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Zirkulare hydrostatische Achsialführung für einen rotierbaren Aufspanntisch
Die Erfindung betrifft eine zirkulare hydrostatische Achsialführung für einen rotierbaren
Aufspanntisch, mit einer Mehrzahl hydrostatischer Gleitelemante, die in Reihe längs
einer Kreisumfangslinie auf einer festen Stützebene angeordnet sind, und ein hydrostatisches
Lager für den zu dieser Stützebene parallelen Aufspanntisch bilden, welcher vorbestimmr
ten Belastungen ausgesetzt ist und um eine zur Tischebene senkrechte Achse rotiert.
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Es ist bekanntr als hydrostatisches Lager für einen Aufspanntisch
einen ringförmigen hydrostatischen Kranz zu verwenden, dessen Achse mit der Rotationsachse
des Aufspanntisches zusammenfällt, und der zwischen einer festen Stützebene und
einer kreisförmigen Platte angeordnet ist, welche koaxial an der unteren Oberfläche
des Aufspanntisches befestigt ist. Dabei wird zwischen dem ringförmigen Kranz und
der kreisförmigen Platte ein hydrostatischer Durchgangskanal gebildet. Es ist außerdem
bekannt, den ringförmigen Kranz in eine Vielzahl geradliniger hydrostatischer GleitelenE~nte
zu teilen, die im allganeinen untereinander gleich ausgebildet und in einer Reihe
angeordnet sind. Jedes Gleitelement besitzt an seiner dem rotierbaren Aufspanntisch
zugewandten Oberfläche (arbeitsseite) eine oder mehrere Taschen, die mit einer unter
Druck stehenden Flüssigkeit gespeist werden, welche ihnen über eine
geeignete
Druckausgleichseinrichtung zugeführt wird. Die Geometrie eines solchen Gleitelementes,
seine (endliche Länge in Umfangsrichtung, sein Abstand von der Rotationsachse des
Äufspanntisches und das System für die #inspeisung dar hydrostatischen Flüssigkeit
in die Tasche bzw.die Taschen des Gleitelementes werden bei der Projektierung unter
Berücksichtigung der vorgegebenen oder vorgesehenen Arbeitsbedingungen und der Stärke
des Durchgang skanals festgelegt, von der bek#nntIich - bei Gleichheit aller übrigen
Bedingungen - die gewünschte Festigkeit des hydrostatischen Durchgangs abhängt,
Obwohl die hydrostatischen Gleitelemente und die von ihnen gebildeten flngförmigen
hydrostatischen Kränze bei bestimmten Arbeitsbedingungen vorteilhaft sind, gewährleisten
sie z.B. dann keine wirksame hydrostatische Lagerung und konstante Festigkeit des
hydrostatischen Durchflusses, wenn der hydrostatisch gelagerte Aufspanntisch mit
vergleichsweise großen Geschwindigkeiten rotiert, die auf der erwähnten Platte Geschwindigkeiten
von 300 mjmin und mehr erzeuge nd wenn der Aufspanntisch Belastungen unterworfen
ist, durch die er "schirmförmig" deformiert wird.
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Unter "schirmförmiger" Deformierung sei hier eine Verformung des rot#erenden
Aufspanntisches verstanden, bei welcher er, insbesondere in einem ringförmigen peripheren
Bereich, eine zu der festen Stützebene hin - oder von ihr weg gerichtete Konvexität
aufweist.
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Wenn eine solche schirmförmige Deformation auftritt, ist die kreisförmige
Platte des rotierenden Aufspanntisches nicht mehr zu der ihr zugeordneten Arbeitsfläche
der hydrostatischen Gleitelemente parallel, so daß die Stärke des hydrostatischen
Durchganges im Bereich der inneren, d.h der Rotationsache zugewandten, Lippen der
Gleitelemente andere Werte besitzt als im Bereich der äußeren Lippen.
