DE1149591B - Druckfluessigkeitslagerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckflüssigkeitslagerung für einen auf Gleitschienen gleitenden, durch Kräfte belasteten Schlitten bei einer Werkzeugmaschine oder einem anderen auf einer langgestreckten Führung gleitenden Teil, der zwischen paarweise gegenüberliegenden Flächen geführt wird, zwischen die über Ausnehmungen in den zusammenarbeitenden Gleitflächen eine Druckflüssigkeit eingeführt wird, die zwischen den zusammenarbeitenden Gleitflächen in Niederdruckauslässe abfließen kann.

Es ist eine Druckflüssigkeitslagerung dieser Art bei Werkzeugmaschinen bekannt, bei der der Schlitten mittels Führungsleisten in Führungsnuten des Maschinentisches geführt ist. Hier ist von zwei parallelen, an entgegengesetzten Seiten einer Führungsleiste des Schlittens befindlichen Gleitflächen nur eine unmittelbar mit Drucköl gespeist, während die andere Drucköl von dieser aus über einen Kanal erhält, in den das Öl über den Spalt zwischen den miteinander zusammenwirkenden Gleitflächen von Führungsschiene und -leiste gelangt. Beide Seiten beeinflussen sich daher gegenseitig. Ändert sich der Öldruck auf der einen Seite, so erfährt er auf der anderen Seite eine Änderung im gleichen Sinn. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß sich bei Verschieben des Schlittens infolge äußerer Krafteinwirkung in der einen oder anderen Richtung die durch das Drucköl auf der einen Seite ausgeübte Kraft im stärkeren Maße zu- oder abnimmt als auf der anderen Seite, so daß sich eine der äußeren Kraft entgegenwirkende resultierende Öldruckkraft ergibt. Die Öldruckkraftänderungen wirken hier also einander entgegen, so daß sich nur eine verhältnismäßig schwache Rückstellkraft ergibt. Außerdem ist eine Abstimmung der wirksamen Flächen aufeinander sowie der zwischen diesen herrschenden Druckverteilung erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der genannten Art zu schaffen, mit der eine gute Führung und zuverlässige Aufnahme der von außen wirkenden Kräfte erhalten werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ausnehmung bzw. Ausnehmungen jeder Gleitfläche über eine in ihrem Durchlaß vorzugsweise einstellbare Drossel mit der Druckquelle verbunden ist. Das Drucköl fließt von den Ausnehmungen in einem dünnen Film in den Spalt zwischen einander gegenüberliegenden Gleitflächen zu den Niederdruckauslässen, wobei es einen Druckabfall erleidet, der von der Breite des Spalts abhängig ist. Infolge der getrennten ölzuführung zu jedem Spalt und der Wirkung der Drosseln ändert sich der Druckabfall in den Ölfilmen auf entgegengesetzten Seiten der Druckflüssigkeitslagerung

Anmelder:

The Fairey Aviation Company Limited,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 7. Dezember 1956 (Nr. 37 547)

Alexander Flett und John Gregson,

Hayes, Middlesex (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

Führung im umgekehrten Sinn. Wird z. B. der Schlitten von links nach rechts verschoben, so nimmt der Öldruck auf der linken Seite der Führung zu, und zwar maximal bis auf den Zuführangsdruck vor der Drossel, während er auf der rechten Seite abnimmt, und zwar maximal auf den Druck in den Niederdruckauslässen. Somit ergibt sich auf beiden Seiten eine gegen die Verschiebung gerichtete Kraftkomponente, so daß sich eine außerordentlich wirksame und schnelle Rückstellwirkung und damit eine sehr stabile Lagerung ergibt. Durch Änderung des Ölzuführungsdrucks kann die Rückstellkraft beeinflußt und je nach den Anforderungen die Steifigkeit der Führung geändert werden.

