DE19700058C2

DE19700058C2 - Aerostatic storage system with wrap

Info

Publication number: DE19700058C2
Application number: DE19700058A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Eisenmann
Original assignee: FUERSTLICH HOHENZOLLERNSCHE WE
Current assignee: FUERSTLICH HOHENZOLLERNSCHE WE
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1997-01-02
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2017-01-03
Also published as: DE29609879U1; DE19700058A1

Description

Die Erfindung betrifft ein aerostatisches Lagersystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to an aerostatic storage system according to the preamble of Claim 1.

Luftlager haben den Vorteil einer sehr geringen Reibung, der unproblematischen Anwendung bei hochpräzisen Meßeinrichtungen und Werkzeugmaschinen, der Umweltfreundlichkeit und des geringsten Energieaufwandes. Wegen der zwangsläufig notwendigen äußerst kleinen Luftspalte werden mit Luftlagerungen hohe Steifigkeiten erzielt, die mit Wälzlagerungen und hydrostatischen Lagerungen durchaus wettbe werbsfähig sind. Zwar steht das Medium Druckluft in der Regel nur bis zu einem Zuführdruck von ca. 10 bar zur Verfügung, in den Luftnetzversorgungseinrichtungen der Fertigung meistens nur bis zu einem Luftdruck von 5 bar. Dieser zur Verfügung stehende begrenzte Luftdruck reduziert die Tragfähigkeit von Luftlagerungen sehr stark, so daß diese Tragsysteme sich beispielsweise bei Werkzeugmaschinen in erster Linie für die Feinstbearbeitung eignen. Die Betriebsviskosität der Luft liegt nur etwa bei einem Tausendstel der Betriebsviskosität von Öl, so daß die Newtonsche Schubspannung im Luftspalt bei hohen Relativgeschwindigkeiten der Gleitflächen entsprechend gering ist. Dies ermöglicht Lagerumfangsgeschwindigkeiten trotz sehr engen Spaltes in der gleichen Höhe wie bei ölgeschmierten Lagern; in vielen Fällen sind sie sogar höher. Wegen der zunehmenden Bedeutung der Hochgeschwindigkeits zerspanung und der Forderung nach Hoch- und Ultrapräsisionsfertigung von technischen Produkten des täglichen Lebens, steigt die Forderung nach Luftlagerun gen hoher Umfangsgeschwindigkeiten und hoher Tragfähigkeit. Wegen des äußerst geringen Laufspiels solcher Lagerungen ist oft die elastische Nachgiebigkeit der Umgebungsteile, vor allen Dingen beispielsweise der Wellen und der Axialfunktions flächen, störend und reduziert die Belastbarkeit solcher Systeme.Air bearings have the advantage of a very low friction, the unproblematic Application in high-precision measuring devices and machine tools, the Environmental friendliness and the lowest energy consumption. Because of the inevitable necessary extremely small air gaps are high rigidity with air bearings achieved, which is quite competitive with rolling bearings and hydrostatic bearings are able to work. As a rule, the medium of compressed air is only available up to one Supply pressure of approx. 10 bar is available in the air network supply facilities production usually only up to an air pressure of 5 bar. This is available Standing limited air pressure greatly reduces the load-bearing capacity of air bearings strong, so that these support systems, for example in machine tools in the first Line for fine machining. The operating viscosity of the air is only about at a thousandth of the operating viscosity of oil, so Newton's Shear stress in the air gap at high relative speeds of the sliding surfaces is correspondingly low. This enables inventory speeds despite very much narrow gap at the same height as with oil-lubricated bearings; in many cases they are even higher. Because of the increasing importance of high speed machining and the demand for high and ultra precision production of technical products of everyday life, the demand for air storage increases against high peripheral speeds and high load capacity. Because of the extreme Little running play of such bearings is often the elastic compliance of the Surrounding parts, especially the shafts and the axial function surfaces, annoying and reduces the resilience of such systems.

Ein großes Problem bei Luftlagerungen ist die äußerst geringe Dämpfungskraft des Luftfilms zwischen den Gleitflächen wegen der niedrigen dynamischen Viskosität des Luftfilms. Man benötigt deshalb große wirksame Dämpfungsflächen, die in der Lage sind, zusammen mit dem Medium Luft sogenannte Squeeze-Dämpfungskräfte aufzubauen, wenn sich die Gleitflächen aufeinander zu bewegen. Ein weiteres ernsthaftes Problem bei Luftlagerungen ergibt sich aus der Kompressibilität der Luft. Gehärtete Wälzkörper und hydrostatische Schmierfilme sind im Vergleich zur Luft nahezu inkompressibel, so daß dort sehr hohe dynamische Steifigkeiten erzielbar sind. Luftlagerungen hingegen neigen durch die starke Kompressibilität des Schmierfilms zu selbsterregten Schwingungen, den sogenannten Airhammer. Oft genügen kleine turbulente Initialschwingungen der Luftversorgungskanäle und Drosseln, diese Airhammer auszulösen. Die Amplituden solcher Schwingungen können die Größe der Dicke des Luftspaltes erreichen.A major problem with air bearings is the extremely low damping force of the Air film between the sliding surfaces due to the low dynamic viscosity of the Aerial film. You therefore need large effective damping surfaces that are capable of together with the medium air are so-called squeeze damping forces build up when the sliding surfaces move towards each other. Another one A serious problem with air bearings arises from the compressibility of the air. Hardened rolling elements and hydrostatic lubricating films are compared to the air almost incompressible, so that very high dynamic stiffness can be achieved there are. Air bearings, on the other hand, tend to be very compressible due to the Lubrication film for self-excited vibrations, the so-called air hammer. Often small turbulent initial vibrations of the air supply ducts and Throttles to trigger these air hammers. The amplitudes of such vibrations can reach the size of the thickness of the air gap.

Konventionelle aerostatische Lagerungen benutzen in der Regel feine Düsen als Vordrossel für das Tragsystem. Hinter der Düse muß wegen des turbulenten Luftstroms durch die Düse ein Beruhigungsvolumen vorgesehen werden. Diese Beruhigungskammern dürfen jedoch andererseits wegen der Gefahr eines zu nachgiebigen, kompressiblen Luftvolumens nicht zu groß sein. Die für das aerostatische Tragsystem erforderlichen Vordrosseln sollten möglichst laminar arbeiten und möglichst wenig Initialschwingungen erzeugen.Conventional aerostatic bearings usually use fine nozzles as Pre-throttle for the support system. Behind the nozzle, due to the turbulent airflow a calming volume can be provided through the nozzle. These calming chambers on the other hand, because of the risk of being too compliant, compressible Air volume should not be too large. The ones required for the aerostatic support system Pre-chokes should work as laminar as possible and as few initial vibrations as possible produce.

Die Düsen und deren Beruhigungskammern werden mehr oder weniger gleichmäßig verteilt über großflächige, stark dämpfend wirkende Lufttragflächen, in denen sich die Luft entspannt herab bis zum Atmosphärendruck. Wegen des großen Durchflußwiderstandes dieser hochgedämpften Tragflächen ist der mögliche Luftdurchsatz begrenzt. Bei thermostabilen Systemen ist zu fordern, daß die Reibleistung in der Lagerung durch die Erwärmung des durch sie fließenden Mediums selbst abgeführt wird. Bei großen Reibungsflächen und bei kleinen durchgeführten Luftmengen ist somit die mögliche Relativgeschwindigkeit in den Lagerflächen verhältnismäßig niedrig. In der Praxis wird gefordert, daß die Lufterwärmung etwa im Bereich von 10 bis 15°C liegt. Wegen des begrenzten Applikationsdruckes der Luft, den erforderlichen engen Laufspalten und den großen Dämpfungsflächen kann die durchgesetzte Luftmenge nicht beliebig gesteigert werden.The nozzles and their settling chambers are distributed more or less evenly over large, strongly damping air wings, in which the air relaxes down to atmospheric pressure. Because of the large flow resistance These highly damped wings limit the possible air flow. At thermostable systems must be required that the friction in the storage by the Heating of the medium flowing through it itself is dissipated. With large ones Frictional surfaces and small amounts of air are therefore possible Relative speed in the storage areas relatively low. In practice required that the air heating is in the range of 10 to 15 ° C. Because of the limited application pressure of the air, the necessary narrow gaps and the large damping surfaces cannot increase the amount of air through arbitrarily become.

