Hydrostatische Lagervorrichtung Beschreibung Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Lagervorrichtung, umfassend mindestens zwei jeweils mindestens eine Gleitfläche aufweisende Lagerelemente, wobei jedes Lager- element einem anderen Lagerelement mit den Gleitflächen zueinander gewandt gegen- überliegt und mindestens eines der sich gegenüberliegenden Lagerelemente mindes- tens eine Fluidaufnahme aufweist, die über mindestens eine Zuführöffnung an einer Druckleitung zur Zufuhr von Gleitfluid angeschlossen und in Richtung auf das gegenü- berliegende Lagerelement offen ist Lager werden in Maschinen, z. B. Werkzeugmaschinen, als kraftführende Koppelele- mente zwischen beweglichen Maschinenkomponenten eingesetzt. Der Begriff"Lager" wird hier sowohl im Zusammenhang mit Translations-als auch mit Rotationsbewegun- gen der Maschinenkomponenten zueinander verwendet. Neben Gleit-und Wälzlager werden hydrostatische Lager eingesetzt, die sich insbesondere durch hohe Genauigkeit und gute Dämpfungseigenschaften auszeichnen sowie von Ruckreibung, d. h. vom so genannten Stick-Slip-Effekt, frei sind.

Es sind hydrostatische Lagervorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt, bei denen die Fluidaufnahme durch eine so genannte 61tasche gegeben ist. Die relativ großflächigen Öltaschen sind seitlich von einer Wandung begrenzt, die gleichzeitig die Gleitflächen bilden. Die Gleitflächen der miteinander wirkenden Lagerelemente sind allein durch einen Ölfilm voneinander getrennt, der über die Öltasche aufrechterhalten wird. Lagerelemente mit Öltaschen weisen keine Kippsteifigkeit auf, da sich der Öldruck innerhalb der Öltasche gleichmäßig verteilt, also im Bereich der durch die Kippung ver- ringerten Lücke kein höherer Druck gegeben ist als im Bereich der größeren Lücke zwi- schen den beiden Lagerelementen. Auf Grund dessen werden in der Regel mindestens zwei Lagerstellen gewählt.

Bei der Verwendung mehrerer Öltaschen muss deren gleichmäßige Ölversorgung ge- währleistet werden. Will man lediglich eine Pumpe für mehrere Öltaschen einsetzen, ist

es notwendig, in Ölflussrichtung vor der Öltasche eine Vordrossel oder einen Durch- flussmengenregler einzusetzen. Da der Widerstand der einzelnen mit Öltaschen verse- henen Lagerstellen stark lastabhängig ist, würde ohne Vordrossel bzw. Durchflussmen- genregler das 61 verstärkt an einer weniger belasteten Lagerstelle austreten und somit der Lagerspalt an stärker belasteten Lagerstellen zusammenbrechen können. Die La- gervorrichtung könnte dann ihre Funktion nicht mehr ausüben. Die Alternative, für jede Lagerstelle eine eigene Pumpe vorzusehen, würde einen kostenintensiven und hohen gerätetechnischen Aufwand bedeuten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Lagervor- richtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit der die vorgenannten Nachteile vermieden werden können. insbesondere soll es möglich werden, die Kipp- steifigkeit der Lagerelemente zu erhöhen und gesonderte Vordrosseln bzw. Durch- flussmengenregler bei Verwendung nur einer Pumpe für mehrere Lagerstellen zu ver- meiden.

Diese Aufgabe wird bei einer Lagervorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die mindestens eine Fluidaufnahme durch mindestens einen zumindest stellenweise als Drossel für das Gleiffluid wirkenden Kanal gebildet ist.