Zu den mittels der beschriebenen Anordnung erzielten Vorteilen gehört die Tatsache, daß es nicht notwendig ist, die Lagerflächen des Schlittens und des Betts aus gehärtetem Stahl herzustellen, denn zwischen diesen Teilen findet keine metallische Berührung statt; ein weiterer Vorteil besteht darin, daß es die genaue Bestimmung der Lage des Schlittens gegenüber dem Bett sowie die leichte Bewegbarkeit des Schlittens ermöglicht, große Werkstücke, z. B. Flugzeugtragflächen mit einer Spannweite von etwa 10 m mit hoher Genauigkeit zu bearbeiten.

Die Anordnung kann so getroffen sein, daß die Ausnehmung bzw. Ausnehmungen für die Zuführung der Druckflüssigkeit in der Gleitfläche des gleitenden

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Teils, die Niederdruckauslässe in Form von Rinnen, Kanälen, Kantenabfassungen od. dgl. in der langgestreckten Führung des Bettes od. dgl. vorgesehen sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand sehematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt durch den unteren Teil des Maschinenständers und des Betts

Oberseite der Führungsschienen als Niederdruckauslaßkanäle, in die das Drucköl einströmt, nachdem es zwischen den zusammenarbeitenden Lager- oder Gleitflächen des Schlittens 13 und der Schienen 11 und 12 hindurchgeflossen ist. Die Ausnehmungen 30 können z. B. in einer Längsrichtung nach unten geneigt sein, und es kann an ihrem tiefer liegenden Ende ein Behälter zum Auffangen des entweichenden Öls vorgesehen sein; dasjenige Öl, das in die

einer Fräsmaschine mit senkrechtem Ständer, wobei io durch die Abfasungen 29 gebildeten Längskanäle der Schnitt quer zur Bewegungsrichtung des Ständer- übertritt, kann an beiden Enden des Schlittens 13

austreten und längs der frei liegenden Flächen der Schienen 11 und 12 nach unten in langgestreckte

Schlittens auf dem Bett gelegt ist;

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt einen Teil eines Längsfortsatzes des Schlittens;

Rinnen 31, die zu diesem Zweck an dem Bett 10

Fig. 3 ist ein in größerem Maßstabe gezeichneter 15 vorgesehen sind, ablaufen.

Schnitt durch eine der Drosseln für das unter Druck Das Schmieröl wird einem Behälter 32 durch eine

stehende Schmiermittel; Hochdruckpumpe 33 entnommen, die das Öl in einen

Fig. 4 bis 7 zeigen in Vorderansicht bzw. im Druckbehälter 34 fördert, an den eine Hauptölleitung Schnitt zwei andere in Verbindung mit der Erfindung 35 angeschlossen ist. Ein System von Abzweigleianwendbare Ausführungsformen von Ausnehmungen 20 tungen 36, 37, 38, 39, 40, 41 und 42 steht mit dieser in der Lagerfläche des Schlittens. Hauptölleitung in Verbindung, um das unter hohem

Die in Fig. 1 dargestellte Maschine umfaßt ein Bett Druck stehende Öl den Einlassen verschiedener Sätze

10, das zwei in einem Abstand voneinander ver- von Druckflüssigkeits- oder Zuleitungen 43, 44, 45,

laufende parallele waagerechte Führungsschienen 11 46, 47 und 48 zuzuführen, die im Körper des Schlit-

und 12 aufweist, die als Führung für das schlitten- 25 tens 13 ausgebildet sind und zu in den Lagerflächen ähnliche Unterteil 13 des Maschinenständers dienen,
dessen statische Last etwa 91 betragen kann.

Um die Lager- oder Gleitflächen des Ständer-

der Führungsnuten des Schlittens 13 vorgesehenen Ausnehmungen oder Abgabeöffnungen 50 führen, die kreisrund, rechteckig oder anders geformt sind und eine geringe Tiefe besitzen. Das dem Druckbehälter

schmieren, ist ein Ölumlaufsystem vorgesehen, das es 30 34 entnommene Drucköl wird somit jeder der Abermöglicht, unter Druck stehendes Öl konti- gabeöffnungen 50 in den beiden waagerechten Lager

schlittens 13 auf den Führungsschienen 11 und 12 zu

flächen 26 des Schlittens 13 zugeführt, so daß das Öl in den engen Spalt zwischen den Flächen 26 und den ihnen gegenüberliegenden Lagerflächen der Führungsschienen 11 und 12 gelangt. Um zu verhindern, daß der Schlitten 13 von den beiden Führungsschienen abgehoben wird, sind zwei Halteplatten 53 und 54 vorgesehen, die jeweils an der Unterseite der Längskanten des Schlittens befestigt sind und sich nach innen bis unter die Schienen 11 und 12 erstrecken.

