DE3831676C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Lagerung zur Aufnahme von horizontalen und vertikalen Lägerkräften für einen entlang zweier im parallelen Abstand zueinander angeordneter Führungsschienen bewegbaren Schlitten mit darauf gelagerten Lagerelementen mit Drucktaschen, die den Führungsflächen der Führungsschienen zugekehrt sind und wobei die Lagerelemente mit Anschlüssen für Druck­ mittelleitungen, die diese untereinander und mit einer Druckquelle verbinden sowie mit von den Anschlüssen ausgehenden und in den Drucktaschen mündenden Kanälen versehen sind.

Bei derartigen hydrostatischen Lagerungen (US 45 06 935) ist es bekannt, in den zur Führung entlang einer Führungsschiene vorgesehenen Schlitten die Drucktaschen in Büchsen einzuarbeiten und diese in Bohrungen des Schlit­ tens einzusetzen und die Druckmittelkanäle in dem Schlit­ ten selbst vorzusehen.

Ferner ist es bekannt für die Aufnahme von Horizontal­ kräften und Vertikalkräften getrennte Drucktaschen in rechtwinklig zueinander stehenden Flächen anzuordnen (GB 21 64 275 B).

Für einen neuen Anwendungsfall ist jeweils wieder eine neue Ausführung der an der Führung beteiligten Elemente erforderlich. Darüber hinaus ist die Bearbeitung aufwendig, da die Drucktaschen und Kanäle unmittelbar am Schlitten erzeugt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerung vorzuschlagen, die bei den verschiedensten Einsatzfällen angewendet werden kann, ohne daß eine besondere Anpassung erforderlich ist oder wesentliche Bearbeitungen an den Schlitten, die gelagert werden sollen, auszuführen sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Führungsschiene einen Befestigungsabschnitt und einen Führungsabschnitt aufweist, wobei die Führungsflächen des Führungsabschnittes und eine gedachte Verbindungsfläche zwischen diesem und dem Befestigungsabschnitt im Quer­ schnitt einen Mehrkant, insbesondere einen Sechskant bil­ den, daß geschlitzte Tragelemente mit dem Schlitten als separate Bauteile lösbar verbunden sind, in welche jeweils ein separates, die Drucktaschen aufweisendes Lagerele­ ment eingesetzt ist, welche die Führungsflächen überdecken.

Durch die vorgeschlagene Ausbildung, die Drucktaschen getrennten Tragelementen zuzuordnen und nicht mehr un­ mittelbar in den Schlitten einzubringen, ist es möglich, eine an die verschiedensten Einsatzfälle anpaßbare Lage­ rung vorzusehen. Es können also standardisierte Tragele­ mente erstellt werden, die an ebenfalls getrennten und an das Maschinenbett anzubringenden Führungsschienen entlang bewegbar sind. Je nach den Auflageverhältnissen können dem zu führenden Schlitten drei oder mehr Tragelemente mit Drucktaschen zugeordnet werden. Voraussetzung ist, daß die Drucktaschen der verschiedenen Tragelemente untereinander in Verbindung stehen, so daß sich ein gleichmäßiger Druck aufbauen und gleiche Spielverhältnisse gegenüber den Führungsschienen einstellen können.

Durch die zusätzliche Anordnung von Lagerelementen in den Tragelementen, denen dann die Drucktaschen unmittelbar zugeordnet sind, ist es möglich, die Lagerelemente aus einem anderen Werkstoff herzustellen als die Tragelemente. Bevorzugt kommt hierfür ein Werkstoff in Frage, der bes­ sere Gleiteigenschaften aufweist. Bevorzugt ist ein Sechskant vorgesehen, weil dieser für die unterschiedlichsten Krafteinleitungsrichtungen besonders günstig ist. Es ist jedoch auch denkbar einen Vierkant zu wählen, so daß die Führungsschiene als H-Profil gestaltet ist.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Kantenlängen zweier gegenüberliegender Flächen des Sechskantes, von denen eine die gedachte Verbindungsfläche ist, größer ist, als die Kantenlängen der gleichlangen Kanten der restlichen vier Führungsflächen. Hierdurch wird erreicht, daß in einer Richtung eine höhere Auflast übernommen werden kann.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, die Lagerelemente als biegbare Platten geringerer Materialstärke auszubilden und aus einem Trockenlaufeigenschaften aufweisenden Gleitlagerwerkstoff herzustellen, wobei die Drucktaschen vor dem Biegen eingeformt sind.