Aus der DE-OS 24 02 237 ist ein hydrostatisches Lager zur radialen und axialen Lagerung der Wellen von Werkzeugmaschinen und dergleichen bekannt, mit radial lagernden Trag- und Steuerkammern und mit einer axial lagernden Trag- und Steuerkammer, sowie mit einer Drossel für das Ablauföl und einer Sammelkammer, die mit einem Ölbehälter durch Ablaufbohrungen verbunden ist, wobei das Lager längs seines Umfangs durch eine Dichtung abgedichtet ist. Dabei besteht die Axiallagerung aus einer in einem Gehäuse angeordneten Tragkammer, die mit einer ringförmigen, von einem sich zwischen Kanten erstreckenden Spalt zwischen der Welle und einer Öffnung im Gehäuse gebildeten Drossel verbunden ist und aus einem sich zwischen Kanten erstreckenden Ablaufspalt der Kammer gebildet ist, wobei die Dichtung ein zwischen weiteren Kanten liegender Spalt zwischen der Welle und der Öffnung im Gehäuse ist und das in eine Dichtungskammer einfließende Öl drosselt, und wobei die Kammer mit einer Dichtung versehen ist, wobei das Öl aus einer Ablaufkammer durch Ablauföffnungen und durch eine Verbindungsbohrung nach außen ablaufen kann, wobei die Kanten, die die einzelnen Kammern und Drosseln begrenzen, auf nur einer zylindrischen Oberfläche angeordnet sind.From DE-OS 24 02 237 is a hydrostatic bearing for radial and axial storage the shafts of machine tools and the like are known, with radially mounted support and control chambers and with an axially supporting and control chamber, and with a Throttle for the drain oil and a collection chamber with an oil tank Drain holes are connected, the bearing along its circumference by a seal is sealed. The axial bearing consists of one arranged in a housing Carrying chamber with an annular, from an extending between edges Gap between the shaft and an opening formed in the housing throttle is connected and is formed from a discharge gap of the chamber extending between edges, the seal being a gap between the shaft and between further edges the opening in the housing is and throttles the oil flowing into a sealing chamber, and the chamber with a Seal is provided, the oil from a drain chamber through drain openings and can run out through a connecting hole, the edges that the limit individual chambers and restrictors on only one cylindrical surface are arranged.

Die DD 242 456 A1 offenbart ein hydrostatisches Lager mit optimierten Tragfähigkeitseigenschaften, insbesondere für Hydraulikzylinder. In einem axial zwischen Drucköltaschen und Speisetaschen befindlichen Lagerspalt wird im Lagerring eine reibungsarme Dichtung angeordnet, oder es wird der Lagerspalt in seiner axialen Länge so dimensioniert, daß der hindurchdringende Druckölstrom stark gedrosselt wird.The DD 242 456 A1 discloses a hydrostatic bearing with optimized Load capacity properties, especially for hydraulic cylinders. In an axial between Pressurized oil pockets and pockets are located in the bearing ring in the bearing ring low-friction seal arranged, or it becomes the bearing gap in its axial length dimensioned that the penetrating pressure oil flow is severely throttled.

Die US 4,710,035 offenbart einen variablen Flußbegrenzer zur Regulierung des Fluiddruckes in einem hydrostatischen Lager. Der Begrenzer umfaßt einen Begrenzerbereich, der einen Fluidversorgungseingang umgibt, einen Sammelbereich, der den Begrenzerbereich umgibt und einen Kreuzversorgungsanschluß besitzt, einen Isolationsbereich um den Sammelbereich und eine Lagertasche um den Isolationsbereich. Ein Kanal verbindet den Kreuzversorgungsanschluß dabei mit einer diametral gegenüberliegenden Lagertasche.US 4,710,035 discloses a variable flow restrictor for regulating fluid pressure in a hydrostatic bearing. The delimiter includes a delimiter area, the one Fluid supply inlet surrounds a collection area that surrounds the limiter area and has a cross supply connection, an isolation area around the collection area and a storage pocket around the insulation area. A channel connects the Cross supply connection with a diametrically opposite storage pocket.

Die US 3,508,799 offenbart eine extern versorgte, gasgeschmierte Lagerung, mit zurückgesetzten Lagerflächen, die eine Mehrzahl von relativ großen, flachen Lagertaschen und relativ schmalen, Einlaßpalttaschen definieren, die jeweils gleichmäßig umden Umfang angrenzend an den Gasauslaß und die Eingangsseiten der Lagerung verteilt sind. Jede Drucktasche ist durch einen Kanal mit einer diametral gegenüberliegenden, schmalen Spalttasche verbunden, um eine Servosteuerung für die Zentrierung und die seitliche Stabilisierung der beweglichen Teile der Lagerung zu implementieren.US 3,508,799 discloses an externally supplied, gas-lubricated bearing recessed storage areas that have a plurality of relatively large, flat Bearing pockets and relatively narrow, inlet slot pockets define each equally distributed around the circumference adjacent to the gas outlet and the input sides of the storage are. Each pressure pocket is through a channel with a diametrically opposite, narrow gap pocket connected to a servo control for centering and the implement lateral stabilization of the moving parts of the bearing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steifigkeit und die Dämpfungseigenschaften von gattungsgemäßen Lagern zu verbessern. The invention has for its object the rigidity and the damping properties of generic bearings to improve.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst.This object is solved by the subject matter of claim 1.

Erfindungsgemäß werden Luft-Zuführdrosseleinrichtungen für in eine Lagerfläche eines Lagerkörpers eingearbeitete Lagertragtaschen durch wenigstens einen Lagerspalt zwischen einem gelagerten Körper und der Lagerfläche seines Lagerkörpers jeweils auf der Gegenseite ihrer zugehörigen Lagertragtasche gebildet. Mit Gegenseite ist in diesem Zusammenhang die Seite der Lagerfläche gemeint, die bei einer Verlagerung der Welle auf der der Verlagerungsrichtung entgegengesetzten Seite der Lagerfläche liegt. Durch diese Ausbildung der Luft-Zuführdrosseleinrichtungen und deren Anordnung zu den Lagertragtaschen wird eine verlagerungsabhängige Gegenkopplung der Lagertragtaschen und ihren Luft-Zuführdrosseleinrichtungen geschaffen, wodurch die Steifigkeit des aerostatischen Lagersystems wesentlich erhöht wird, insbesondere in der Nähe der zentrischen Lage des Lagersystems. Unter zentrischer Lage wird im Falle einer Wellenradiallagerung ein exakt konstanter Luftspalt über den gesamten Umfang der Welle verstanden.According to the invention, air supply throttle devices are used in a bearing surface of a Bearing carrier pockets incorporated by at least one bearing gap between a stored body and the bearing surface of its bearing body on the opposite side their associated storage bag. In this context, with the other side Side of the storage area meant that at a Displacement of the shaft on the opposite side of the displacement direction Storage area. This design of the air supply throttle devices and their arrangement to the storage carrier bags becomes a relocation-dependent Negative feedback of the bearing carrier bags and their air supply throttling devices created, which makes the rigidity of the aerostatic bearing system essential is increased, especially in the vicinity of the central position of the storage system. Under centric position becomes exactly constant in the case of a shaft-radial bearing Understand air gap over the entire circumference of the shaft.