In jeder waagerechten Lagerfläche 26 des Schlittens, die mit der oberen Lagerfläche einer der beiden Führungsschienen 11 und 12 zusammenarbeitet, sind

nuierlich zwischen den einander gegenüberliegenden Lagerflächen des Schlittens 13 und der Schienen 11 und 12 hindurchströmen zu lassen, um die Lagerflächen auseinanderzudrücken, mit der Wirkung, daß zwischen den einander zugewandten Lagerflächen keine metallische Berührung stattfindet.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der Ständerschlitten 13 einen linken Längsabschnitt 24 und einen rechten Längsabschnitt 25, die beide mit Führungsnuten von rechteckigem Querschnitt versehen sind, welche jeweils an der Unterseite eine waagerechte Lagerfläche 26, eine innere senkrechte Lagerfläche 27 und eine äußere senkrechte Lagerfläche 28 bilden, die mit den ihnen

jeweils gegenüberliegenden waagerechten bzw. senk- 45 zehn Abgabeöffnungen 50 vorgesehen, die über die rechten Flächen der Führungsschienen 11 und 12 zu- Zuleitungen 43 bzw. 47 mit Drucköl versorgt werden sammenarbeiten. und zu beiden Seiten der Ausnehmung 30 jeweils in

Die beiden Führungsschienen 11 und 12 sind nicht zwei parallelen Längsreihen zu fünf öffnungen angenau identisch ausgebildet. Die Führungsschiene 11 geordnet sind. Ferner ist in jeder der senkrechten wirkt als Lagebestimmungsteil für die waagerechte 50 Lagerflächen 27 und 28 des Schlittenabschnitts 24, Lage des Schlittens 13 in der horizontalen Richtung die mit der breiteren, zur Lagebestimmung dienenden rechtwinklig zur Achse der Gleitbewegung. Die drei Führungsschiene 11 zusammenarbeiten, eine entfrei liegenden Längskanten jeder Führungsschiene sprechende einzelne Reihe von fünf Abgabeöffweisen Fasen 29 auf. An der Oberseite der Schienen nungen 50 vorgesehen. Diese werden durch die Zu-

11 und 12 ist jeweils in der Mitte eine sich in der 55 leitungen 46 bzw. 44 versorgt. In den entsprechenden Längsrichtung erstreckende Ausnehmung 30 von ge- Flächen 27 und 28 des Schlittenabschnitts 25, die den ringer Tiefe ausgebildet. Die mit den Führungs- senkrechten Seitenflächen der anderen Führungsschienen zusammenarbeitenden Führungsnuten der schiene 12 gegenüberliegen, sind jedoch keine solche Abschnitte 24 und 25 des Schlittens 13 sind jedoch Abgabeöffnungen ausgebildet. In der oberen Lagerden Abfasungen 29 der Führungsschienen 11 und 60 fläche 52 jeder der beiden Halteplatten 53 und 54 ist

12 gegenüber nicht abgeschrägt. Die Flächen 27 und ebenfalls jeweils eine Reihe von fünf Ausnehmungen

28 bilden mit der Auflagefläche 26 jeweils einen oder Abgabeöffnungen 50 vorgesehen, die über die rechten Winkel. Somit ist zwischen jeder Abfasung Zuleitungen 45 bzw. 48 mit Drucköl versorgt werden.