Durch eine solche Ausbildung wird eine gute Notlauf­ eigenschaft erreicht. Aufgrund der Trennung der Lager­ elemente von den Tragelementen ist ein weicherer Werkstoff einsetzbar, der die gewünschten Trockenlaufeigenschaften aufweist. Es kann trotzdem eine gute Führungsqualität aufgrund der Festigkeit und Genauigkeit der Tragelemente erreicht werden.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß je Lager­ element eine alle Führungsflächen überdeckende Drucktasche vorgesehen ist.

Ferner ist vorgeschlagen, daß das Lagerelement mit einer im Abstand zur Begrenzungskante der Drucktasche um diese umlaufend angeordneten, zu den Führungsflächen offene Sammelnut versehen ist, welche mit einer Sammelleitung verbunden ist.

Für den Fall, daß Druckmittel austritt, wird dieses über die Sammelleitung wieder zurückgeführt und kann nach Regenerierung wieder in den Druckmittelkreislauf einge­ geben werden. Außerdem können Leckagen durch Messung der rücklaufenden Druckmittelmenge festgestellt werden. Wird die zulässige Menge überschritten, hat sich der Spalt, der sich zwischen den Führungsflächen und der Lauffläche des Lagerlementes eingestellt hat, unzulässig vergrößert. Die Sammelleitung kann bespielsweise an eine Saugpumpe angeschlossen werden, um die Rückführung zu erleichtern.

Zur Vergrößerung des Traganteiles der Führungsflächen und der entsprechenden Laufflächen des Lagerelementes kann ferner vorgesehen sein, daß die Führungsschiene im Bereich des Befestigungsabschnittes mit zwei weiteren Zusatz­ führungsflächen versehen ist, die im Winkel zu den an­ grenzenden Führungsflächen angeordnet sind.

Dabei ist bevorzugt vorgesehen, daß der eingeschlossene Winkel zwischen den Zusatzführungsflächen und den angrenzenden Führungsflächen maximal 90° beträgt.

Zur Verbesserung der Trageigenschaften und der Führ­ ungsqualität ist vorgesehen, daß die Tragfläche der Lauffläche des Lagerelementes insbesondere im drucklosen Zustand mit Vorspannung an den Führungsflächen anliegt. Eine solche Ausgestaltung ist aufgrund der Trennung der an der Führung beteiligten Bauteile, und zwar insbesondere in ein Lagerelement und Tragelement möglich. Die für die guten Laufeigenschaften nötige Spalteinstellung kann durch Einlaufen des Lager­ elementes gegenüber der Führungsschiene beziehungsweise den Führungsflächen der Führungsschiene erreicht werden. Durch Abnutzung stellen sich die günstigsten Spiele ein.

Eine solche Einlaufeigenschaft ist bei der Lösung nach dem Stand der Technik nicht möglich, da die Drucktaschen unmittelbar jeweils in den Führungsschlitten angebracht sind und dieser die nötige Festigkeit für die Trageigen­ schaften insgesamt aufweisen muß, während bei der Aus­ bildung nach der Erfindung die nötige Festigkeit durch das Tragelement erreicht wird, während das Lagerelement zur Erreichung der optimalen Lagereigenschaften ausge­ bildet sein kann.