Die Drosselwirkung des mindestens einen Kanals wird alleine durch dessen Geometrie bewirkt. Für die konkrete Ausgestaltung der Geometrie kann die Viskosität des für den Einsatz vorgesehenen Gleitmittels berücksichtigt werden. Die Drosselfunktion des min- destens einen Kanals hat zum einen die Folge, dass eine Vordrossel in jedem Fall ent- behrlich ist, wodurch eine erhebliche Kosten-und Raumersparnis gegeben ist. Zudem kann das derart ausgestaltete Lagerelement eine derart hohe Kippsteifigkeit aufweisen, dass eine einzige Lagerstelle zur Führung ausreicht. Die Kippsteifigkeit wird aufgrund der Drosselwirkung des mindestens einen Kanals erreicht, die verhindert, dass die auf- grund der Kippung in einem Teilbereich des Lagerelements entstehende größere Lücke zwischen den beiden Lagerelementen einen gleichmäßigen Druckabfall über die ge- samte Fluidaufnahme bewirkt. Die Druckerniedrigung ist allein im Bereich der größeren Lücke gegeben, während im Bereich der verringerten Lücke der Druck des Gleitfluids

erhöht wird. Hierdurch wird ein der Kippbewegung entgegengerichtetes Moment er- zeugt.

Die erfindungsgemäße Lagervorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass die Quer- schnittsfläche des mindestens einen Kanals zumindest stellenweise kleiner oder gleich 1mm2 ist. Querschnittsflächen bis zu dem genannten Wert führen für jedes übliche Gleiffluid zu einer hinreichenden Drosselwirkung. Das aufgrund der Drosselung gege- bene Verhältnis des Drucks des Gleitfluids im Bereich der Zuführöffnung zu dem am Kanalende sollte im Bereich von 0,05 bis 0,7 liegen. Typischerweise weisen die erfin- dungsgemäßen Kanäle eine Tiefe von 10, um-1mm und eine Breite von 50um-2mm auf.

Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Lagervorrichtung so ausgebildet sein, dass die Fluidaufnahme oder mindestens eine der Fluidaufnahmen mindestens drei sich im Wesentlichen radial von einem gemeinsamen Zentralpunkt aus erstreckende Kanäle aufweist. Hierdurch ergibt sich eine im Wesentlichen sternförmige Anordnung der Ka- näle. Der gemeinsame Zentralpunkt kann vorteilhaft durch die Zufuhröffnung für das Gleitfluid gebildet sein.

Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Lagervorrichtung so ausgebildet sein, dass von den radial verlaufenden Kanälen Nebenkanäle abzweigen. Insbesondere bei groß- flächigeren Lagerelementen kann so die Gleitfluidversorgung der zwischen den radial verlaufenden Kanälen gegebenen Bereiche sichergestellt werden.

Dabei kann die erfindungsgemäße Lagervorrichtung zudem so ausgebildet sein, dass die Nebenkanäle jeweils einen im Wesentlichen konzentrisch zum Zentralpunkt verlau- fenden Kreisbogen bilden. Konzentrisch verlaufende Kanäle können insbesondere die statische Steifigkeit erhöhen. Die radial verlaufenden Kanäle erhöhen die Lastkapazität des Lagerelements, da der Druck des Gleiffluids in die äußeren Bereiche gebracht wird.

Eine Ffuidaufnahmestruktur, die sowohl aus radialen als auch im Wesentlichen in Um- laufrichtung verlaufenden Kanälen zusammengesetzt ist, hat in Versuchen die besten Eigenschaften gezeigt.

Alternativ kann es vorteilhaft sein, die erfindungsgemäße Lagervorrichtung so auszubil- den, dass die Nebenkanäle geradlinig verlaufen und zu den radial verlaufenden Kanä- len einen Winkel von etwa 45° bilden. Geradlinig verlaufende Nebenkanäle können einfacher hergestellt werden, als gebogene Kanäle.

Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Lagervorrichtung so ausgebildet sein, dass der mindestens eine Kanal spiralförmig verläuft. Bei einem spiralförmigen Verlauf ist es denkbar, die gesamte Fluidaufnahme durch einen einzigen Kanal auszubilden. Damit eine hinreichende Versorgung der äußeren Bereiche der Fluidaufnahme mit dem Gleiffluid sichergestellt ist, kann vorgesehen sein, am Startpunkt der Spirale die Zufuhr- öffnung vorzusehen und den Kanalquerschnitt in Richtung auf das Kanalende hin stetig anwachsen zu lassen. Alternativ können im Verlauf des spiralförmigen Kanals mehrere Zufuhröffnungen vorgesehen sein. Es ist auch möglich, mehrere spiralförmige Kanäle gleichzeitig vorzusehen, die beispielsweise von einer gemeinsamen Zufuhröffnung aus starten.

Die obige Darstellung atternativer Kanalverläufe bezieht sich auf ebene Gleitflächen.

Gleitflächen können ohne weiteres auch andere Formen aufweisen, beispielsweise zy- lindrische, konische oder sphärische. Auch für derartige Gleitflächen sind Fluidaufnah- men mit das Gleiffluid drosselnden Kanälen vorteilhaft.

Die erfindungsgemäße Lagervorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass der min- destens eine Kanal in seiner Querschnittsfläche in Verlaufsrichtung variiert. Die Varia- tion der Querschnittsfläche kann durchgehend abnehmend oder-wie bereits zuvor be- schrieben-durchgehend zunehmend oder abnehmend oder auch wechselweise zu- nehmend und abnehmend sein. Die Querschnittsflächenänderung kann dabei auch sprunghaft erfolgen. So kann es vorgesehen sein, die Drosselwirkung im Wesentlichen allein an einer Stelle oder wenigen bestimmten Stellen jedes Kanals vorzusehen. Au- ßerhalb dieser Drosselstellen könnten die Kanalquerschnittsflächen erheblich größer vorgesehen werden.

Die erfindungsgemäße Lagervorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass sie für Rotationsbewegungen der Lagerelemente zueinander vorgesehen ist.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Lagervorrichtung so ausgebildet sein, dass sie für Translationsbewegungen der Lagerelemente zueinander vorgesehen ist.

Es zeigt schematisch Fig. 1 : ein Lagerelement mit Aufsicht auf die Gleitfläche mit radial verlaufenden Kanälen, Fig. 2 : das Lagerelement gemäß Fig. 1 in Seitenansicht im Zusammenspiel mit einem zweiten Lagerelement, Fig. 3 : eine beispielhafte Oldruckverteilung bei einem Lagerelement gemäß Figur 1 bei zentrischer Belastung, Fig. 4 : die Öldruckverteilung in einem Lagerelement gemäß Fig. 1 bei Verkip- pung, Fig. 5 : ein Lagerelement mit geradlinigen Nebenkanälen, Fig. 6 : ein Lagerelement mit konzentrischen Nebenkanälen, Fig. 7 : ein Lagerelement mit einem einzigen spiralförmigen Kanal und Fig. 8 : ein Lagerelement mit mehreren spiralförmig verlaufenden Kanälen.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Lagerelement 1 mit Blick auf seine Unterseite, die eine Gleitfläche 2 aufweist. In die Unterseite sind radial verlaufende Kanäle 3 eingearbeitet, die zur Gleitfläche 2 eine Tiefe von 65 um und eine Breite von 0,2 mm aufweisen. Die Kanäle 3 erstrecken sich von einer Zufuhröffnung 4, durch die ein Gleitfluid 5 (Fig. 2) in die Kanäle 3 gelangt. Fig. 2 zeigt das Lagerelement 1 in Seitenansicht in Zusammen- spiel mit einem Gegenlagerelement 6. Das Gegenlagerelement 6 ist auf seiner dem Lagerelement 1 zugewandten Gleitoberfläche 7 glatt, d. h. ohne Kanalstrukturen, gear-