29 der beiden Führungsschienen 11 und 12 und der Die Form der Abgabeöffnungen 50 geht aus Fig. 2 jeweils benachbarten rechtwinkligen Ecke der Füh- 65 hervor, wo drei der fünf Öffnungen 50 in der senk-

rungsnut des Schlittens 13 ein sich in der Längsrichtung erstreckender Kanal vorhanden; diese Kanäle wirken ebenso wie die Ausnehmungen 30 an der

rechten Lagerfläche 28 deutlich im Profil zu erkennen sind. Gemäß Fig. 2 ist die am linken Ende sichtbare Abgabeöffnung 50 mit einer Mündung versehen, die

eine langgestreckte seichte und allgemein rechteckige Ausnehmung 65 mit parallelen Längskanten und etwas abgerundeten Enden umfaßt, wobei die Basis der Ausnehmung parallel zu der Fläche 28 verläuft. Die Versorgung dieser Ausnehmung erfolgt durch die ihr zugeordnete Abzweigleitung 39 und die Zuleitung 44 im Körper des Schlittens 13; die Zuleitung 44 mündet in den mittleren Teil der Basis der Ausnehmung. Die Abgabeöffnung 50 am entgegengesetzten Ende der Lagerfläche 28 ist entsprechend ausgebildet. Sie wird über die gesonderte Zuleitung 44 und die Abzweigleitung 39 versorgt. Die dazwischenliegenden drei Abgabeöffnungen 50 sind dagegen anders ausgebildet; jede dieser Öffnungen umfaßt eine Mündung mit einer Reihe von drei in gegenseitigen Abständen angeordneten ringförmigen Nuten 66, die durch Längsnuten 67 miteinander verbunden sind. Die mittlere Ringnut 66 ist mit einer diametralen Nut 68 versehen, die zu den beiden Enden der Ringnut führt; die zugehörige Ölzuleitung 44 in dem Schlitten führt zur Mitte der diametralen Nut 68.

Die beiden Reihen von Abgabeöffnungen 50 in jeder der waagerechten Lagerflächen 26 des Schlittens sowie die einzelnen Reihen von Öffnungen in den anderen senkrechten Lagerfiächen 27 der betreffen-Seite des Schlittens und in den beiden Halteschienen sind ähnlich ausgebildet wie diejenigen in der Fläche 28. Ferner sind am Eingang jeder der Zuleitungen 43 bis 48, d. h. in der Strömungsrichtung vor den Abgabeöffnungen 50, einstellbare Drosselventile oder Drosseln 56 angeordnet, deren Aufgabe darin besteht, jeweils einen Druckabfall hervorzurufen, so daß der Ölstrom zu den Abgabeöffnungen durch eine Drosselwirkung verkleinert wird. Ein solches Drosselventil 56 ist jeweils an der Verbindungsstelle zwischen jeder der Abzweigleitungen 38 bis 42 des Ölzirkulationssystem und der Einmündung der zugehörigen Zuleitung 43 bis 48 in den Schlitten angeordnet.

Der Aufbau der Drosselventile 56 geht aus Fig. 3 hervor. Man erkennt, daß jedes Ventil 56 als Nadelventil ausgebildet ist und eine mit Gewinde versehene Ventilnadel 57 umfaßt, die einen konischen Kopf 58 aufweist, welcher mit einem im Gehäuse 60 des Ventils ausgebildeten Ventilsitz 59 zusammenarbeitet. Das Ventilgehäuse 60 besitzt einen mit Außengewinde versehenen Fortsatz 61, der in eine entsprechende Gewindebohrung an der Einmündung einer der Zuleitungen 43 bis 48 eingeschraubt wird. Das Ventil wird dadurch verstellt, daß man die Ventilnadel 57 gegenüber dem Ventilsitz 59 vor- oder zurückschraubt.

Es können auch andere Konstruktionen von einstellbaren Drosselventilen verwendet werden, z. B. Ventile mit geschlitzter Nadel, Ventile mit Labyrinthgewinde, Labyrinthventile mit mehreren Öffnungen, Kapillarrohrventile.

