DE2304241C3 - 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 Bohrung, beidseitig jeweils mit einer Lagerfläche entlang einer ihr in der Form entsprechenden Lagerfläehe umgreift, wobei die Lagerflächen eines der beiden jeweils einen vom Druckmittel durchströmten Lagerspnlt bildenden Lagerflächenpaare als zum anderen Lagcrflächenpiiar hin gewölbte abgestumpfte Teilkugel mit dem Mittelpunkt auf der Lagerachse 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 axia-

M) len Kraftkomponenten, die durch die relativ _,chräge 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 Radiallager und zwei Axiallager, so daß das Lager insgesamt statisch und dynamisch überbestimmt ist. Wegen dieser Überbestimmtheit ist das Lager auch relativ nur kostenaufwendig herzustellen und vereinfachungsbedürftig. Nachteil dieses Lagers ist im übrigen, daß bei

2(i 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 Lagerfläehe 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 der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß es wesentlich einfacher hergestellt werden kann und daß eine statische Überbestimmtheit entfällt.

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

a) die abgestumpfte Teilkugel eine abgestumpfte Halbkugel ist,

b) die Lagerflächen des anderen Lagerflächenpaares eben sind,

c) der zwischen den Lagerspalten liegende, von der 5Ii 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 dem Schublager AO genau in radialer Richtung wirkt.

Dadurch ergeben sich radiale und axiale Rückstellkräfte, die hundert Prozent der an den Lagerflächen wirkenden Kräfte ausmachen. Außerdem werden redundante Komponenten der bekannten Lageraufbau-Λ5 ten bei Erreichung gleicher oder sogar besserer Ergebnisse vermieden, wobei ein weniger komplexer Aufbau mit größerer Wirksamkeit erhalten wird. Das erfindungsgemäße hydrostatische Spindellager weist

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

Das durch die zusammenwirkenden ebenen Flächen der Welle und des Gehäuses gebildete Schubla- s ger wird durch das beschränkte Spiel an dem Außenumfang gesteuert. Es erzeugt daher ein maximales Richtmoment gegen Kräfte, welche dazu neigen, es zu kippen. Das sphärische Lager ist gegenüber axialen Bewegungen relativ unempfindlich, weil seine emp- in findlichen 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 entspre- is chenden Lager sind steif und der Aufbau ist starr, so daß die hydrostatisch gelagerte Spindel sich selbst ausrichtet, dietager keine Wechselwirkung aufeinander ausüben und die größte Herstellungsgenauigkeit in schmalen Bereichen an den Auslaßkanten erforderlich ist.

Nachteilig bei den bisherigen Lageranordnungen gemäß dem Stand der Technik ist, daß bei derartigen, aus Paaren ähnlicher Lager in Tandemanorunung bestehenden Anordnungen jedes zusätzliche !.ager 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 auf die Zeichnung Bezug genommen, in welcher eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer hydrostatisch gelagerten Spindel die wichtigen Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels zeigt; die selbstausrichtenden Merkmale der Spindel sind gegeben. Das Gehäuse 11 hat eine konkave sphärische Lagerfläche 12 mit einem Kugelmittelpunkt 13 in der Ebene einer Fläche 14 des Gehäuses. Die gegenüberliegende Lagerfläche 15 des Gehäuses ist eine sorgfältig bearbeitete Ebene, die ungefähr parallel zur Fläche 14 verläuft. Die Achse der Spindel wird durch die Linie durch den Kugelmittelpunkt 13 des konkaven sphärischen Abschnitts bestimmt und steht senkrecht zur ebenen Lagerfläche 15.

Eine Bohrung 16 ist im Gehäuse angebracht, die ungefähr konzentrisch zur Spindelachse verläuft und die sphärische Lagerfläche im Bereich des Kreises von 65° Breite schneidet. Die Bohrung hat eine Länge, die ungefähr 20% der Gehäusedicke gemessen entlang der Spindelachse entspricht. Es ist festzustellen, daß bei der Bearbeitung des Gehäuses keine kritisehen Toleranzen für Entfernung oder Ausrichtung zwischen Flächen bestehen. Tatsächlich muß der sphärische Mittelpunkt nicht exakt in der Ebene der Fläche 14 des Gehäuses 11 liegen, dieses wird durch die kurze Linie bei 13 dargestellt. en

Die Welle 17 ist wie ein Trichter geformt, sie paß« mit einem radialen Spiel von wenig mehr als 0,025 mm an ihren beiden Lagerflächen und entlang der Bohrung 16 in das Gehäuse. Die Schubplatte 18 ist fest auf der Welle befestigt, wobei ihre Lagerfläche in ei- fts ner 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 und 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 aus der Spindel durch die entsprechenden Lagerspiele ausfließenden schmierenden Druckmittels verursacht werden. Die sphärische Ringniembran 20 ist eine eine Zone einer Halbkugel bildende Schale, die außerhalb des sich erweiternden Abschnitts der Welle *, gebracht ist. Ihre Außenfläche pißt 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 der Hauptlagerbereiche und an den Auslässen so klein, daß kein wirksamer Verlust des Leitungsdrucks bis zu den Einlaßbereichen vorhanden ist. Die sphärische Lagerfläche ist im Bereich des Einlaßbereichs 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 Strömungsmitteldrucks wirken normal auf dieselben. Daher wirkt die durch das sphärische Lager entwickelte resultierende Kraft durch den Kugelmittelpunkt 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 Kugelmittelpunkt 13. Das Schublager kann ein Moment um die sphärische Achse entwickeln, wenn die Schubplatte 18 relativ jrur ebenen Lagerfläche ί5 des Gehäuses gekippt ist. Das sphärische Lager hat keine merkliche axiale Steifigkeit und das Schublager keine radiale Steifigkeit. Im Falle des steifen Aufbaus aus; Welle und Schubylatte wirken das sphärische und das Schublager zusammen, um jeder Kombination von Kräften und Momenten auf die Welle, ausgenommen Momenten um die Spindelachse, zu widerstehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hydrostatisches Axial-Radiallager für eine Spinde!, die mit einem zylindrischen Abschnitt eine kurze zylindrische Bohrung ties 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 Lagerflächen (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 Lagertläche (12) der Spindel von einer mit ihren beiden Rändern an de? Spindel befestigten und nur an ihren Rändevn gegen die Spindel abgestützten druckmittelundurcfassigen flexiblen Ringmembran (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 Schublagermembran (21) der Welle (17) an einer Schubplatte (18) befestigt ist, die einen zylindrischen Abschnitt der Welle außerhalb des Oehäuses (11) freigibt.