DE3347282A1

DE3347282A1 - Aerostatische lagervorrichtung

Info

Publication number: DE3347282A1
Application number: DE19833347282
Authority: DE
Inventors: Werner 6140 Bensheim Kreuzer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-12-28
Filing date: 1983-12-28
Publication date: 1985-07-11

Description

Be s chreibung

Die Erfindung betrifft eine aerostatische Lagervorrichtung für relativ zueinander verschiebbare Bauteile mit wenigstens einem zugeordneten Paar von komplementär geformten Lagerflachen, die an jeweils einem der Bauteile vorgesehen 3ind_f wobei eine der Lagerflächen eine Anzahl von Luftaustrittsöffnungen aufweist, welche über jeweils eine Düse mit im zugeordneten Bauteil vorgesehenen Leitungen verbunden sind, die ihrerseits an einer Druckgasquelle angeschlossen sind.!Solche, in der Regel mit Druckluft betriebenen aerostatischen Lagerungen werden mit Vorteil eingesetzt ₉ wenn die relativ zueinander verschiebbaren Bauteile mit hoher Führungsgenauigkeit unter Vermeidung des sogenannter Slip-Stick-Effekt stoß- und weitgehend reibungsfrei zueinander verschiebbar sein müssen, wie dies beispielsweise bei Meßvorrichtungen und optischen Bänken, aber auch den Führungen von Präzisions-Werkzeugmaschinen, z.B. Schleifmaschinen, der Fall ist. Die Ausgestaltung ist dabei meist so getroffen, daß die Luftaustrittsöffnungen in vertieften Lagertaschen münden, die entweder in die Lagerfläche selbst eingearbeitet oder in gesondert hergestellten und in eine Ausnehmung im verschieblichen Bauteil eingesetzten Lagerelementen gebildet sind. Das Einarbeite} der Lagertaschen bzw. der Ausnehmungen für die Lagerelemente in den zugehörigen Bauteil ist aber arbeitsaufwendig, wobei im Fall der Anordnung gesonderter Lagerelemente in Ausnehmungen auch noch eine dichte und schwundfreie Verklebung oder Verkittung der Lagerelemente in den Ausnehmungen erforderlich ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine in der Herstellung vereinfachte Lagerausgestaltung anzugeben, welche bei verringertem Verbrauch des

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.ORIGINALiNSPECTED

gasförmigen Druckmediums eine hohe Führungsgenauigkeit und hohe Belastbarkeit gewährleistet.

Ausgehend von einer Lagervorrichtung der eingangserwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die relativ zueinander verschiebbaren Bauteile zumindest im Bereich ihrer Lagerflächen aus feinkristallinem Granit hergestellt und die einander zugewandten Lagerflächen feinstgeläppt sind. Die Luftaustrittsöffnungen münden aleo direkt in den Lagerflächen, d.h. das Einarbeiten von gesonderten Lagertaschen oder das Einsetzen gesonderter Lagerelemente in Ausnehmungen in den Lagerflächen entfällt, wobei sich gezeigt hat, daß durch die Paarung von feinst geläppt en Lagerflächen aus feinkristallinem Granit, welche eine sehr hohe Formgenauigkeit erreichen lassen, eine extrem reibungsarme und stoßfreie Verschiebung schon bei sehr geringem Abstand der Lagerflächen voneinander erreichbar ist. Solche sehr geringen Lagerflächen-Abstände sind aber bereits mit geringen Überdrücken von 0,3 bis 1,0 bar des zugehörigen gasförmigen Druckmediums - in der Regel Druckluft - erreichbar, wobei das Druckgas dann den. dünnen Lagerspalt praktisch laminar durchströmt. Infolge des geringen Überdrucks und des dünnen Lagerspalts wird aber auch der Druckgasverbrauch minimal, obwohl andererseits eine erstaunlich hohe Tragfähigkeit erhalten wird.

Der lichte Durchmesser der den Luftaustrittsöffnungen vorgeschalteten Düsen wird bei dem erwähnten Überdruck des gasförmigen Druckmediums von etwa 0_s3 bis 1,0 bar in der Größenordnung zwischen l/lO bis 2/lO mm gewählt.

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-'ORIGiNAL INSPECTED

Die Düsen sind in zweckmäßiger Ausgestaltlang so ausgebildet, daß ihre kalibrierte Durchiaßöffnung jeweils in einem dünnen membranartigen Plättchen aus korrosionsbeständigem Metallblech, vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Stahlblech, vorgesehen ist, welches entlang seines Randes in einem Düsenkörper gehalten ist.