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Diese ungunstigen Durchgangsbedingungen bringen Nachteile
mit
sich: Diese Nachteile bestehen beispielsweise in einer weniger wirksamen hydrostatischen
Unterstützung sowie in erhöhten Verlusten der hydrostatischen Flüssigkeit, die dadurch
zustande kommen, daß die Flüssigkeit auf der Seite der#enigen Lippen der Gleitelemente
austritt, auf der die Stärke des Durchganges größer ist. Außerdem besteht bei einer
starken schirmför:nigen Deformation die Gefahr einer direkten Metall-Metallberührung
zwischen der kreisfömigen Platte des Aufspanntisches und der Arbeitsfläche der mit
ihr gekuppelten hydrostatischen Gleitelemente mit allen bekannten Nachteilen, dIe
eine solche direkte Berührung mit sich bringt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zirkulare hydrostatische
Achsialführung zu schaffen, die aus einer Mehrzahl hydrostatischer Gleitelemente
besteht, die die oben erwähnten Nachteile auf Grund ihrer strvtiturellen und funktionalen
Eigenschaften vermeiden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jedes der Gleitelemente an
einer seiner der Stützebene zugewandten Oberfläche mit ein Stützlager bildenden
Mitteln versehen ist, über welche es sich auf der Stützebene längs einer geradlinig
in Richtung einer Symmetrielängsachse des Gleitelementes verlaufenden Berührungslinie
abstützt, die senkrecht zu einer die Mitte des Gleitelementes mit dem Mittelpunkt
des rotierbaren Aufspanntisches verbindenden Geraden verläuft, und daß das Gleitelement
an einer Oberfläche, die der genannten der Stütz ebene zugewandten Oberfläche gegenüberliegt
und zu ihr parallel ist, wenigstens zwei hydrostatische Öffnungen besitzt, die unabhängig
voneinander mit hydrostatischer Flüssigkeit gespeist werden und die symmetrisch
zu einer Ebene angeordnet sind, die senkrecht zu den genannten Oberflächen verläuft
und die genannte Bertihrungs linie enthält, wenn der Aufspanntisch, die Oberflächen
und die Stützebene zueinander parallel liegen.
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Eine jeiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
das Stützlager des Gleitelementes bildenden Mittel von einer zylindrischen Rippe
mit geraden zur Längsachse des Gleitelementes parallelen Mantellinien gebildet sind
und daß diese zylindrische Rippe an der der StUtzebene zugewandten Oberfläche des
Gleitelementes ausgebildet oder an ihr befestigt ist.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die das Stützlager des Gleitelementes bildenden Mittel eine aus der der Stütz
ebene zugewandten Oberfläche des Gleitelementes herausgearbeitete zylindrische Ausnebmung
mit geraden zur Längsachse des Gleitelementes parallelen Mantellinien sowie eine
zylindrische Rippe mit geraden Mantellinien umfassen, die auf der Stützebene gebildet
oder auf ihr befestigt ist und die mit der zylindrischen Ausnehmung koaxial in Eingriff
steht und deren innere zylindrische Wandung berührt. Das jedem Gleitelement zugeordnete
Stützlager, mit dem es sich auf der Stützplatte abstützt und die in bezug auf die
entsprechende gerade Berührungslinie dieses Stützlagers symmetrische Anordnung der
hydrostatischen Öffnungen jedes Gleitelementes ermöglichen es, daß das Gleitelement
frei um eine Achse schwingen kann, die mit der erwähnten Berührungslinie zusammenfällt
und senkrecht zu einer Geraden liegt, die das Zentrum des Gleitelementes mit dem
Mittelpunkt des rotierenden Aufspannt sches verbinden. Gleichzeitig verhindert das
Stützlager, daß das Gleitelement sich in irgendeinem anderen Freiheitsgrad bewegt.
Damit ist die Möglichkeit irgendwelcher Schwenkungen des Gleitelementes ausgeschlossen,
wie sie beispielsweise bei hydrodynamischen Michell-Drucklagern auftreten können.
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Falls der rotierende Aufspanntisch eine schirmförmige Deformation
erfährt, verringert sich die Größe des Durchgangskanals im Bereich einer der beiden
hydrcstatischen Öffnungen Jedes Gleitelementes, während sie im Bereich der anderen
hydrostatischen
Öffnung anwächst. Die unmittelbare Folge eines solchen Größenunterschiedes zwischen
den im Bereich der beiden hydrostatischen Öffnungen jedes Gleitelementes gebildeten
Durchgangskanäle ist eine proportionale Druckdifferenz, wobei der größere Druck
im Bereich derjenigen Öffnung auftritt, welcher der Durchgangskanal mit geringeren
Größe zugeordnet ist. Die unterschiedlichen Drücke rufen in dem hydrostatischen
Gleitelement ein Moment hervor, durch welches sie solange um die genannte Berührungslinie
verschwenkt werden, bis die Größe des Durchganges im Bereich der beiden hydrostatischen
Öffnungen des Gleitelementes wieder die gleichen Werte annehmen.
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Damit wird erreicht, daß bei einer schirmförmigen Deformation des
rotierenden Aufsp##intisches jedes der hydrostatischen Gleitelemente, welche zusamii#en
den ringfdrmi gen hydrostatischen Kranz zur Stützung des Aufspanntisches bilden,
selbsttätig um seine eigene Berührungslinie schwingt und sich dabei zu dem Tisch
BZW. ZU der mit dem Tisch verbundenen ringförmigen Platte parallel legt, so d2 ie
(kleine) Größe des hydrostatischen Durchgangskanals und damit die optimalen Bedingungen
für die hydrostatische Unterstützung des Aufspanntisches selbst unverändert bleiben.
