ein Druck P entspricht. Aus Fig. 8 ist zu entnehmen, daß, wenn die auf das Lager ausgeübte Belastung einem Druck P~ entspricht, man für e. einen Wert e^g wählen muß. Nun wird durch das Vorhandensein der öffnung 102, die den Durchsatz begrenzt, der Verlauf der Kennlinie des Lagers jenseits Q₀ verändert; der Verlauf entspricht jetzt der von Q₀ ausgehenden Vertikalen. Der Arbeitspunkt des Lagers ist jetzt der Punkt I, der auf der Geraden e.^ liegt. Damit ist die Steifigkeit des Lagers erhöht.

Fig. 10 gibt schematisch eine mit einem oben beschriebenen hydrostatischen Lager ausgestattete Werkzeugmaschinenspindel wieder. Sie besteht aus einem zweiteiligen Gehäuse 1, I¹. Der bewegliche Drehkörper des Lagers ist hier die umlaufende Spindel, die insgesamt mit 2 bezeichnet ist. Sie nimmt einen Werkzeughalter 3 auf, in dem sich ein Werkzeug 4 befindet. Die Spindel 2 wird mittelbar durch einen Riemen 5 angetrieben. Der Riemen 5 läuft über eine Riemenscheibe 6, die eine koaxial zu der Spindel 2 liegende Welle 7 antreibt. Eine Kupplung 8 verbindet die Welle 7 mit der Spindel 2, Da diese Kupplung nicht Gegenstand der Erfindung ist, wird sie nicht beschrieben; es ist aber festzuhalten, daß sie eine hohe Drehfestigkeit haben muß, auf die Spindel aber keine Kräfte übertragen darf, die auf Fluchtungsmängel oder Durchbiegung der Welle 7 zurückzuführen sind.

Der Vorteil dieser Montierung besteht darin, daß die Spindel 2 nur die Schnittbeanspruchung des Werkzeugs aufnimmt, während die von dem Riemen herkommenden Kräfte von der Welle 7 aufgenommen werden.

Beispielshalber soll nun gezeigt werden, wie die vorstehend

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beschriebene Lagerart dieser Spindel angepaßt werden kann. Natürlich sind dem Fachmann weitere brauchbare Lösungen bekannt.

Jedes Lager besteht aus einem selbständigen Block 21, 22, 23, 21. Natürlich könnte man mehr (oder weniger) als vier Lager nach dem gleichen Prinzip ansetzen. Jedes Lager arbeitet in seinem Mittenbereich mit einem kugelförmigen Auflager 25, 26, 27, 28 zusammen, von denen zwei (26 und 27) feststehend und zwei (25 und 28) durch Gewinde 29 einstellbar ausgeführt sein können, die in das Spindelgehäuse 1 eingreifen. Dank dieser Gewinde kann man zwischen die Spindel 2 und die Lager das Spiel legen, das dem gewählten Arbeitspunkt entspricht. Man wird im allgemeinen das Spiel wählen, das der maximalen Steifigkeit entspricht und das so groß ist, daß in den Lagern ein Druck herrscht, der gleich der Hälfte des Drucks beim Spiel Null ist, wenn die Spindel mit Nenndrehzahl umläuft.

Wie aus Fig. 12 zu entnehmen ist, wird die Kammer 30 jedes Lagers von einer Dichtungsfläche 31 begrenzt. Die Nut 32 der Viskositätspunkte verläuft in Richtung der Geschwindigkeit V der Spindel.

Sie wird durch eine öffnung 33 gespeist, die ihrerseits durch Leitungen mit der Bohrung 34 verbunden ist, die in das kugelförmige Zentrier-Auflager 25 des Lagers gebracht ist. Alle Bohrungen 3H stehen durch Kanäle 36, 37 mit einem unter Druck stehenden Fluidvorrat 35 in Verbindung.

Das aus den Lagern austretende Fluid fließt in einen unteren Behälter 38 ab, von wo es durch eine beliebige Pumpvorrichtung in den Vorratsbehälter 35 zurückgeführt wird.

Als Pumpvorrichtung kann jede Einrichtung dienen, die das

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Umpumpen von"unter Druck stehendem öl erlaubt. Dazu kann insbesondere eine weitere Viskositätspumpe höherer Leistung als die Pumpen an den Lagern dienen; diese Pumpe kann unmittelbar an der Antriebswelle 7 angebracht sein.

Man kann insbesondere einen ölstrom aus dem Behälter 38 in das Gehäuse I¹ der Antriebswelle 7 vorsehen. Gemäß Fig. 9 weist die Welle 7 Schraubennuten 40, 41 auf, die einerseits in eine mittlere Umfangsnut M-2 und andererseits in die Abschlußnuten 43, 44 münden; die Mittelnut 42 wird an den Vorratsbehälter 35 angeschlossen, während die Abschlußnuten 43, 44 mit dem unteren Behälter 38 verbunden sind.