Die Erfindung ist jedoch nicht grundsätzlich auf die Lagerung von Wellen, also auf Drehlagerungen beschränkt, sondern kann mit Vorteil auch bei Linearlagern oder auch als reines statisches Tragsystem eingesetzt werden. Der Begriff Welle steht nachfolgend der sprachlichen Einfachheit wegen jedoch auch für einen nicht drehgelagerten Körper, beispielsweise eine Tragleiste, eines Lagersystems für linear oder gar nicht gegeneinander bewegte Körper. Gegenstand der Ansprüche sind auch solche Lagersysteme.However, the invention is not fundamentally based on the mounting of shafts Rotary bearings limited, but can also be advantageous with linear bearings or can also be used as a purely static support system. The term wave stands However, because of the linguistic simplicity, not for one either pivoted body, such as a support bar, a bearing system for linear or bodies not moving against each other at all. The claims are also subject such storage systems.

Erfindungsgemäß sind die Luft-Zuführdrosseleinrichtungen in Dämpfertaschen angeordnet, die neben den Lagertragtaschen auf den Gegenseiten ihrer zugehörigen Lagertragtaschen vorgesehen sind. Sowohl in den Lagertragtaschen als auch in den Dämpfertaschen sind von der Luft durchströmte und als Squeeze-Flächen dämpfend wirksame Dämpferplateaus ausgebildet. Hierdurch wird die Dämpfung des erfindungsgemäßen Lagersystems gegenüber bekannten aerostatischen Lagersystemen deutlich verbessert.According to the invention, the air supply throttle devices are in damper pockets arranged next to the camp carrier bags on the opposite sides of their associated Storage bags are provided. Both in the storage carrier bags and in the Damper bags are air-flowed and dampen as squeeze surfaces effective damper plateaus trained. This will dampen the Storage system according to the invention compared to known aerostatic storage systems clearly improved.

Eine besonders gute Dämpfung wird erzielt, wenn die Dämpferplateaus in den Lagertragtaschen und Dämpfertaschen mit der Lagerfläche ebenbearbeitete Plateaus sind.Particularly good damping is achieved if the damper plateaus in the Bearing carrier bags and damper bags with plateaus just machined from the storage area are.

Vorteilhafterweise stehen die die Luft-Zuführdrosseleinrichtungen enthaltenden Dämpfertaschen unter Luft-Zuführdruck, der somit auch unmittelbar in die durch die Dämpferplateaus gebildeten Squeeze-Flächen bzw. -Spalte wirkt. Die Dämpferta schen stehen je über ihre gesamte Fläche unter Luft-Zuführdruck. Die sogenannte Ersatzsteifigkeit des kompressiblen Luftvolumens in den Dämpfertaschen ist gegenüber den bekannten Systemen, bei denen nur der halbe Luftdruck herrscht, wegen der höheren spezifischen Dichte des in den Squeeze-Flächen eingesperrten Luftvolumens verdoppelt. Die Gefahr der Instabilität ist durch die hiermit erzielte größere Dämpferwirkung beträchtlich reduziert. Die Laufspiele aerostatischer Lagerungen können deshalb erhöht werden. Da der Luftdurchsatz mit der dritten Potenz der Laufspielvergrößerung ansteigt, sind bezüglich der Thermostabilität wesentlich höhere Umfangsgeschwindigkeiten im Luftspalt möglich. Höhere Umfangsgeschwindigkeiten bei gleicher Drehzahl bedeuten aber kleinere elastische Nachgiebigkeiten der Wellen und der Umgebungskonstruktion, so daß das erfin dungsgemäße Lagersystem für höhere Lagerkräfte und somit für höhere Zer spanungsleistungen bei einem bevorzugten Einsatz in Werkzeugmaschinen geeignet ist.Advantageously, those containing the air supply throttling devices Damper pockets under air supply pressure, which thus also directly into the Damper plateau formed from squeeze areas or gaps acts. The damper ta are under air supply pressure over their entire area. The so-called Replacement stiffness of the compressible air volume in the damper pockets is compared to the known systems in which there is only half the air pressure, because of the higher specific density of that trapped in the squeeze areas Air volume doubled. The risk of instability is caused by the hereby greater damping effect considerably reduced. The running games more aerostatic Bearings can therefore be increased. Because the air flow with the third Potency of increasing the running game increases with regard to thermal stability much higher peripheral speeds in the air gap possible. Higher Circumferential speeds at the same speed mean smaller elastic ones Compliance of the shafts and the surrounding construction, so that this is invented Storage system according to the invention for higher bearing forces and thus for higher Zer machining services with a preferred use in machine tools is.

Wie bereits erwähnt, neigen Luftlagersysteme zu selbsterregten Schwingungen, bedingt durch Pfeifenschwingungen in den von kompressibler Luft gefüllten Leitungs- und Taschenräumen. Der Schwingungsvorgang kann durch eine Diffe rentialgleichung dritter Ordnung beschrieben werden mit einer reellen und zwei konjugiert komplexen Lösungen. Hierbei spielt das kompressible Volumen der verschiedenen Lufträume eine bedeutende Rolle. Die luftführenden Kanäle sollten daher möglichst kleinvolumig ausgeführt sein. Dieser Forderung entspricht im allgemeinen der damit einhergehende fertigungstechnische Aufwand. Vorteilhafter weise sind in Verbindungsleitungen von den Luft-Zuführeinrichtungen zu den zugehörigen Lagertragtaschen möglichst nah bei den Lagertragtaschen Rück schlagventile angeordnet zur Verringerung des Kompressionsvolumens der Lagertragtaschen. As already mentioned, air bearing systems tend to self-excited vibrations, due to pipe vibrations in the air filled with compressible air Line and pocket rooms. The oscillation process can be done by a diff Third order equation can be described with one real and two conjugates complex solutions. Here the compressible volume plays the different air spaces play an important role. The air ducts should therefore be made as small as possible. This requirement corresponds to general the associated manufacturing expenditure. More advantageous are in connecting lines from the air supply devices to the associated storage bags as close as possible to the storage bags rear Impact valves arranged to reduce the compression volume of the Storage bags.

Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Axiallager für Wellen sind die Lagertrag taschen und Dämpfertaschen, die in den stirnseitigen Lagerkörpern angeordnet sind, in ihrer Verdrehlage um einen vorgegebenen Winkel versetzt angeordnet. Bevorzug terweise sind sie derart versetzt, daß die Verbindungskanäle von den Luft-Zuführ drosseleinrichtungen des einen Lagerkörpers zu den Lagertragtaschen des anderen Lagerkörpers durch einfache, axial verlaufende Verbindungsleitungen bzw. Axialboh rungen gebildet werden können. Im gleichen Lagerkörper ist vorzugsweise jeweils eine Lagertragtasche neben einer Dämpfertasche angeordnet, so daß sich über einen ringförmigen Lagerkörper eine alternierende Anordnung und damit einhergehende gleichmäßige Verteilung der Lagertragtaschen und Dämpfertaschen über die Lagerfläche ergibt.In the case of an axial bearing for shafts designed according to the invention, the bearing load is bags and damper bags, which are arranged in the front bearing bodies, arranged in their rotational position offset by a predetermined angle. Preferred tically they are offset such that the connecting channels from the air supply throttling devices of one bearing body to the bearing carrier pockets of the other Bearing body through simple, axially extending connecting lines or axial bores can be formed. In the same bearing body is preferably in each case a storage bag next to a damper bag arranged so that over a annular bearing body an alternating arrangement and accompanying even distribution of the bearing carrier bags and damper bags over the Storage space results.