Bevorzugt wird vorgeschlagen, daß die Drucktasche einen Flächenanteil von etwa 70% bis 90% der den Führungsflächen und Zusatzführungsflächen zugewandten Fläche des Lager­ elementes einnimmt. Eine solche Ausbildung gewährleistet, daß ein genügend großer Flächenanteil des Lagerlementes zur Verfügung steht, wenn sich die Anordnung in Ruhe befindet, das heißt kein Druck aufgebracht ist.

Durch die umlaufende Taschenausbildung, das heißt, dadurch daß die Drucköltasche sämtliche Führungsflächen überdeckt und nicht unterteilt ist, wird auf jeden Fall gewähr­ leistet, daß zu allen Führungsflächen gleicher Druck herrscht und damit eine gleichmäßige Spieleinstellung erreicht wird.

Die Montage mit Vorspannung gewährleistet darüber hinaus, daß im Ruhezustand keine Verluste eintreten, die über das normale Maß hinausgehen, da dann, wenn kein Druck anliegt der Spalt sich verringert, während dann, wenn ein Druck auf das Druckmittel aufgegeben wird, das Tragelement sich aufgrund seiner c-förmigen Ausbildung weitet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Fertigmaß des Führungsquerschnittes der Lauffläche des Lagerelementes durch Räumen nach Befestigung desselben in dem zugehörigen Tragelement erzeugt ist.

Es ist hierdurch möglich, die gewünschten Führungseigen­ schaften zu erreichen. Das Lagerelement kann zunächst auf ein Ungefähr-Maß hergestellt werden und die nötige Führungsqualität wird nach der Montage des Lager­ elementes in dem Tragelement erreicht. Dadurch, daß das Lagerelement aus einem weicheren Werkstoff hergestellt ist als das Tragelement, ist das Räumen im weichen Werkstoff auch einfacher möglich, als beispielsweise in einem Schlitten, in dem die Drucktaschen unmittelbar angebracht sind.

Es können also bessere Führungsqualitäten erreicht werden. Darüber hinaus hat auch das Räumen einen Vorteil insofern, als aufgrund der Bearbeitung entstehende Bearbeitungs­ riefen in Richtung der Führungsbewegung des Tragelementes an der Führungsschiene verlaufen, also keine zusätzliche Reibung erzeugen. Schließlich vereinfacht sich durch diese Ausbildung und Bearbeitung die Herstellung der einzelnen Tragelemente. Es kann auch noch zusätzlich ein weiterer Arbeitsgang folgen, bei dem beispielsweise eine spezielle Führungsschiene benutzt wird, um den Führungsquerschnitt und damit die Tragflächenanteile des Lagerelementes im Wege der Kaltumformung zu glätten.

Bevorzugt beträgt die Drucktaschentiefe 0,5 bis 1 mm.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Lagerung mit vier Tragelementen,

Fig. 2 ein einzelnes auf einer Führungsschiene gelagertes Tragelement,

Fig. 3 ein Tragelement mit Lagerelement,

Fig. 4 eine Führungsschiene,

Fig. 5 eine Abwicklung eines Lagerelementes und

Fig. 6 eine Anordnung mit Zusatzführungsflächen.

Fig. 1 zeigt eine Lagerung 1 eines Schlittens 2, welcher den Werkstückaufnahmetisch beispielsweise einer Fräs­ maschine darstellt. Dem Schlitten 2 sind vier Tragelemente 5 zugeordnet, welche entlang den Führungsschienen 3 verschiebbar angeordnet sind. Die Tragelemente 5 sind als jeweils separate hydrostatische Lagerungen ausgebildet, die je nach Belieben in einer größeren oder kleineren Anzahl einem Schlitten 2 zugeordnet werden können.

Die einzelnen Tragelemente 5 sind über Druckmittelleitungen 21 an eine Druckquelle 16 angeschlossen. Die Ausbildung der einzelnen Tragelemente 5 und der Führungsschienen 3 ist anhand der Fig. 2 bis 6 näher beschrieben.

Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich, besitzt die Führungsschiene 3 einen Führungsabschnitt 8 und einen Befestigungsabschnitt 7. Der Führungsabschnitt 8 umfaßt fünf Flächen. Im Querschnitt gesehen sind die Füh­ rungsflächen 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, 9 e Teil eines Sechsecks, wobei die gedachte Verbindungsfläche 11 zwischen Befestigungsabschnitt 7 und Tragführungsabschnitt 8 im Querschnitt eine Kante des Sechskantes bildet, dem die Führungsfläche 9 c gegenüberliegt. Diese beiden Flächen weisen bevorzugt Kantenlängen auf, die größer bemessen sind, als die der übrigen vier Führungsflächen 9 a, 9 b, 9 d und 9 e.

Wie aus Fig. 4 und 6 ersichtlich, ist es möglich, auch noch zwei Zusatzführungsflächen 10 a, 10 b vorzusehen, die unmittelbar am Befestigungsabschnitt 7 angeordnet sind. Diese beiden Zusatzführungsflächen 10 a, 10 b können unmittelbar an eine der Führungsflächen 9 a und 9 e angrenzen oder aber mit einer Übergangsfläche beabstandet dazu angeordnet sein. Die einander zugewandten Führungsflächen 9 e bzw. 9 a und Zusatzführungsflächen 10 b bzw. 10 a schließen einen Winkel, β ein, der maximal 90° beträgt.

An den Führungsflächen 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, 9 e und den Zusatz­ führungsflächen 10 a und 10 b ist jeweils das Tragelement 5 unter Zwischenschaltung von Lagerelementen 6 verschiebbar gelagert. Die Lagerelemente 6 sind von den Tragelementen 5 getrennte Baueinheiten und in diese eingesetzt. Die Trag­ elemente 5 weisen eine Öffnung auf, die etwa dem zur Füh­ rung vorgesehenen Profil der Führungsschiene 3 ent­ sprechend ausgebildet ist, aber mit entsprechend größeren Abmaßen, um das Lagerelement 6 aufzunehmen. Das Lagerelement 6 ist im abgewickelten Zustand in Fig. 5 dargestellt. Es handelt sich um ein flächiges Gebilde in Form einer Platte dünnerer Materialstärke. Es ist bevor­ zugt aus einem Trockenlaufeigenschaften aufweisenden Gleitmaterialwerkstoff hergestellt. Hierzu kann bei­ spielsweise ein Werkstoff verwendet werden, der unter dem Warenzeichen "Permaglide" vertrieben wird und aus einer gesinterten Kupferlegierung besteht, in die Poly­ tetrafluorethylen-Teilchen eingebettet sind.

Das Lagerelement weist eine Vertiefung in Form einer Drucktasche 13 mit einer Tiefe von 0,5 bis 1 mm auf. Die Drucktasche 13 ist von einer Nut 18 umgeben, die im Abstand zum Rand 22 der Drucktasche 13 verläuft. Die Drucktasche 13 des Lagerelementes 6 steht über einen Kanal 17 und den Anschluß 15 mit der Druckmittelleitung 21 und über diese mit der Druckquelle 16 sowie den anderen Tragelementen 5 in Verbindung. Durch Beaufschlagung der Drucktasche 13 mit Druckmittel erfolgt die Lastaufnahme über den von der Drucktasche 13 eingenommenen Flächenanteil. Es entsteht ein hydrostatisches Kissen, auf dem die Tragelemente 6 und der von ihnen getragene Schlitten 2 entlang der Führungsschienen 3 und deren Führungsflächen 9, 10 bewegbar sind. Die Drucktasche 13 ist den Führungsflächen 9, 10 zugewandt. Die Restfläche des Lagerelementes 6 dient als Notlauffläche und statisch die Auflast aufnehmende Fläche 20 sowie als Dichtungsfläche. Bevorzugt nimmt die Fläche der Drucktasche 13 einen Anteil von etwa 70% bis 90% an der Gesamtfläche des Lagerelementes 6 ein. Das plattenförmige Lagerelement 6 ist separat hergestellt und wird anschließend so verformt, daß es in die Öffnung des Tragelementes 6 einsetzbar ist und die Führungsflächen 9 und Zusatzführungsflächen 10 zumindest teilweise überdeckt, aber auf der verbleibenden Fläche 20 für eine Abdichtung sorgt.

Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, lassen das Lagerelement 6 und Tragelement 5 einen Schlitz 14 frei, aus dem der Befestigungsabschnitt 7 der Führungsschiene 3 herausragt. Die getrennte Bauweise von Lagerelement 6 und Tragelement 5 erlaubt eine günstige Herstellung der Lagerlemente 6 und Anpassung an die nötigen Bautoleranzen, um die nötigen Lagerspiele, die für eine mit geringem Druckmittelver­ lust arbeitende Führung erforderlich sind, bei geringem Fertigungsaufwand. So wird das Lagerelement 6 nach dem Einbringen in das Tragelement 5 durch Räumen an die endgültigen Abmessungen angepaßt. Da ein Räumen in einem relativ weichen Werkstoff durchgeführt wird, ist eine einfache und schnelle Bearbeitung des fertigen Bauteiles möglich. Eventuell entstehende Riefen verlaufen im übrigen in Richtung der Bewegung des Tragelementes 5 an der Führungsschiene 3 und stören wenig. Darüber hinaus tritt 6 weicher ist, als der Grundwerkstoff des Tragelementes 5, welches zur Aufnahme der Lasten ohne nachteilige Verfor­ mung entsprechend starr ausgebildet sein und entsprechende Festigkeiten aufweisen muß. Bevorzugt erfolgt die Bearbeitung durch Räumen so, daß eine Vorspannung entsteht, welche unter Druckbeaufschlagung durch das Druckmittel zumindest teilweise wieder aufgehoben wird, da das Tragelement 5 aufgrund der bügelartigen Konstruktion etwas unter der Belastung aufgeht. Bevorzugt soll sich ein Spiel von wenigen hundertstel Millimetern einstellen. Die aus Fig. 5 und dem Teilschnitt ersichtliche Sammelnut 18 dient dazu, aus den Drucktaschen 13 und aus dem Spalt zwischen der Lauffläche 12 und den Führungsflächen 9, 10 der Führungsschiene 3 austretendes Druckmittel aufzufangen und über den Rückfluß 19 wieder zurückzuführen. Der Rückfluß 19 kann mit einer Saugpumpe verbunden sein, so daß im Sammelkanal 18 ein Unterdruck anliegt. Der Druckbereich, der für die Druckbeaufschlagung der Drucktaschen 13 vorgesehen ist, liegt je nach Belastungsfall etwa zwischen 20 und 100 bar. Die Zusatzführungsflächen 10 a und 10 b sind nicht unbedingt erforderlich, sondern nur dann vorzusehen, wenn eine höhere Lagerkapazität gefordert ist. Die durchgehende Ausbildung der Drucktasche 13, also deren Erstreckung über alle beteiligten Führungsflächen 9, 10, hat den Vorteil, daß eine zentrische Ausrichtung des Tragelementes 5 gegenüber der Führungsschiene 3 erfolgt. Die Montage mit Vorspannung hat den Vorteil, daß auch im Ruhezustand, wenn die Drucktaschen 13 drucklos ist, die Ausrichtung des Schlittens 2 über die Tragelemente 5 beibehalten bleibt und darüber hinaus sich die restlichen Tragflächen 2 eng an die Führungsflächen 9, 10 anlegen. Hierdurch wird verhindert, daß Druckmittel, obwohl drucklos, im Ruhestand austreten kann.