Die Richtungen der Schraubennuten 40 und 41 werden jeweils in Abhängigkeit von dem Drehsinn der Spindel gewählt. Wenn, um die Welle 7 ein Ring 45 gelegt wird, ist eine Viskositätspumpe entstanden. - " ■

Wenn die Spindel lange und häufig angehalten wird, kann man ein Magnetventil oder eine ähnliche Versorgungseinrichtung zwischen den Fluidvorrat 35 und die Zuführungsöffnungen der Lager schalten, damit der Vorrat während der Stillstandszeiten der Spindel nicht ausläuft. Diese Vorsichtsmaßnahme ist unnötig, wenn an der Maschine eine Niederdruckpumpe mit eigenem Antrieb vorgesehen wird, die die Vorratsbehälter 35 der verschiedenen Spindeln füllt.

In diesem wie im vorhergehenden Fall, empfiehlt es sich, ein enges Filter in die Druckleitung der Pumpe zu legen, damit keine verunreinigte Flüssigkeit in den Behälter 3 5 gelangt.. Wenn bei normalem Betrieb zwischen Spindel und Lagern ein Spiel von 10 .w besteht, wählt man ein Filter von 3 yU oder 5 ,u , um den Verschleiß an den verschiedenen

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Teilen herabzusetzen.

Zum Vermindern der Axialbelastung kann man ein hydrostatisches Lager verwenden, das nach Fig_# 10 durch einen Spindelbund H6 gebildet wird. Eine Ringscheibe H?, die drehfest an dem Spindelgehäuse 1 angeordnet ist, weist mindestens eine Fluidkammer und eine Nut auf«

Die in Fig. 10 gezeichnete Spindel kann Axialkräfte nur in Richtung des Pfeils g aufnehmen. Auf der dem Werkzeug abgewandten Seite ist eine Feder ·*8 vorgesehen, die sich an einer aus der Spindel vorspringenden Schulter %9 abstützt und die einen Ring 50 oder eine ähnliche Drehfläche, die drehfest mit der Spindel verbunden iet, gegen eine Ringscheibe 51 drückt, die ihrerseits mindestens eine Kammer (vorzugsweise drei Kammern) und ebeneoviele Zuführungsnuten aufeist und man sieht, daß die Oberseite des Ringes 50 radial verläuft und daß sie hinsichtlich der Drehachse der Spindel alsDrehteil aufzufassen ist.

Wenn die Spindel Axialkräfte in beiden Richtungen aufnehmen sollte, müßten die beiden Ringscheiben "*7 und 51 beiderseits eines einzigen Bundteils angebracht werden, um die Dehnungswirkungen so klein wie möglich zu halten.

Die Dichtungselemente sind, obwohl sie unentbehrlich sind, als nicht zur Erfindung gehörig nicht dargestellt worden; sie verhindern die Verschmutzung des für die hydrostatischen Lager benutzten Fluids.

Wenn auch diese Art von Lagern das Abheben der Spindel von den Lagern nicht bei der Geschwindigkeit Null ermöglicht, so genügt hierzu doch im allgemeinen eine sehr kleine

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Geschwindigkeit. Im Stillstand ruht die Spindel auf ihren unteren Lagern 22, 2 3, und das Spiel e. ist dabei praktisch Null. Beim Anlaufen der Spindel hebt sie sich, sobald der Druck in ihren Lagern (der proportional der Spindeldrehzahl ist), multipliziert mit dem Querschnitt der Lager, das Gewicht der Spindel übersteigt. Das Abheben geschieht allgemein bei einer Drehzahl von höchstens einigen hundert Umdrehungen pro Minute.

Diese Lager haben eine sehr hohe Betriebssicherheit. Im Gegensatz zu den üblichen hydrostatischen Lagern, bei denen sich die Zuflußöffnungen verstopfen können, ist es, weil die Zuflußnuten einerseits verhältnismässig weit sind (mehrere Millimeter) und andererseits durch eine bewegte Fläche begrenzt werden, praktisch unmöglich, daß sie durch Verunreinigungen verlegt werden.

Im Falle eines Stromausfalls und sofern man es einrichten kann, daß das erwähnte Magnetventil (sofern vorhanden) den ölzustrom nicht augenblicklich unterbricht, arbeitet das hydrostatische Lager weiter, so lange die Spindeldrehzahl ausreichend hoch ist (im Gegensatz zu den üblichen hydrostatischen Lagern).