Die Lösung der zuvor genannten Differentialgleichung zeigt auch, daß bei der Ausschlagsamplitude der selbsterregten Schwingung die Massen der schwingenden Teile einen großen Einfluß haben. Je kleiner die schwingende Masse, desto kleiner die selbsterregte Schwingungsamplitude. Diesem Umstand trägt die Ausbildung gemäß Anspruch 13 Rechnung.The solution to the aforementioned differential equation also shows that the Deflection amplitude of the self-excited vibration the masses of the vibrating Parts have a big impact. The smaller the vibrating mass, the smaller the self-excited vibration amplitude. This is borne by Training according to claim 13 invoice.

Das Niedrighalten der schwingenden Masse ist bei Motorspindeln besonders problematisch, weil das Gewicht des Motorenläufers die Spindelmasse erhöht. Beim Axiallager muß hier das gesamte Spindelgewicht in die Rechnung einbezogen werden, weshalb die Axialschwingung beispielsweise einer luftgelagerten Arbeits spindel besonders kritisch ist. Bei Radiallagern muß nur der dem Lager zugehörige Anteil der Spindelmasse berücksichtigt werden. Vorteilhafterweise ist der Motoren läufer zwischen den Radiallagern angeordnet. Hierdurch kann der Gewichtsanteil des Läufers auf die Lager etwa halbiert werden.Keeping the vibrating mass down is special with motor spindles problematic because the weight of the motor rotor increases the spindle mass. At the The entire spindle weight must be included in the calculation which is why the axial vibration of an air-bearing work, for example spindle is particularly critical. In the case of radial bearings, only the bearing belonging to the bearing must be used Proportion of the spindle mass are taken into account. The motors are advantageous Runner arranged between the radial bearings. As a result, the proportion by weight of the Runner on the bearings can be cut in half.

Vorteilhaft ist hierbei auch, daß der Motor mit der Lagerabluft gekühlt werden kann, was besonders bei Hochfrequenz-Asynchronmotoren wichtig ist, die für den C- Achsen-Betrieb ein ausreichend hohes Haltemoment entwickeln. Hochfrequenz- Synchronmotoren haben demgegenüber den Vorteil der geringen Läufertemperaturen, weshalb hier eine gute Thermostabilität des aerostatischen Lagersystems gewähr leistet werden kann.It is also advantageous here that the engine can be cooled with the bearing exhaust air, which is particularly important for high-frequency asynchronous motors that are used for the C- Axle operation develop a sufficiently high holding torque. Radio frequency In contrast, synchronous motors have the advantage of low rotor temperatures, which is why a good thermal stability of the aerostatic storage system is guaranteed here can be achieved.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are described below with reference to Figures explained. Show it:

Fig. 1 ein Radiallager mit einem aerostatischen Lagersystem in einer schematischen Längsschnittdarstellung, Fig. 1 is a radial bearing with an aerostatic bearing system in a schematic longitudinal sectional view,

Fig. 2 eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Lagerfläche des Lagerkörpers nach Fig. 1 zusammen mit einer Querschnittsdarstellung dieses Lagers, Fig. 2 is a fragmentary plan view of the bearing surface of the bearing body according to FIG. 1 together with a cross-sectional view of this bearing,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Lagertragtasche mit daneben angeordneter Dämpfertasche des Lagers nach den Fig. 1 und 2, Fig. 3 is a plan view of a bearing support bag with deviated arranged damper pocket of the bearing of FIGS. 1 and 2,

Fig. 4 die Lagerfläche eines Lagerkörpers eines Axiallagers, Fig. 4, the bearing surface of a bearing body of an axial bearing,

Fig. 5 eine Wellenlagerung mit einem Radiallager nach den Fig. 1 bis 3 und einem Axiallager nach Fig. 4, und Fig. 5 is a shaft bearing with a radial bearing in FIGS. 1 to 3 and a thrust bearing of FIG. 4, and

Fig. 6 eine Querschnittsdarstellung einer Motorspindel mit Lagern nach den Fig. 1 bis 5. Fig. 6 is a cross sectional view of a motor spindle with bearings according to FIGS. 1 to 5.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt ein Radialwellenlager mit einem aerostatischen Lagersystem. Eine Welle 1 ist in einer eine Lagerfläche 3 bildenden Lagerbohrung eines Lagerkörpers 10 drehbar gleitgelagert. In einen Laufspalt 8a zwischen der Oberfläche der Welle 1 und der Lagerfläche 3 des Lagerkörpers 10 wird Druckluft, die von einer Pumpe P geliefert wird, über geeignet angeordnete Luftkanäle in den Laufspalt 8a hinein geführt, durch den Laufspalt 8a hindurch gepresst und über geeignete Luft-Abführkanäle wieder in die Umgebung abgeführt. Fig. 1 shows in longitudinal section a radial shaft bearing with an aerostatic bearing system. A shaft 1 is rotatably slidably mounted in a bearing bore 3 of a bearing body 10 forming a bearing surface 3 . In a running gap 8 a between the surface of the shaft 1 and the bearing surface 3 of the bearing body 10 , compressed air, which is supplied by a pump P, is guided into the running gap 8 a via suitably arranged air channels, pressed through the running gap 8 a and over suitable air discharge channels are discharged back into the environment.

In der Lagerfläche 3 sind Lagertragtaschen 2, 2' eingearbeitet. Die Lagertragtaschen 2, 2' sind in einem streifenförmigen Bereich über den gesamten Umfang der Lagerfläche 3 gleichmäßig verteilt angeordnet. In Fig. 1 sind in Umfangsrichtung verlaufende Nuten der Lagertragtaschen 2 und 2' eingezeichnet. Die Bezeichnung ist dabei so gewählt, daß eine mit 2' bezeichnete Lagertragtasche sich auf der Gegenseite der Lagertragtasche 2 befindet, also gerade um 180° demgegenüber versetzt angeordnet ist. Zwischen ihren Nuten sind in den Lagertragtaschen 2, 2' Dämpferplateaus 9, 9' gebildet, die als Squeeze-Flächen wirksam werden.Bearing carrier bags 2 , 2 'are incorporated in the bearing surface 3 . The bearing carrier bags 2 , 2 'are arranged in a strip-shaped area evenly distributed over the entire circumference of the bearing surface 3 . In Fig. 1 extending grooves of the bearing pockets 2 and 2 'are drawn in the circumferential direction. The designation is chosen so that a bearing carrier bag labeled 2 'is located on the opposite side of the bearing carrier bag 2 , that is to say it is offset by 180 °. Damper plateaus 9 , 9 'are formed in the bearing support pockets 2 , 2 ' between their grooves and act as squeeze surfaces.