beitet. In Figur 2 wird deutlich, wie das Gleiffluid 5, bei dem es sich in der Regel um Öl handelt, über eine Fluidleitung 8 dem Lagerelement 1 zugeführt wird. Der Fluiddruck wird über eine hier nicht dargestellte Pumpe aufgebaut. Über die Zufuhröffnung 4 ge- langt das Gleiffluid 5 in die Kanäle. Aufgrund der geringen Querschnittsfläche der Ka- näle 3 erfährt das Gleiffluid 5 in den Kanälen 3 eine Drosselung derart, dass der Gleiffluiddruck im Bereich der Zufuhröffnung den am Ende der jeweiligen Kanäle 3 herr- schenden um etwa den Faktor 1,4 bis 20 übersteigt. Diese Drosselung hat zur Folge, dass auch bei einer Entlastung des Lagerelements 1 der Druck in der Fluidleitung 8 weitgehend erhalten bleibt. So ist es möglich, mehrere Lagerelemente 1 gemeinsam an eine Pumpe anzuschließen, ohne eine Vordrossel in der Fluidleitung 8 vorsehen zu müssen.

Die Fig. 3 und 4 machen deutlich, dass die in Fig. 1 gezeigte Kanalstruktur eine Erhö- hung der Kippsteifigkeit gegenüber einer Taschenstruktur bewirkt. Fig. 3 zeigt die Gleiffluiddruckverteilung in der Lücke zwischen Lagerelement 1 und Gegenlagerele- ment 6 bei zentrischer Belastung des Lagerelements 1. Zwei benachbarte Isobaren 9 weisen jeweils die gleiche Druckdifferenz auf. Der Gleiffluiddruck ist im Bereich der Zu- fuhröffnung 4 am höchsten.

Fig. 4 zeigt die Druckverteilung bei nicht zentrischer Belastung des Lagerelements 1.

Aufgrund eines Drehmoments wurde das Lagerelement 1 in Richtung auf den Punkt A verkippt, derart, dass sich die Lücke, die im Zentrum des Lagerelements 1 35 um be- trägt, um 30 um verringert hat. Entsprechend hat sich die Lücke in Punkt B um 30 um vergrößert. Die Isobaren 9 zeigen deutlich, dass sich der Gleitfluiddruck derart verän- dert, dass in Richtung auf Punkt A hin (im Vergleich zu Fig. 3) deutlich höhere Gleifflu- iddrücke entstanden sind. Hierdurch wird der Verkippung direkt entgegengewirkt.

Die Fig. 5 bis 8 zeigen Varianten der Kanalstrukturen im Lagerelement 1. In Fig. 5 erstrecken sich von den radial verlaufenden Kanälen 11 geradlinig Nebenkanäle 10, die in der Querschnittsfläche den Kanälen 11 entsprechen. Auf diese Weise wird die zwi- schen zwei Kanälen 11 liegende Gleitfläche mit dem in Fig. 5 nicht gezeigten Gleitfluid versorgt. In Fig. 6 verlaufen die Nebenkanäle in Umfangsrichtung.

Fig. 7 zeigt einen einzigen, spiralförmig verlaufenden Kanal 11. Die Querschnittsfläche des spiralförmigen Kanals 11 erhöht sich (in Fig. 7 nicht erkennbar), ausgehend von der Zufuhröffnung 4 bis zum Ende 12 des spiralförmigen Kanals 11. Hierdurch ist gewähr- leistet, dass der komplette spiralförmige Kanal 11 mit dem Gleiffluid 5 (nicht in Fig. 7 gezeigt) versorgt wird. Die Vergrößerung der Querschnittsfläche kann stetig oder in Sprüngen erfolgen.

Fig. 8 schließlich zeigt eine Vielzahl von sich von Zufuhröffnung 4 erstreckenden spi- ralförmigen Kanälen 11.

Bezugszeichenliste 1 Lagerelement 2 Gleitfläche 3 Kanal 4Zuführöffnung 5 Gleiffluid 6 Gegenlagerelement 7 Gleitoberfläche 8 Fluidleitung 9 Isobare 10 Nebenkanal 11 Spiralförmiger Kanal 12 Ende des spiralförmigen Kanals