Bezugszeichenliste

1 Lagerung
2 Schlitten
3 Führungschiene
4 Maschinengestell
5 Tragelement
6 Lagerelement
7 Befestigungsabschnitt
8 Führungsabschnitt
9 a,
b, c,
d, e Führungsflächen
10 a, b Zusatzführungsflächen
11 gedachte Verbindungsfläche
12 Lauffläche
13 Drucktasche
14 Schlitz im Tragelement
15 Anschluß für Druckmittelleitung
16 Druckquelle
17 Kanäle
18 Sammelnut
19 Sammelleitung
20 Tragfläche
21 Druckmittelleitung
22 Begrenzungskante
β Winkel

Claims (11)

1. Hydrostatische Lagerung zur Aufnahme von horizontalen und vertikalen Lagerkräften für einen entlang zweier im parallelen Abstand zueinander angeordneter Füh­ rungsschienen bewegbaren Schlitten mit darauf gelager­ ten Lagerelementen mit Drucktaschen, die den Führungs­ flächen der Führungsschienen zugekehrt sind und wobei die Lagerelemente mit Anschlüssen für Druckmittel­ leitungen, die diese untereinander und mit einer Druckquelle verbinden sowie mit von den Anschlüssen ausgehenden und in den Drucktaschen mündenden Kanälen versehen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Führungsschiene (3) einen Befestigungsab­ schnitt (7) und einen Führungsabschnitt (8) aufweist, wobei die Führungsflächen (9 a, b, c, d, e) des Führungsab­ schnittes (8) und eine gedachte Verbindungsfläche (11) zwischen diesem und dem Befestigungsabschnitt (7) im Querschnitt einen Mehrkant, insbesondere einen Sechskant bilden, daß geschlitzte Tragelemente (5) mit dem Schlitten (2) als separate Bauteile lösbar verbunden sind, in welche jeweils ein separates, die Drucktaschen (13) aufweisendes Lagerelement (6) einge­ setzt ist, welche die Führungsflächen (9 a, b, c, d, e) überdecken.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Querschnitt die Kantenlängen zweier gegenüber­ liegender Flächen (9 c, 11) des Sechskantes, von denen eine die gedachte Verbindungsfläche (11) ist, größer ist, als die Kantenlängen der gleichlangen Kanten der restlichen vier Führungsflächen (9 a, b, d, e).

3. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente (6) als biegbare Platten geringerer Materialstärke ausgebildet sind und aus einem Trockenlaufeigenschaften aufweisenden Gleit­ lagerwerkstoff bestehen, in die die Drucktasche (13) vor dem Biegen eingeformt ist.

4. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je Lagerelement (6) eine alle Führungsflächen (9, 10) überdeckende Drucktasche (13) vorgesehen ist.

5. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (6) mit einer im Abstand zur Begrenzungskante (22) der Drucktasche (13) um diese umlaufend angeordnete zu den Führungsflächen (9, 10) offenen Sammelnut (18) versehen ist, welche mit einer Sammelleitung (19) verbunden ist.

6. Lagerung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (3) im Bereich des Befesti­ gungsabschnittes (7) mit zwei weiteren Zusatz­ führungsflächen (10 a, 10 b) versehen ist, die im Winkel (β) zu den angrenzenden Führungsflächen (9 a, 9 e) angeordnet sind.

7. Lagerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Zusatzführungsfläche (10 a, 10 b) und die angrenzende Führungsfläche (9 a, 9 b) einen Winkel (β) von maximal 90° zwischen sich einschließen.

8. Lagerung nach den Ansprüchen 1 oder 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfläche (20) der Lauffläche (12) des Lagerelementes (6), insbesondere in drucklosem Zustand mit Vorspannung an den Führungsflächen (9, 10) anliegt.

9. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucktasche (13) einen Flächenanteil von etwa 70% bis 90% der den Führungsflächen (9) und Zusatzführungsflächen (10) zugewandten Fläche des Lagerelementes (6) einnimmt.

10. Lagerung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fertigmaß des Führungsquerschnittes der Lauffläche (12) des Lagerelementes (6) durch Räumen nach Befestigung desselben im zugehörigen Tragelement (5) erzeugt ist.

11. Lagerung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucktaschen (13) 0,5 bis 1 mm tief sind.