In einem streifenförmigen Bereich der Lagerfläche 3 neben den Lagertragtaschen 2, 2' sind Luft-Zuführdrosseleinrichtungen 5 und 5' für die Lagertragtaschen 2 und 2' ausgebildet. Auch hier bedeutet die Bezeichnung 5', daß die Luft-Zuführdrosselein richtung 5' auf der Gegenseite ihrer zugehörigen Lagertragtasche 2 und somit auch auf der Gegenseite der Luft-Zuführdrosseleinrichtung 5 angeordnet ist. Die Luft- Zuführdrosseleinrichtungen 5 und 5' sind in Dämpfertaschen 8 angeordnet, von denen in Fig. 1 die in Umfangsrichtung verlaufenden nutenförmigen Taschen bereiche dargestellt sind. Innerhalb der Dämpfertaschen 8 und 8' sind in die Lagerfläche 3 weitere, in Umfangsrichtung verlaufende nutenförmige Taschen 12 und 12' eingearbeitet. Die zwischen den Taschen 8 und 12 bzw. 8' und 12' verbleibenden Stege bilden ebenfalls als Squeeze-Flächen wirksam werdende Dämpferplateaus 5, 11, 5', 11'.In a strip-shaped area of the bearing surface 3 next to the bearing carrier pockets 2 , 2 ', air supply throttle devices 5 and 5 ' are formed for the bearing carrier pockets 2 and 2 '. Here, too, the designation 5 'means that the air feed throttle device 5 ' is arranged on the opposite side of its associated bearing carrier bag 2 and thus also on the opposite side of the air feed throttle device 5 . The air supply throttle devices 5 and 5 'are arranged in damper pockets 8 , of which the circumferential groove-shaped pocket areas are shown in Fig. 1. Within the damper pockets 8 and 8 ', further groove-shaped pockets 12 and 12 ' running in the circumferential direction are incorporated into the bearing surface 3 . The webs remaining between the pockets 8 and 12 or 8 'and 12 ' also form damper plateaus 5 , 11 , 5 ', 11 ' which become effective as squeeze surfaces.

Die Lagertragtaschen 2 und 2' und die in Wellenlängsrichtung gesehen daneben angeordneten Dämpfertaschen 8 und 8' sind durch einen umlaufenden Kanal 16 getrennt, über den die Luft im Laufspalt zur Umgebung abgeführt wird.The bearing carrier pockets 2 and 2 'and the damper pockets 8 and 8 ' arranged next to them in the longitudinal direction of the shaft are separated by a circumferential channel 16 via which the air in the running gap is discharged to the surroundings.

Druckluft gelangt von einer Pumpe P oder einem Druckluftreservoir über ein Druckluftleitungssystem in Druckluftkanäle 4 und 4', die in die Dämpfertaschen 8 und 8' münden. Die Dämpfertaschen 8 und 8' stehen über ihre gesamte Fläche unter Luftzuführdruck. Von den Dämpfertaschen 8 und 8' aus strömt die Luft zu einem Teil über Ablußspalte 7, die zwischen der Wellenoberfläche und der Lagerfläche 3 des Lagerkörpers 10 gebildet sind, zur Umgebung ab. Der andere Teil strömt in das Innere der Dämpfertaschen 8 und 8', in die Nuten 12 und 12' und von dort über in die Nuten 12 und 12' mündende Luftkanäle 15 und 15', die wiederum in den Nuten der Lagertragtaschen 2 und 2' münden, ab. Auf diese Weise ist die Dämpfertasche 8 mit der auf der Gegenseite der Lauffläche des Lagerkörpers 10 angeordneten Lagertragtasche 2' verbunden. Zu den weiteren Lagertragtaschen, beispielsweise 2, besteht keine derartige Verbindung. Sinngemäß gilt das gleiche für die Verbindung zwischen der Dämpfertasche 8' und der Lagertragtasche 2. Compressed air passes from a pump P or a compressed air reservoir via a compressed air line system into compressed air channels 4 and 4 ', which open into the damper pockets 8 and 8 '. The damper pockets 8 and 8 'are under air supply pressure over their entire surface. Some of the air flows from the damper pockets 8 and 8 'to the environment via discharge gaps 7 , which are formed between the shaft surface and the bearing surface 3 of the bearing body 10 . The other part flows into the interior of the damper pockets 8 and 8 ', into the grooves 12 and 12 ' and from there via air channels 15 and 15 'opening into the grooves 12 and 12 ', which in turn are in the grooves of the bearing carrier pockets 2 and 2 ' flow out. In this way, the damper pocket 8 is connected to the bearing carrier pocket 2 ′ arranged on the opposite side of the running surface of the bearing body 10 . There is no such connection to the other storage carrier pockets, for example 2 . The same applies analogously to the connection between the damper pocket 8 'and the bearing carrier pocket 2.

Wirkt nun eine Kraft auf die Welle 1, beispielsweise deren Eigengewicht F, so wird die Welle 1 in Richtung der Kraft F aus ihrer zentrischen Lage in Richtung auf die Lagertragtasche 2' und die auf der gleichen Seite der Lagerfläche des Lagerkörpers 10 angeordnete Dämpfertasche 8' zu bewegt, so daß sich der Laufspalt an dieser Seite der lagerkörperseitigen Lagerfläche 3 verkleinert und auf der Gegenseite, bei der Lagertragtasche 2 und der Dämpfertasche 8 vergrößert. Es kann wegen der Laufspaltvergrößerung an der Gegenseite mehr Luft über die Luft-Zuführdrosselein richtung 5 zur Lagertragtasche 2' geführt werden. Eine höhere Luftversorgung der Squeeze-Fläche dieser Lagertragtasche 2' ist somit gewährleistet. Die Zuführdrossel einrichtung 5' hingegen kann der Lagertragtasche 2 weit weniger Luft zur Verfügung stellen, so daß dort der Luftgegendruck abgebaut wird. Einer Berührung zwischen der Welle 1 und dem Lagerkörper 10 an der Seite der Lagertragtaschen 2' wirkt auch die Quetschfilmdämpferwirkung der als Squeeze-Flächen wirksam werdenden Dämpferplateaus 9' und 11 entgegen; auch die Zufürdrosseleinrichtung 5' wirkt als Squezze-Fläche. Durch die erfindungsgemäße Gegenkopplung von Lagertragtasche einerseits und zugehöriger, d. h. damit in Luftdruckverbindung stehender Dämpferta sche andererseits kann die Steifigkeit und Dämpfungswirkung und somit auch die Tragfähigkeit eines aerostatischen Lagersystems erheblich erhöht werden.If a force now acts on the shaft 1 , for example its own weight F, the shaft 1 will move in the direction of the force F from its central position in the direction of the bearing carrier pocket 2 'and the damper pocket 8 ' arranged on the same side of the bearing surface of the bearing body 10 . to moves, so that the running gap on this side of the bearing body-side bearing surface 3 is reduced and on the opposite side, the bearing carrier pocket 2 and the damper pocket 8 increases. Because of the enlargement of the running gap on the opposite side, more air can be guided via the air feed throttle device 5 to the bearing carrier pocket 2 '. A higher air supply to the squeeze area of this bearing carrier bag 2 'is thus ensured. The feed throttle device 5 ', on the other hand, the bearing bag 2 can provide much less air, so that there the air back pressure is reduced. A contact between the shaft 1 and the bearing body 10 on the side of the bearing carrier pockets 2 'also counteracts the squeeze film damper effect of the damper plateaus 9 ' and 11 which act as squeeze surfaces; the feed throttle device 5 'also acts as a squezze surface. Due to the negative feedback of the bearing carrier bag according to the invention on the one hand and the associated, that is to say in the air pressure connection, damper pocket on the other hand, the rigidity and damping effect and thus also the load-bearing capacity of an aerostatic bearing system can be increased considerably.