Außerdem werden ein seitlicher Austritt der hydrostatischen Flüssigkeit, die Gefahr
einer direkten Metall-Metallb erührung zwischen dem Auf spannti 5 ch und der Arbeitsfläche
der Gleitelemente sowie unerwünschte hydrodynamische Erscheinungen in dem hydrostatischen
Durchgangskanal zwischen dem Gleitelement und der kreisförmigen Platte des Aufspanntisches
vermieden, wie sie bei den bekannten hydrostatischen Gleitelementen auftreten.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele:
Fig.
1 bis 3 zeigen schematisch ein hydrostatisches Gleitelement unter verschiedenen
Arbeitsbedingungen, Fig. 4 zeigt schematisch eine Aufsicht des hydrostatischen Gleitelementes,
Fig. 5 zeigt eine Schnittzeichnung längs der Linie V-V von Fig. 4, Fig. 6 zeigt
eine perspektivische Teilansicht einer zirkularen hydrostatischen ##rung mit einer
Mehrzahl der in den vorangehenden Fngusen dargestellten Gleitelemente, die gemeinsam
ein hydrostatisches Lager für einen rotierbaren Aufspanntisch bilden, Fig. 7 zeigt
eine Variante des in den vorangehenden Figuren dargestellten Gleitelementes.
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Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele besitzen
einen Tisch 1, der um eine zur Tischebene senkrechte Achse 2 rotiert. Mit 3 ist
eine feste Trägerplatte bezeichnet, die eine Stützebene 4 definiert. Das Bezugszeichen
5 kennzeichnet global ei hydrostatisches Gleitelement, das Bestandteil einer zirkularen
hydrostatischen Achsialführung bildet , welche zur Lagerung des rotierbaren Tisches
2, der beispielsw##ise ein Aufspanntisch ist, bildet. Der Tisch 1 rotiert um die
Achse 2 mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 300 m/min auf der festen Platte
3 und ist Belastungen von vorgegeiJene: große ausgesetzt, die schematisch durch
den PSeil N angedeutet sind.
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Das hydrostatische Gleitelement 5 besteht aus einem im wesentlichen
quaderformigen Grundkörper 6, in dessen der Stützebene 4 zugewandten Oberfläche
7 in Längsrichtung eine zentrale zylindrische Rippe 8 mit geradlinigen Mantellinien
gebildet ist, die zur Längsachse des Gleitelementes 6 parallel liegen. In der Arbeitsfläche
9 des Gleitelementes 5 befinden sich zwei gleiche hydrostatische Öffnungen 10 und
11, die über unabhängige (nicht dargestellte) Leitungen mit einer hydrostatischen
Flüssigkeit gespeist werden. Das hydrostatische Gleitelement 5 befindet
sich
zwischen dem rotierbaren Tisch 1 und der Stützebene 4 und stützt sich auf letzterer
über die erwähnte zylindrische Rippe 8 ab. Im Normalzustand, d.h. dann, wenn der
Tisch 1, die Stützebene 4 und die Oberflächen 7 und 9 des Gleitelementes zueinander
parallel sind, stützt sich das Gleitelement 5 auf der Stützplatte 4 längs einer
geradlinigen Berwhrungslinie ab, die mit einer der geradlinigen Mantellinien der
erwähnten zylindrischen Rippe 8 zusammenfällt.
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In Fig. 1 und 2 ist diese Berthrungslinie mit 12 bezeichnet. Die hydrostatischen
Öffnungen 10 und 11 sind in dem oben definierten Normalzustand symmetrisch zu der
Berührungslinie 12 angeordnet, die Dicke des Durchgangs 13,der im allgemeinen durch
die Arbeitsfläche 9 jedes Gleitelementes 15 und eine nicht dargestellte an der unteren
Oberfläche des rotierbaren Tisches 1 koaxial befestigte kreisförmige Platte begrenzt
ist, ist für beide hydrostatischen Öffnungen 10 und 11 gleich. Das Gleitelement
ist deshalb auf diesen Öffnungen gleichen und symmetrischen Drücken ausgesetzt und
~verbleibt in der in Fig. 1 dargestellten Gleichgewichtslage.
