DE2304241B2 - Hydrostatisches Axial-Radiallager - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein hydrostatisches Axial-Radiallager für eine Spindel, die mit einem zylindrischen Abschnitt eine kurze zylindrische Bohrung des Lagerkörpers mit Spiel durchgreift und den Lagerkörper, anschließend an seine zylindrische Bohrimg, beidseitig jeweils mit einer Lagerfliiehc entlang einer ihr in der Form entsprechenden Lagerfliiehc umgreift, wobei die Lagerflächen eines der beiden jeweils einen vom Druckmittel durchströmten l.agerspalt leidenden Lagerfläehcnpaare als /um Milderen Lagerflächenpaar hin gewölbte abgestumpfte Teilkugel mit dem Mittelpunkt auf der I.agerachsj ausgebildet sind.

Ein eingangs genanntes Axial-Radiallager ist beispielsweise mit der US-PS 3537763 bekanntgeworden. Bei diesem bekannten Lager wirken zwei gegenüberliegende kugelige Lagerflächen mit verengtem Einlaß für das Druckmittel zusammen, wobei die Lagerflächen durch das Gewicht einer Befestigungsplatte für einen Präzisionsdrehtisch oder dergleichen vorbelastet sind. Bei diesem bekannten Aufbau ist jedes sphärische Lager aufgrund der radialen und axialen Kraftkomponenten, die durch die relativ schräge Kraft des Druckmittels an den sphärischen Oberflächen erzeugt werden, sowohl ein Radial- als auch ein Axiallager. Die einander gegenüberliegenden Paare der sphärischen Lager bilden demzufolge zwei Rats diallager und zwei Axiallager, so daß das Lager insgesamtstatisch und dynamisch überbestimmt ist. Wegen dieser Überbestimmtheit ist das Lager auch relativ nur kostenaufwendig herzustellen und vereinfaehungsbedürftig. Nachteil dieses Lagers ist im übrigen, daß bei sphärischen Lagern mit beschränktem Einlaß eine schlechte radiale Steifigkeit gegeben ist.

Mit der US-PS 3391965 ist ein weiteres Lager bekanntgeworden, bei dem zwei gegenüberliegende Paare von konischen Lagern mit verengtem Auslaß verwendet werden. Die verengten Flächen am Auslaß der konischen Lager dienen dabei als Hilfslagerflächen und sind schräg in bezug auf die radialen und axialen Richtungen, so daß weder die radiale noch die axiale Rückstellkomponente hundert Prozent der senkrecht zur Lagerfläche wirkenden Kraft erreichen können. Die Hauptlagerflächen sind als benachbarte Paare zwischen den konischen Lagern und parallel zur Achse einer kreisförmigen Welle angeordnet, welche die inneren Elemente der konischen Lager trägt. Somit ergeben sich bei diesem Aufbau nahezu die gleichen Nachteile, wie sie bei der eingangs genannten US-PS 3537763 genannt wurden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein hydrostatisches Axial-Radiallager/er eingangs gcnannten Art so weiterzubilden, daß es wesentlich einfacher hergestellt werden kann, daß eine statische übcrbcstimmthcit entfällt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß

a) die abgestumpfte Tcilkugel eine abgestumpfte Halbkugel ist,

b) die Lagerflächen des anderen Lagcrflächcnpaares eben sind,

c) der zwischen den Lagcispaltcn liegende, von der zylindrischen Bohrung des Lagerkörpers und dem zylindrischen Spindelabschnitt gebildete Ringraum, von dem aus die an ihrem Austrittsende für das Druckmittel verengten Lagerspalte entlang ihres gesamten Umfangs mit Druckmittel beaufschlagt sind, an die Druckmittelzufuhr

(Anschluß) angeschlossen ist.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Austritt des Druckmittels hier genau in axialer Richtung erfolgt und an dein Schublager mi genau in radialer Richtung wirkt.

Dadurch ergeben sich radiale und axiale Riickslellkräfte, die hundert Prozent der an den Lagerflächen wirkenden Kräfle ausmachen. Außerdem weiden redundante Komponenten der bekannten I .agcraufhaii- <ö ten bei Erreichung gleicher oder sogar besserer Ergebnisse vermieden, wobei ein weniger komplexer Aufbau mit größerer Wirksamkeit erhalten wird. Das erfmdung.sgemäße hydrostatische Spindellager weist

somit nur ein Radiallagei und ein Schub- bzw. Axiallager auf, welche selbstausrichtend und selbsteinstellend sind und einander reicht behindern.