Die beschriebene Situation der Wellenverlagerung ist im Querschnitt von Fig. 2 dargestellt. Falls das aerostatische Lagersystem in einer Drehmaschine zur Spindellagerung eingesetzt wird, wechselt die Lastrichtung im Verlauf der Bearbeitung jedoch häufig. Im Ausführungsbeispiel sind über den Umfang der Lagerfläche 3 des Lagerkörpers 10 vier Lagertragtaschen 2 und 2' gleichmäßig verteilt eingearbeitet. Jede der Lagertragtaschen 2, 2' ist mit einer Dämpfertasche gekoppelt, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Mit dem Richtungspfeil 14 ist die Drehrichtung der Welle 1 bezeichnet.The described situation of the shaft displacement is shown in the cross section of FIG. 2. However, if the aerostatic bearing system is used in a lathe for spindle bearings, the direction of load changes frequently in the course of machining. In the exemplary embodiment, four bearing carrier pockets 2 and 2 'are incorporated evenly distributed over the circumference of the bearing surface 3 of the bearing body 10 . Each of the bearing carrier pockets 2 , 2 'is coupled to a damper pocket, as described above. The direction of rotation 14 indicates the direction of rotation of the shaft 1 .

über und unter der Querschnittsdarstellung von Fig. 2 ist desweiteren je eine Draufsicht auf die Lagertragtaschen 2 und 2' sowie die jeweils zugehörigen Dämpfertaschen 8 und 8' dargestellt. Die Lagerfläche 3 ist hierzu aufgeschnitten und umgeklappt worden.Above and below the cross-sectional view of FIG. 2, a plan view of the bearing carrier pockets 2 and 2 'and the associated damper pockets 8 and 8 ' is also shown. For this purpose, the bearing surface 3 has been cut open and folded down.

Sowohl die Lagertragtaschen 2 und 2' als auch die Dämpfertaschen 8 und 8' sind als geschlossene Rechtecknuten in die Lagerfläche 3 des Lagerkörpers 10 eingearbeitet. Innerhalb dieser rechteckförmigen Taschen sind die Dämpferplateaus 9, 9', 11, 11' ausgebildet. Die Oberflächen dieser Dämpferplateaus werden durch die Lagerfläche des Lagerkörpers 10 gebildet und sind wie diese ebenbearbeitet. Die Dämpfer plateaus 9 und 9' der Lagertragtaschen 2 und 2' sind als einfache Rechteckplateaus gebildet, in der Draufsicht von Fig. 2 gesehen. Innerhalb der Dämpfertaschen 8 und 8' sind die in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten 12 und 12' nahe bei den ebenfalls in Umfangsrichtung verlaufenden Seitennuten der Dämpfertaschen 8 und 8' parallel dazu eingearbeitet. Diese Ausbildung der Lagertrag- und Dämpfertaschen kommt sowohl der Aerostatik als auch der einfachen Fertigung entgegen.Both the bearing carrier pockets 2 and 2 'and the damper pockets 8 and 8 ' are incorporated into the bearing surface 3 of the bearing body 10 as closed rectangular grooves. The damper plateaus 9 , 9 ', 11 , 11 ' are formed within these rectangular pockets. The surfaces of these damper plateaus are formed by the bearing surface of the bearing body 10 and are just machined like this. The damper plateaus 9 and 9 'of the bearing bags 2 and 2 ' are formed as simple rectangular plateaus, seen in the top view of FIG. 2. Within the damper pockets 8 and 8 'extending in the circumferential direction grooves 12 and 12' incorporated close to the extending likewise in the circumferential direction of the damper side grooves pockets 8 and 8 'in parallel. This design of the bearing carrier and damper pockets accommodates both the aerostat and the simple manufacture.

Die Luft-Zuführdrosseleinrichtungen 5 und 5' werden in erster Linie durch die in Umfangsrichtung verlaufenden stegartigen Plateaubereiche 13 und 13' zwischen den Nuten 12 und den benachbarten Nutbereichen der Dämpfertaschen 8 und 8' gebildet. Als Squeeze-Fläche der Dämpfertaschen 8 und 8' ist jedoch der gesamte Plateau bereich innerhalb der Dämpfertaschen 8 und 8' einschließlich der als Drosseln dienenden Bereiche 5 und 5' wirksam. The air supply throttle devices 5 and 5 'are primarily formed by the web-like plateau regions 13 and 13 ' extending in the circumferential direction between the grooves 12 and the adjacent groove regions of the damper pockets 8 and 8 '. As a squeeze area of the damper pockets 8 and 8 ', however, the entire plateau area within the damper pockets 8 and 8 ' including the regions 5 and 5 'serving as chokes is effective.

Die Luftzuführ- und -abführkanäle zu den Lagertragtaschen 2 und 2' und den Dämpfertaschen 8 und 8' führen jeweils in die in Umfangsrichtung verlaufenden Bereiche der Taschen und Nuten innerhalb der Taschen.The air supply and discharge channels to the bearing carrier pockets 2 and 2 'and the damper pockets 8 and 8 ' each lead to the circumferential regions of the pockets and grooves within the pockets.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der in die Blattebene aufgewickelten Lagerfläche des Lagerkörpers 10. Rechts daneben ist der Richtungspfeil 14 für die Lagerbewegung eingezeichnet. Fig. 3 shows a section of the wound in the plane of the sheet bearing surface of the bearing body 10. To the right of the direction of arrow 14 is shown for the bearing movement.

Sämtliche in die Lagerfläche 3 eingearbeiteten Nuten verlaufen in Umfangsrichtung oder in Axialrichtung dieser Lauffläche. Die Lagertragtaschen 2 und Dämpfertaschen 8 sind jeweils allseitig von Abführkanälen 16, 17 und 18 umgeben. über diese Abführkanäle 16, 17 und 18 wird die Luft aus dem Lagerspalt zwischen der Welle 1 und der Lagerfläche 3 des Lagerkörpers 10 abgeführt und auf Umgebungsdruck entspannt. Gleichzeitig werden dadurch benachbarte Taschen strömungstechnisch entkoppelt. In dieser Darstellung ist besonders deutlich zu erkennen, daß die Luft- Zuführdrosseleinrichtung 5 zwei Drosseln für die dazugehörige Lagertragtasche 2 besitzt, die durch die schmalen Stegbereiche 13 des Dämpferplateaus 11 zwischen den in Bewegungsrichtung 14 verlaufenden Nutbereichen der Dämpfertasche 8 und den dazu parallel verlaufenden, innerhalb der Dämpfertasche 8 liegenden Luftabführ nuten 12 gebildet wird. Die Dämpfertaschen 8 und 8' bzw. deren Nuten sind so dimensioniert, daß bei zentrischer, unbelasteter Lage des Lagersystems der Luftdruck in der zugehörigen Lagertragtasche 2 und 2' 40 bis 60% des Luftzuführdruckes in die zugehörige Luft-Zuführdrosseleinrichtung 5 bis 5' beträgt.All of the grooves worked into the bearing surface 3 run in the circumferential direction or in the axial direction of this running surface. The bearing carrier pockets 2 and damper pockets 8 are surrounded on all sides by discharge channels 16 , 17 and 18 . The air is discharged from the bearing gap between the shaft 1 and the bearing surface 3 of the bearing body 10 via these discharge channels 16 , 17 and 18 and expanded to ambient pressure. At the same time, adjacent pockets are fluidically decoupled. In this illustration, it can be seen particularly clearly that the air supply throttle device 5 has two throttles for the associated bearing carrier bag 2 , which pass through the narrow land areas 13 of the damper plateau 11 between the groove areas of the damper bag 8 running in the direction of movement 14 and those running parallel to it, within the damper pocket 8 lying air discharge grooves 12 is formed. The damper pockets 8 and 8 'or their grooves are dimensioned such that when the bearing system is in a central, unloaded position, the air pressure in the associated bearing carrier pockets 2 and 2 ' is 40 to 60% of the air supply pressure into the associated air supply throttle device 5 to 5 '.