Das den Zuleitungen in dem Schlitten von der Hauptleitung aus über die Abzweigleitung zugeführte, unter hohem Druck stehende Öl tritt somit aus den Abgabeöffnungen 50 in den Spalt zwischen den zusammenwirkenden Lagerflächen ein und strömt dann zu den Niederdruckauslaßkanälen, die durch die abgefasten Kanten 29, die Ausnehmungen 30 und die Kanten der Halteplatten 53 und 54 gebildet werden; an diesen Stellen tritt das Öl ohne Druck aus. In dem von jeder Abgabeöffnung 50 zu dem jeweils benachbarten Niederdruckauslaßkanal strömenden Öl nimmt der Druck somit fortschreitend ab; die Niederdruckauslaßkanäle sind in der Querrichtung im wesentlichen in gleich großen Abständen von den Abgabeöffnungen angeordnet. Bei einem Öldruck an den Abgabeöffnungen in der Lagerfläche 26 in Höhe von etwa 20 bis etwa 28 kg/cm² wird eine nach oben gerichtete Kraft erzeugt, durch die diese Flächen um etwa 0,025 mm von den Schienen 11 und 12 abgehoben werden; dieser Kraft wird durch eine erheblich kleinere Kraft entgegengewirkt, die an den Lagerflächen 52 der Halteschienen in Richtung nach unten angreift. Die resultierende dieser beiden hydraulischen Kräfte unterstützt die statische Last des Schlittens und des Ständers, die, wie bereits erwähnt, etwa 9 t betragen kann.

Die Wirksamkeit dieses Systems zum Aufnehmen von stark variierenden Lasten, z. B. von Schnittkräften, die während des Betriebs einer Werkzeugmaschine auftreten, beruht im wesentlichen auf der Wirkung der Drosselventile 56, an denen jeweils ein Druckabfall auftritt.

Es sei z. B. angenommen, daß jedes der Drosselventile 56 so eingestellt ist, daß der dort auftretende Druckabfall gleich demjenigen Druckabfall ist, der zwischen der zugeordneten Abgabeöffnung 50 und den Niederdruckauslaßkanälen 29 und 30 in dem Öl auftritt, das zwischen der waagerechten Lagerfläche 26 und der ihr gegenüberliegenden Oberseite der Schiene 11 hindurchströmt, wenn der Spalt zwischen den genannten Flächen unter der erwähnten statischen Last von 91 etwa 0,025 mm beträgt. Nimmt man ferner an, daß der Förderdruck der Pumpe etwa 40 kg/cm² beträgt und daß das Öl in den Kanälen 29 und 30 den Atmosphärendruck annimmt, so wird der Druck an den Abgabeöffnungen 50 bei etwa 20 kg/cm² liegen.

Wenn die Last nunmehr vergrößert wird, so daß die einander gegenüberliegenden Lagerflächen in einem Ausmaß zusammengedrückt werden, das ausreicht, um den zwischen ihnen herrschenden Strömungswiderstand auf das Doppelte seines früheren Wertes zu steigern, so beträgt der Druckabfall zwischen der Abgabeöffnung 50 und den Kanälen 29 und 30 das Doppelte des Druckabfalls an dem zugehörigen Drosselventil 56, während der gesamte Druckabfall zwischen der Förderseite der Pumpe und der Atmosphäre unverändert bleibt. Somit beträgt der Druckabfall zwischen den einander zugewandten Lagerflächen nunmehr etwa 30 kg/cm². Dieser Druck ist gleich dem Druck an der Abgabeöffnung 50. Der gesteigerte Druck an jeder Abgabeöffnung 50 liefert eine entsprechend vergrößerte Kraft, die bestrebt ist, die zusammenarbeitenden Lagerflächen voneinander zu trennen.