Das durch die zusammenwirkenden ebenen Flächen der Welle und des Gehäuses gebildete Schublager wird durch das beschränkte Spiel an dem Außenumfang gesteuert. Es erzeugt daher ein maximales Richtmoment gegen Kräfte, weiche dazu neigen, es zu kippen. Dai» sphärische Lager ist gegenüber axialen Bewegungen relativ unempfindlich, weil seine empfindlichen Oberflächenbereiche im allgemeinen parallel zur Achse verlaufen. Ähnlich ist das Schublager gegenüber radialen Bewegungen nicht empfindlich, weil seine maßgeblichen Oberflächenbereiche im allgemeinen in der Radialebene liegen. Die entsprechenden Lager sind steif und der Aufbau ist starr, so daß die hydrostatisch gelagerte Spindel sich selbst ausrichtet, die Lager keine Wechselwirkung aufeinander ausüben und die größte Herstellungsgenauigkeit in schmalen Bereichen an den Auslaßkanten erforderlich ist.

Nachteilig bei den bisherigen Lagera^ordnungen gemäß dem Stand der Technik ist, daß bei derartigen, aus Paaren ähnlicher Lager in Tandemanordnung bestehenden Anordnungen jedes zusätzliche Lager im Betrieb mehr Geld kostet, weil es mehr Strömungsmittel verbraucht. Lagerpaare erfordern höhere Baukosten auf Grund der während der Herstellung notwendigen Ausrichtung und Einstellung. Wenn zwei Lager denselben Freiheitsgrad steuern, ist die Leistungsfähigkeit auf Grund der Wechselwirkung zwischen ihnen ungleich, wenn irgendwelche Herstellungstoleranzen die Symmetrie beeinflußt haben.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer hydrostatisch gelagerten Spindel mit beschränktem Auslaß.

Im folgenden wird auf die Zeichnung Bezug genommen, ^;n welcher eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer hydrostatisch gelagerten Spindel die wichtigen Einzelheiten eines Ausführungsbcispiels zeigt; die selbstausrichtenden Merkmale der Spindel sind gegeben. Das Gehäuse 11 hat eine konkave sphärische Lagerflächc 12 mit einem Kugelmhtelpunkt 13 in der EIx nc einer Fläche 14 des Gehäuses. Die gegenüberliegende Lagerfläche 13 des Gehäuses ist eine sorgfältig bearbeitete Ebene, die ungefähr parallel zur Fläche 14 verläuft. Die Achse der Spindel wird du rc': die Linie durch den Kugelmit-(clpunkt 13 des konkaven sphärischen Abschnitts bestimmt t.-nd steht senkrecht zur ebenen Lagerfläche 15.

Eine Bohrung 16 ist im Gehäuse angebracht, die ungefähr konzentrisch zur Spindelach.se verläuft und die sphärische Lagerflächc im Bereich des Kreises von (i5° Breite schneidet. Die Bohrung hat eine Länge, die ungefähr 20% der Gchäuscdickc gemessen entlang der Spindclachsc entspricht. Es ist festzustellen, daß bei der Bearbeitung des Gehäuses keine kritischen Toleranzen für Entfernung oder Ausrichtung /wischen Flächen bestehen. Tatsächlich muß der sphärische Mittelpunkt nicht exakt in der Ebene der !•lache 14 des Gehäuses 11 liegen, dieses wird durch tlie kurze Linie bei 13 dargestellt.

Die Welle 17 isi wie ein Trichter geformt, sie paßt mit einem radialen Spi I von wenig mehr als 0,025 mm

an ihren beiden Lagerflächen und entlang der Bohrung 16 in das Gehäuse, Die Schubp'atte 18 ist fest auf der Welle befestigt, wobei ihre Lagerfläche in einer Ebene normal zur Achse liegt, und gegen eine Schulter der Welle, die gerade über die Fläche des Gehäuses hinausragt, welche die Lagerfläche 15 bildet. Die axiale Entfernung zwischen der Schulter υπό der äußeren Fläche 19 der Welle am nach außen erweiterten Ende ist gerade ein wenig geringer als die Gehäusedicke zwischen den Flächen 14 und 15. Die Fläche 19 liegt gerade unterhalb der Fläche 14 des Gehäuses, wenn die Schubplatte an der Fläche 14 des Gehäuses anliegt.

Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Lagerflächen auf der Welle undurchlässige, flexible Membranen, weiche durch die Welle an ihren Umfangen getragen werden. Die unter den Membranen liegenden Abschnitte schaffen entsprechende Zwischenräume zur Anpassung an Einwärtsverformungen der Membranen, die durch den Druck des au«·, der Spindel durch die entsprechenden Lagerspw'e ausfließenden schmierenden Druckmittels verursacht werden. Die sphärische Ringmembran 20 ist eine eine Zone einer Halbkugel bildende Schale, die außerhalb des sich erweiternden Abschnitts der Welle angebracht ist. Ihre Außenfläche paßt eng an die konkave sphärische Lagerfläche mit einem Spiel im äquatorialen Abschnitt von 0,005-0,0076 mm. Die Schublagermembran 21 ist eine dünne flache Beilage, die scheibenförmig geformt ist und deren äußere Fläche so ausgebildet ist, daß sie sehr flach ist, so daß sie mit der ebenen Fläche 15 zusammenpaßt.