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Lagerfläche des Lagerkörpers 10 eines Axial lagers. Mit 14 ist wieder die Bewegungsrichtung der darauf laufenden Welle bezeichnet. In die ringförmige Lagerfläche sind in Bewegungsrichtung 14 gesehen jeweils abwechselnd nebeneinander Lagertragtaschen 2 und Dämpfertaschen 8 eingearbeitet. Zwei benachbarte Taschen werden jeweils durch einen radial sich über die gesamte Lagerfläche erstreckenden Abführkanal 16, über den die Luft nahezu drosselfrei zur Umgebung abströmen kann, getrennt. Die Taschen 2 und 8 werden durch geschlossene Nuten gebildet, die in Nachbildung der Lagerringfläche in Bewegungsrichtung 14 verlaufende innere und äußere Nutbereiche und diese jeweils miteinander verbindende radiale Nutbereiche aufweist. Die Nuten 12 verlaufen ebenfalls in Bewegungsrichtung 14 parallel und nahe bei den entsprechenden Nuten der Dämpfertaschen 8. Zwischen diesen parallelen Nuten verbleiben wieder die Drosselstege 13. Fig. 4 is a plan view of the bearing surface of the bearing body 10 of an axial bearing. With 14 the direction of movement of the shaft running on it is again designated. As seen in the direction of movement 14 , bearing carrier pockets 2 and damper pockets 8 are alternately worked into the annular bearing surface. Two adjacent pockets are each separated by a discharge channel 16 , which extends radially over the entire bearing surface and through which the air can flow to the surroundings with almost no restriction. Pockets 2 and 8 are formed by closed grooves which, in replica of the bearing ring surface, have inner and outer groove regions which run in the direction of movement 14 and radial groove regions which connect them to one another. The grooves 12 likewise run in the direction of movement 14 parallel and close to the corresponding grooves of the damper pockets 8. The throttle webs 13 remain between these parallel grooves .

Fig. 5 zeigt ein aerostatisches Radial-Axial-Lager, bei dem die Welle 1 radial und axial im und am Lagerkörper 10 jeweils drehbar gleitgelagert ist. Das zwischen der Welle 1 und dem Lagerkörper 10 gebildete Radiallager entspricht dem aerostatischen Lagersystem nach den Fig. 1 bis 3. Die Axiallagerflächen 22.1 und 22.2 des Lagerkörpers 10 entsprechen je der in Fig. 4 dargestellten Lagerfläche. Die beiden Lagerflächen 22.1 und 22.2 für das Axiallager sind zueinander in solch einer Drehlage angeordnet, daß einer Lagertragtasche 2 bzw. 2' der einen Lagerfläche in Wellenaxialrichtung eine Dämpfertasche 8 bzw. 8' der anderen Lagerfläche gegenüberliegt. Durch diese Anordnung ist es möglich, Verbindungskanäle 20 bzw. 20' zwischen den zugehörigen Lagertragtaschen 2 bzw. 2' und Luft-Zuführdrosselein richtungen 5 und 5' als einfache Axialbohrungen durch den Lagerkörper 10 auszuführen. Bei Axiallagern bedeutet der im Zusammenhang mit Radiallagern verwendete Begriff Gegenseite, daß die Lagertragtasche und ihre zugehörige Luft- Zuführdrosseleinrichtung je in der Lauffläche des gegenüberliegenden Lagerkörpers angeordnet sind, so daß die im Zusammenhang mit Radiallagern beschriebene erfindungsgemäße Gegenkopplung gegeben ist. Zwei Ringkörper 21 und 23, die mit der Welle 1 drehsteif verbunden sind, schließen in axialer Richtung den Lagerkörper 10 zwischen sich ein und bilden die Axiallaufflächen zu den Axiallagerflächen 22.1 und 22.2. Fig. 5 is an aerostatic radial-axial bearing shows, in which the shaft 1 is rotatably journalled radially and axially respectively in and on the bearing body 10. The radial bearing formed between the shaft 1 and the bearing body 10 corresponds to the aerostatic bearing system according to FIGS . 1 to 3. The axial bearing surfaces 22.1 and 22.2 of the bearing body 10 each correspond to the bearing surface shown in FIG. 4. The two bearing surfaces 22.1 and 22.2 for the axial bearing are arranged relative to one another in such a rotational position that a bearing support pocket 2 or 2 'of the one bearing surface is opposite a damper pocket 8 or 8 ' of the other bearing surface in the axial direction of the shaft. With this arrangement, it is possible to carry out connection channels 20 and 20 'between the associated bearing carrier pockets 2 and 2 ' and air feed throttle devices 5 and 5 'as simple axial bores through the bearing body 10 . In the case of thrust bearings, the term “opposite side” used in connection with radial bearings means that the bearing carrier pocket and its associated air supply throttle device are each arranged in the running surface of the opposite bearing body, so that the negative feedback according to the invention described in connection with radial bearings is given. Two ring bodies 21 and 23 , which are connected to the shaft 1 in a torsionally rigid manner, enclose the bearing body 10 between them in the axial direction and form the axial contact surfaces to the axial bearing surfaces 22.1 and 22.2.

In Fig. 6 ist im Längsschnitt eine Drehspindel dargestellt. Von der gesamten Welle 1 ist nur das hintere, luftgelagerte Wellenstück 25 mit dem in diesem Bereich angeordneten Hochfrequenzmotor 24 gezeichnet. Das aerostatische Radial-Axial- Lager im äußeren rechten Bereich des Wellenstücks 25 entspricht dem Lager nach Fig. 5. Auf der dem Radial-Axial-Lager gegenüberliegenden Motorseite ist die Welle 1 in einem weiteren aerostatischen Radiallager nach den Fig. 1 bis 3 gelagert. Motorstator und Radiallagerkörper 10 sind drehfest mit einem Gehäuse G verbunden. Ein Motorläufer 26 sitzt drehfest auf einer Wärmeisolierhülse 27, die wiederum drehfest auf dem Wellenstück 25 befestigt ist. Zwischen dem Wellenstück 27 und der Wärmeisolierhülse 27 bleibt ein Luftspalt 28 frei. In diesen Luftspalt wird Abluft aus dem aerostatischen Lagersystem geführt, d. h. die Lagerabluft wird zur Kühlung des Motors 24 benutzt. Bei dem im Zusammenhang mit Fig. 5 erwähnten Lagerkörper 21 handelt es sich um den Spindelflansch, dessen Schulter fläche die Lauffläche zur Lagerfläche 22.2 bildet. Die Lauffläche zur anderen Axiallagerfläche 22.1 ist an einem durch einen lösbaren Schrumpfsitz auf dem Wellenstück 25 befestigten Präzisions-Schulterring 23 vorgesehen, der zur Reduzierung seiner Masse aus einer hochfesten Aluminium- oder einer Titanlegie rung besteht. Bei dem Motor 24 kann es sich um einen Hochfrequenz-Asynchrom motor oder -Synchronmotor handeln. Der Motorläufer 26 ist stirnseitig über eine Drehmoment-Mitnahme 29 mit dem Präzisions-Schulterring 23 verbunden. Einer bevorzugten Ausführungsform entsprechend ist zwischen dem Motorläufer 26 und dem Präzisions-Schulterring 23 eine Wärmeisolierung 30 vorgesehen, um die Wärmeeinleitung vom Motor in das Lager zu vermindern.In Fig. 6, a rotary spindle is shown in longitudinal section. Of the entire shaft 1 , only the rear, air-bearing shaft section 25 with the high-frequency motor 24 arranged in this area is drawn. The aerostatic radial-axial bearing in the outer right area of the shaft piece 25 corresponds to the bearing according to FIG. 5. On the motor side opposite the radial-axial bearing, the shaft 1 is supported in a further aerostatic radial bearing according to FIGS. 1 to 3. Motor stator and radial bearing body 10 are rotatably connected to a housing G. A motor rotor 26 sits non-rotatably on a heat insulating sleeve 27 , which in turn is non-rotatably fastened on the shaft piece 25 . An air gap 28 remains free between the shaft piece 27 and the heat insulating sleeve 27 . Exhaust air from the aerostatic bearing system is guided into this air gap, ie the bearing exhaust air is used to cool the motor 24 . The bearing body 21 mentioned in connection with FIG. 5 is the spindle flange, the shoulder surface of which forms the running surface to the bearing surface 22.2 . The tread to the other axial bearing surface 22.1 is provided on a precision shoulder ring 23 fastened by a releasable shrink fit on the shaft piece 25 , which consists of a high-strength aluminum or a titanium alloy to reduce its mass. The motor 24 can be a high-frequency asynchronous motor or synchronous motor. The motor rotor 26 is connected on the end face to the precision shoulder ring 23 via a torque driver 29 . According to a preferred embodiment, thermal insulation 30 is provided between the motor rotor 26 and the precision shoulder ring 23 in order to reduce the heat input from the motor into the bearing.