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel war angenommen, daß jedes Lager 21, 22, 23,24- von einem Kugelkopf abgestützt wurde. Dieser Kugelkopf wird so angeordnet,, daß die Resultierende der Lagerkräfte durch die Kugelkopfmitte verläuft. Man sieht jedoch, daß die Lagestabilität des Gleitschuhs zumindest theoretisch nicht gewährleistet ist. Man wird daher entweder die Zahl der Elementarlager , je Gleitschuh (und damit je Kugelkopf) derart vervielfachen, daß eine stabile Lagerung entsteht (mindestens drei sind erforderlich), oder sich auf die Dichtungsflächen verlassen,

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deren Breite so groß sein soll, daß sie als hydrodynamische Gleitfläche wirken und damit die Stabilität jedes einzelnen Gleitschuhs gewährleisten.

Patentansprüche;

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Claims (3)

1. 2 7 5.1 0 6 2

   P ate ntan Sprüche

   Hydrostatisches Lager aus einem ersten und einem zweiten Flächenelement, die einander in geringem Abstand gegenüberstehen und mit einer gegenseitigen Relativgeschwindigkeit angetrieben werden, die an allen Punkten die Tangente an das erste Flächenelement bildet, mit einer Kammer, die durch das zweite Flächenelement begrenzt wird und mit einem unter Druck stehenden Fluid gefüllt werden kann, das zwischen dem ersten Flächenelement und dem zweiten Flächenelement entweichen kann, welch letzteres . eine die Kammer umgebende Dichtungsfläche bildet, dadurch gekennzeichnet, daß.die Kammer durch eine Quelle aus dem Ende einer Nut gespeist wird, die in Richtung der Relativbewegung zwischen den beiden Flächenelementen angeordnet- ist, im Vergleich/zu den Abmessungen der Kammer eine geringe Weite und geringe Tiefe hat und auf dem zweiten Flächenelement gebildet und seitlich durch zu dem zweiten ' Flächenelement gehörige Dichtungsflächen begrenzt ist, wobei die kennzeichnenden Abmessungen der Kammer, der Nut und ihrer Dichtungsflächen derart gewählt sind, daß einer Änderung des die beiden Flächenelemente trennenden Abstands eine bestimmte Änderung des in der Kammer herrschenden Drucks entspricht.
2. 2. Hydrostatisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnung mit dünner Wand die Nut speist und den Fluidaustritt in die genannte Nut auf" einen Wert

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   begrenzt, der niedriger ist als der Wert der Fluidmenge, die normalerweise von der ersten Fläche mitgenommen wird, wenn der Druck in der Kammer des Lagers gleich dem Zuführungsdruck in der Nut ist·
3. 3. Hydrostatisches Führungslager für einen rotierenden Drehkörper, einem der vorhergehenden Ansprüche_t dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei genau gleiche Lagertelemente (21, 22, 23, 2Ό, die eine Kammer (30) und eine Zuführungsnut (32) aufweisen, das genannte zweite Flächenelement bilden, während das genannte erste Flächenelement durch den rotierenden Drehkörper (2) dargestellt wird, und daß die Lagerelemente vorzugsweise gleichmässig um den Drehkörper verteilt angeordnet sind und die Lage mindestens eines der Lagerelemente gegenüber der Lage der anderen derart verstellt werden kann, daß eine Einstellung des Spiels zwischen den genannten Lagerelementen und dem rotierenden Drehkörper ermöglicht wird.

   H. Hydrostatisches Axialführungslager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, für einen rotierenden Drehkörper, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Flächenelement des Lagers eine Kammer und eine Fluidzuführungsnut sowie die zugehörigen Dichtungsflächen aufweist, während das zweite Flächenelement durch eine auf die Achse des Drehkörpers bezogene Drehfläche dargestellt wird und sich in radialer Richtung bezüglich des Drehkörpers erstreckt.

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   S-, Hydrostatisches Lager eines Drehkörpers, nach einem der» Ansprüche 2 bis H, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut des Lagers durch einen gegenüber der genannten Nut (32) und dein gegenüber der Kammer (30) des zugehörigen Lagers unter höherem Druck stehenden Fluidvorrat (35) gespeist wird, und daß diese Zuführung durch eine gesteuerte fluidverteilungseinrichtung unterbrochen werden kann, wenn das erste Flächenelement und das zweite Flächen^ element keine gegenseitige Relativbewegung ausführen, wobei die Zuführung wieder aufgenommen werden kann, bevor die genannten Flächenelementeι wieder eine gegenseitige Relativbewegung ausführen, und der druckbeauf« sehlagte Vorratsbehälter (35) seinerseits durch eine Pumpeinrichtung gefüllt werden kann.

   Der Patentanwalt

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