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Wenn sich der rotierbare Tisch 1 schirmförmig deformiert (Fig. 2),
wobei beispielsweise die Ronkave Seite der Stützebene 4 zugewandt ist, besitzt der
hydroNatische Durchgang 13 für die beiden Öffnungen 10 und 11 unterschiedliche Grössen
und zwar ist der Durchgang im Bereich der Öffnung 10 kleiner als der im Bereich
der Öffnung 11. Infolgedessen ist der Druck im Bereich der Öffnung 10 größer als
derjenige im Bereich der Öffnung 11, so daß das Gleitelement einem Moment unterworfen
ist, welches es zu einer (geringen) Winkelverschiebung im (in Bezug auf die Zeichnungen)
Gegenuhrzeigersinn zwingt. Diese Winkelverschiebung dauert so lange an, bis das
erwähnte Moment verschwindet, dehe bis die Drücke im Bereich der hydrostatischen
Taschen 10 und 11 und damit auch die Größe des hydrostatischen Durchgangs wieder
gleiche Werte annehmen. Das Gleitelement verbleibt in dieser Lage und hält sich
dabei im Gleichgewicht,
wobei die Arbeits#läche 9 parallel zu dem
deformierten Bereich des rotierenden Tisches 1 liegt (Fig. 3). Damit liegt diese
Arbeitsfläche 9 auch der (nicht dargestellten) kreisförmigen Platte parallel, die
mit dem Tisch in diesem Bereich {es~ verbunden ist. Die Winkelverschiebung des hydrostatischen
Gleifielementes erfolgt automatisch, indem sie einer eventuellen schirmförmigen
Deformation des Tisches 1 folgt.
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Durch diese W'#\#verschiebimg #ird die Deformation des Tisches kompensiert,
so daß eine konstante Größe für den hydrostatischen Durchgang zwischen dem Gleitelement
und der ringförmigen Platte des Tisches und damit eine hydrostatische Unterstützung
des Tisches unter optimalen Bedingungen beibehalten werden.
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In der in Fig. 7 dargestellten Varianten besitzt das hydrostatische
Gleitelement 5 an seiner der Stützebene 4 zugewandten Oberfläche 7 eine zylindrische
Ausnehmung 14 mit geradlinigen Mantellinien, die zur Längsachse des Gleitelementes
selbst parallel laufen. In der Stützebene 4 ist eine Rippe 15 angebracht, die ebenfalls
zylindrische Gestalt mit geradlinigen Mantellinien besitzt.
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Der Querschnitt und der Radius der zylindrischen Wandung der Rippe
15 sind so dimensioniert, daß wenigstens ein Bereich dieser zylindrischen Wandung
innen und koaxial mit der Ausnehmung 14 des Gleitelementes 5 im Eingriff steht und
die zylindrische Innenwandung berührt. Im übrigen verhält sich das hydrostatische
Gleitelement t das gemäß dieser Variante gestaltet ist, bei einer schirmförmigen
D-formation des rotierbaren Tisches 1 in der gleichen Weise wie das in Fig. 1 bis
6 dargestellte Gleitelement.
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Die zirkulare hydrostatische Achsialführung zur hydrostatischen Lagerung
des rotierenden Aufspanntisches wird aus einer Mehrzahl hydrostatischer Gleitelemente
5 der vorangehend beschriebenen Art gebildet, die in Reihe längs einer Kreisumfangslinie
angeordnet sind, wie dies in Fig. 6 schematisch angedeutet ist. Jedes Gleitelement
5 erstreckt sich
tangential zu dieser Linie, so daß die jeweilige
Berührungslinie zwischen jedem Gleitelement 5 und der Stützebene 4 senkrecht zu
einer entsprechenden Geraden 16 verläuft, die durch das Zentrum des Gleitelementes
geht und ihrerseits senkrecht zur Rotationsachse des Aufspanntisches 1 verläuft.
Eine derartige Abstützung stellt sicher, daß jedes der hydrostatischen Gleitelemente
5 um die genannte BerWhrungslinie 12 schwingen kann. Jede andere Bewegungsmöglichkeit
für das Gleitelement, die die Ursache für unerwünschte hydrodynamische Erscheinungen
in dem hydrostatischen Durchgang sein könnte ist hingegen ausgeschaltet.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbei spiele beschrarakt.
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Das Stwitzlager für die Abstützung eines hydrostatischen Gleitelementes
auf der festen Stützebene kann auch in beliebiger anderer Weise ausgebildet sein,
die Abstützung muß lediglich geradlinig und parallel zur längsachse des Gleitelementes
selbst sowie senkrecht zu der durch das Zentrum des Gleitelementes und zur Rotationsachse
des Tisches liegenden Geraden verlaufen. Die Anzahl der hydrostatischen Öffnungen
in der Arbeitsfläche des hydrostatischen Gleitelementes kann ebenfalls beliebig
groß sein, es muß lediglich sichergestellt sein, daß diese hydrostatischen Öffnungen
zu der zwischen dem Gleitelement und der Stützebene gebildeten Berührungslinie symmetrisch
liegen, wenn der rotierbare Tisch1 , die Arbeitsfläche 9 des Gleitelementes 5 und
die Stützebene selbst zueinander parallel sind.