Claims

1. Aerostatic storage system with wrap

a) with a shaft ( 1 ) or a support bar and a bearing body ( 10 ) having a bearing surface ( 3 ) for the shaft ( 1 ) or the support bar,
b) with storage carrier pockets ( 2 , 2 ') in the storage area ( 3 ),
c) with air supply throttle devices ( 5 , 5 ') for the bearing carrier bags ( 2 , 2 ') and
d) with discharge gaps ( 7 , 7 ') which are formed by the pocket webs ( 6 , 6 ') arranged around the bearing carrier pockets ( 2 , 2 '),

characterized in that

a) the air supply throttle devices ( 5 , 5 ') are formed by at least one bearing gap ( 8 a) between the shaft ( 1 ) or the support bar and the bearing surface ( 3 ) of the bearing body ( 10 ),
b) the air supply throttle devices ( 5 , 5 ') are arranged on the opposite sides of their associated bearing carrier pockets ( 2 , 2 ') within damper pockets ( 8 , 8 ') next to the bearing carrier pockets ( 2 , 2 '), and that
c) Damper plateaus ( 9 , 9 ', 11 , 11 ') are formed both in the bearing carrier pockets ( 2 , 2 ') and in the damper pockets ( 8 , 8 ').

2. Aerostatic bearing system according to claim 1, characterized in that the squeeze surfaces of the damper plateaus ( 9 , 9 ', 11 , 11 ') are connected to the air supply pressure in the bearing system.

3. Aerostatic bearing system according to claim 1 or 2, characterized in that the air supply throttle devices ( 5 , 5 ') in the damper plateaus ( 11 , 11 ') of the damper pockets ( 8 , 8 ') are incorporated, preferably as two grooves ( 12 , 12 ') and the damper pockets ( 8 , 8 ') limited throttle webs ( 13 , 13 ').

4. Aerostatic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that the grooves ( 12 , 12 ') of the air supply throttle devices ( 5 , 5 ') extend in the direction of movement ( 14 ) of the bearing.

5. Aerostatic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that in the bearing body ( 10 ) connecting lines ( 15 , 15 ', 20 , 20 ') are formed, which by the air supply throttle devices ( 5 , 5 ') to statically lower pressure Feed throttled air currents to the associated bearing support pockets ( 2 , 2 ') on the opposite side of the bearing surface of the bearing body ( 10 ).

6. Aerostatic storage system according to one of the preceding claims, characterized in that two air supply throttle devices ( 5 , 5 ') are provided per damper pocket ( 8 , 8 ').

7. Aerostatic storage system according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing carrier pockets ( 2 , 2 ') and the damper pockets ( 8 , 8 ') of channels ( 16 , 17 , 18 , 16 ', 17 ', 18 '), are preferably surrounded on all sides, which are in a largely throttle-free connection with the atmospheric pressure environment.

8. Aerostatic storage system according to one of the preceding claims, characterized in that the web widths and web lengths of the air supply throttle devices ( 5 , 5 ') are dimensioned such that the air pressure in the bearing carrier pockets ( 2 , 2 ') Is 40 to 60% of the air supply pressure in the air supply throttle devices ( 5 , 5 ').

9. Aerostatic bearing system according to one of the preceding claims in the form of a shaft axial bearing, characterized in that the opposing bearing support pockets ( 2 , 2 ') and damper pockets ( 8 , 8 ') are arranged so offset in their rotational position, preferably by one half circumferential division that connecting lines ( 20 , 20 ') from the air feed throttle devices ( 5 , 5 ') to the associated bearing support pockets ( 2 , 2 ') can be formed as simple axial bores.

10. Aerostatic storage system according to the preceding claim, characterized in that seen in the bearing surface ( 3 ) of the bearing body ( 21 , 23 ) in the direction of movement ( 14 ) of the storage each have a bearing carrier pocket ( 2 , 2 ') next to a damper pocket ( 8 , 8 ') is arranged.

11. Aerostatic storage system according to one of the preceding claims, characterized in that in connecting lines ( 15 , 15 ', 20 , 20 ') from the air supply throttle devices ( 5 , 5 ') to the respective associated bearing carrier pockets ( 2 , 2 ') as possible Check valves are provided close to the bearing carrier pockets ( 2 , 2 ') to reduce the compression volume of the bearing carrier pockets ( 2 , 2 ').

12. Aerostatic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that when used for a shaft axial bearing as a counter-axial shoulder surface (at 22.2 ) to a spindle flange shoulder surface (at 22.1 ) by a releasable shrink fit on the shaft ( 1 ) attached precision shoulder ring ( 23 ) is provided.

13. Aerostatic bearing system according to the preceding claim, characterized in that the precision shoulder ring ( 23 ) for reducing the mass consists of a high-strength aluminum or titanium alloy.

14. Aerostatic bearing system according to one of the preceding claims, characterized in that when the shaft is designed as a motor spindle, a high-frequency motor ( 24 ) arranged between two radial bearings is provided.

15. Aerostatic storage system according to the preceding claim, characterized in that a high-frequency asynchronous motor ( 24 ) is provided.

16. Aerostatic bearing system according to claim 14, characterized in that a high-frequency synchronous motor ( 24 ) is provided.

17. Aerostatic bearing system according to one of claims 14 to 16, characterized in that a heat insulating sleeve ( 27 ) is provided between the shaft ( 1 ) in the region of the high-frequency motor ( 24 ) and the motor rotor ( 26 ), which has an air gap ( 28 ) between the shaft ( 1 ) and the motor rotor ( 26 ).

18. Aerostatic bearing system according to the preceding claim, characterized in that in the air gap ( 28 ) between the shaft ( 1 ) and the motor rotor ( 26 ) exhaust air from the aerostatic bearing system is guided for cooling purposes.

19. Aerostatic bearing system according to one of claims 14 to 18, characterized in that between the precision shoulder ring ( 23 ) and the motor rotor ( 26 ) a torque driver ( 29 ) is provided.

20. Aerostatic bearing system according to one of claims 14 to 19, characterized in that between the precision shoulder ring ( 23 ) and the motor rotor ( 26 ) a thermally insulated torque driver ( 29 , 30 ) is provided.