Wenn nun die einander zugewandten Lagerflächen so weit auseinanderbewegt werden, daß der dazwischen herrschende Strömungswiderstand auf die Hälfte seines ursprünglichen Wertes zurückgeht, was auf eine Verminderung der aufgebrachten Last zurückzuführen ist, so wird der Druckabfall in der zwischen den Lagerflächen strömenden Flüssigkeit auf die Hälfte des Druckabfalls an dem Drosselventil 56 herabgesetzt; der Druck, mit dem das Öl durch die betreffende Abgabeöffnung 50 in den Spalt zwischen den einander zugewandten Lagerflächen einströmt, wird somit etwa 15 kg/cm² betragen, während an dem Drosselventil ein Druckabfall von etwa 30 kg/cm² auftritt. Die herbeigeführte Wirkung besteht in jedem Falle darin, daß der Strömungsmittel-

druck, der zwischen den Lagernächen zur Verfügung steht, um die aufgebrachte Last aufzunehmen, automatisch gesteigert wird, wenn sich die Last vergrößert, und umgekehrt. .

Ferner sei bemerkt, daß durch die beschriebene Anordnung auch die Lage des Schlittens 13 in der Querrichtung bestimmt wird und daß die Anordnung jedem Bestreben des Schlittens entgegenwirkt, beim Aufbringen einer Last durch das Werkzeug zu kippen bzw. sich zu drehen oder sich infolge einer Verformung des Betts oder einer geringfügigen Unebenheit der Flächen zu verklemmen. Wenn der Schlitten dazu neigt, zu kippen, wird der Strömungsmitteldruck zwischen einem Paar von einander zugewandten waagerechten Lagernächen an einer der Schienen 11 und 12 vergrößert, während der Druck zwischen einem anderen Flächenpaar auf der gegenüberliegenden Seite des Schlittens, der Führungsschiene oder der gegenüberliegenden Führungsschiene herabgesetzt wird, so daß eine resultierende Kraft oder ein Kräftepaar entsteht, die bzw. das der Kippbewegung entgegenwirkt. Die Zuführung von Drucköl durch die Öffnungen 50 längs der beiden Seitenflächen 27 und 28 der zur Lagebestimmung dienenden Führungsschiene 11 bewirkt somit eine Lagebestimmung des Schlittens in der Querrichtung gegenüber dem Bett.

Als Druckmittel kann für den vorgesehenen Zweck auch jede andere Flüssigkeit bzw. sogar Luft oder ein anderes Gas verwendet werden.

Die Ausbildung der Ausnehmungen in den Gleitflächen ist für die Erfindung nicht wesentlich; es können daher auch statt der in der Fig. 2 gezeigten Ausnehmungen beispielsweise die in den Fig. 4 bis 7 dargestellten verwendet werden.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Druckflüssigkeitslagerung für einen auf Gleitschienen gleitenden, durch Kräfte belasteten Schlitten bei einer Werkzeugmaschine oder einem anderen auf einer langgestreckten Führung gleitenden Teil, der zwischen paarweise gegenüberliegenden Flächen geführt wird, zwischen die über Ausnehmungen in den zusammenarbeitenden Gleitflächen eine Druckflüssigkeit eingeführt wird, die zwischen den zusammenarbeitenden Gleitflächen in Niederdruckauslässe abfließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung bzw. Ausnehmungen (50) jeder Gleitfläche über eine in ihrem Durchlaß vorzugsweise einstellbare Drossel (56) mit der Druckquelle (34) verbunden ist bzw. sind.

2. Druckflüssigkeitslagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckauslässe in Form von Rinnen, Kanälen, Kantenabfasungen od. dgl. in der langgestreckten Führung des Betts od. dgl. vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 304 590, 608 873,
844238,866 439,943 980;

schweizerische Patentschrift Nr. 317 617;

britische Patentschrift Nr. 618 764;

N. S. Atscherkan, »Werkzeugmaschinen, Berechnung und Konstruktion«, Bd. I, Verlag Technik, Berlin 1952, S. 268;

Zeitschrift »Industrie-Anzeiger«, 6.12.1955,
Nr. 97, S. 1434 bis 1436;

Zeitschrift »Der Maschinenmarkt«, 14.12.1956, Nr. 100, S. 307/308;

Zeitschrift »Machine Design«, Juli 1953, S. 134.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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