Die Lager werden in Betrieb gesetzt, indem Druckmittel durch geeignete Kanäle 24 und Anschlüsse 25 in die Bohrung 16 zwischen die Welle und das Gehäuse 11 gebracht wird. Dieses Spiel ist ungefähr 5mal so groß wie das normale Spiel zwischen Lagerflächen, wenn die Spindel in Betrieb ist. Der hydraulische Widerstand im Spielbereich zwischen der Welle und der Bohrung 16 ist im Vergleich zum Widerstand entlang dT Hauptlagerbereiche und an den Auslässen so klein, daß kein wirksamer Verlust des Leitungsdrucks bis zu den Einlaßbereichen vorhanden ist. Die sphärische Lagerflächc ist im Bereich des Einlaßbercichs mit einer kleinen Ausnehmung versehen, um sicherzustellen, daß die induzierte Druckkraft die Schubplatte 18 gegen die damit zusammenwirkende Fläche des Gehäuses 11 drückt und sie dort während des Betriebes hält.

An den Lagerflächen entwickelte Kräfte als Ergebnis des Strömungunitteldrucks wirken normal auf dieselben. Daher wirkt die durch das sphärische Luger entwickelte resultierende Kraft durch den Kugelmit-•elpunkt 13. Dieses Lager kann keine Momente um seinen Mittelpunkt erzeugen. Ähnlich verläuft die Resultierende, durch das Schublager entwickelte Kraft entlang der Spindelachse und durch den Kugelmittclpunkt 13. Das Schublagcr kann ein Moment um die sphärische Λ disc entwickeln, wenn die Schubplatte 18 relativ zur ebenen Lagerflächc 15 des Gehäuses gekippt ist. Das sphärische Lager hat keine merkliehe axiale Steifigkeit und das Schulilager keine radial·.· Steifigkeit. Im Falle des steifen Aufhaus aus Welle und Schutzplatte wirken das sphärische und das Schublager /ur.aii men, um jeder Kombination von Kräften und Momenten auf die Welle, ausgenommen Momenten um die Spindelachse, zu widerstehen

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hydrostatisches Axial-Radiallager für eine Spindel, die mit einem zylindrischen Abschnitt eine kurze zylindrische Bohrung des Lagerkörpers mit Spiel durchgreift und den Lagerkörper, anschließend an seine zylindrische Bohrung, beidseitig jeweils mit einer Lagerfläche entlang einer ihr in der Form entsprechenden Lagerfläche umgreift, wobei die Lagerflächen eines der beiden jeweils einen vom Druckmittel durchströmten Lagerspalt bildenden Lagerflächenpaare als zum anderen Lagerflächenpaar hin gewölbte abgestumpfte Teilkugel mit dem Mittelpunkt auf der Lagerachse ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die abgestumpfte Teilkugel eine abgestumpfte Halbkugel ist,

b) die i.agerf lachen (15) des anderen Lagerflächenpaares eben sind,

c) der zwischen den Lagerspalten liegende, von der zylindrischen Bohrung des Lagerkörpers und dem zylindrischen Spindelabschnitt gebildete Ringraum, von dem aus die an ihrem Austrittsende für das Druckmittel verengten Lagerspalte entlang ihres gesamten Umfangs mit Druckmittel beaufschlagt sind, an die Druckmittelzufuhr (Anschluß 25) angeschlossen ist.

2. Hydrostatisches Axial-Radiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die teilkugelige Lagerfläche ^12) der Spindel von einer mit ihren beiden Rändern :<n der Spindel befestigten und nur an ihren Rändern gegen die Spindel abgestützten druckmittelundurchlässigen flexiblen Rirtgmembran (20) gebildet ist.

3. Hydrostatisches Axial-Radiallager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (17) der Spindel eine undurchlässige, flexible Schublager-Membrane (21) aufweist, die als dünne, flache Scheibe ausgebildet ist, und eine Seite der Scheibe die ebene Lagerfläche (15) der Welle (17) bildet, und die andere Seite der Scheibe an erhabenen ringförmigen Vorsprüngen der Welle befestigt ist.

4. Hydrostatisches Axial-Radiallager nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schublagcrmembran (21) der Welle (17) an einer Schubplatte (18) befestigt ist, die einen zylindrischen Abschnitt der Welle außerhalb des Gehäuses (11) freigibt.