Der Düsenkörper kann" dann aus zwei jeweils mit einer mittigen Durchgangsbohrung versehenen Stopfenkörpern unterschiedlichen Durchmessers zusammengesetzt sein, von denen der mit einem Außengewinde versehene Stopfenkörper kleineren Durchmessers in eine mittig von einer Stirnfläche aus in den Stopfenkörper größeren Durchmessers eingearbeitete Gewindebohrung eingeschraubt 1st, wobei das mit der Durchlaßöffnung versehene Plättchen zwischen dem Grund der Gewindebohrung im Stopfenkörper größeren Durchmessers und der zugewandten Stirnfläche des eingeschraubten Stopfenkörpers kleineren Durchmessers eingespannt gehalten' ist. Das Düsenplättchen kann also bei Bedarf leicht gegen ein anderes Plättchen ausgetauscht werden.

Die Spaltdicke zwischen den Lagerflächen stellt sich dann in der Größenordnung von etwa 5 bis 10 Um ein, wenn die Anzahl der in der Lagerfläche vorgesehenen Luftaustrittsöffnungen in Abhängigkeit von der gesamten, zwischen den einander zugewandten Lagerflächen zu übertragenden Führungs- und/oder Gewichtskraft so gewählt ist, daß auf jede Luftaustrittsöffnung ein Anteil von nicht mehr als 80 kg entfällt.

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Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines
Auai'Uhrungsbeispieia in Verbindung mit der Zeichnung
näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt durch eine
von einem in einer rechtwinklig zur
Zeichnungsebene auf einem massiven Bett
längsverschieblich geführten Schlitten
gebildete, erfindungsgemäße Lagervorrichtung;

Fig. 2 den innerhalb der strichpunktierten Umrandung ; 2 in Fig. 1 liegenden Teilquerschnitt der j Lagervorrichtung in vergrößertem Maßstab; j und . j

Fig. 3 einen Längsmitfcelschnitt durch eine in die !

Luftaustrittsöffnungen der zu den Lager- !

flächen führenden Leitungen einsetzbare i

Düse. !

Die in Figur 1 gezeigte, in ihrer Gesamtheit mit 10
bezeichnete erfindungsgemäße Lagervorrichtung zeigt
schematisch einen in horizontaler Richtung - und'zwar ^; rechtwinklig zur Zeichnungsebene - auf einem massiven
Bett 1-2 aus Granit geführten Schlitten Ik. Der Schlitten
wird von einer massiven rechteckigen Platte ΐβ aus,
feinkristallinem Granit gebildet, deren gegenüberliegende
horizontale obere und untere Flachseiten 18, 20 ebenflächig geschliffen sind. Zusätzlich ist zumindest die
untere Flachseite 20 noch feinstgeläppt. Etwa mittig auf
der unteren Flachseite des Schlittens 14 ist ein ebenfalls aus feinstkristallinem Kristall hergestelltes, im
Querschnitt rechteckiges langgestrecktes Führungslineal 22

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!«.SPECTED

In Verschiebungsrichtung verlaufend befestigt, dessen gegenüberliegende, senkrechte Seitenflächen 24 in der gleichen Weise wie die untere Flachseite 20 des Schlittens l4 feinstbearbeitet, d.h.. geläppt sind. Die senkrechten Seitenflächen 24 und die seitlich, neben dem PiIh rungs line al 22 verbleibenden Flächenabschnitte der unteren Flachseite 20 bilden den Schlitten 14 in senkrechter bzw. horizontaler Richtung in bzw. auf dem Bett 12 führende und abstützende Lagerflächen.

Das Bett 12 seinerseits wird von drei in Nebeneinanderlage seitlich zusammengefügten massiven Tragkörpern 26, 28, 30 gebildet, die ebenfalls wiederum aus feinkristallinem Granit hergestellt sind. Die oberen, in einer horizontalen Ebene liegenden ebenflächigen Stirnflächen 32 der beiden äußeren Tragkörper 26, 30 stehen der feinstgeläppten unteren Flachseite 20 der Platte l6 gegenüber und bilden also zusammen mit dieser unteren Flachseite 20 jeweils ein Lagerflächenpaar 20, 32, welches die senkrecht auf den Schlitten einwirkenden Kräfte sowie dessen Gewicht abstützt. Durch den mittleren Tragkörper 28 sind die äußeren Tragkörper 26, 30 in solchem Abstand gehalten, daß ihre ebenflächigen senkrechten, einander zugewandten inneren Seitenflächen 34 den Seitenflächen 24 des Führungs line als 22 mit geringsten Spiel gegenüberstellen. Auch die Seitenflächen 34 sind wiederum - zumindest in dem den Seitenflächen 24 gegenüberliegenden Bereichen - feinstgeläppt.

Xn den Lagerflächen des Schlittens 12, d.h. der unteren Flachseite 20 der Platte l6 und den Seitenflächen 24 des Führungslineals 22 münden Luftaustrittsöffnungen 36, welche über ein in die Platte l6 des Fülix-ungslineala

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eingebohrtes System zusammenhängender Leitungen 38, 40, 42, 44 geringen Durchmessers an eine ^nicht gezeigte) Druckluftquelle angeschlossen sind, und zwar sind die Luftaustrittsoffnungen 3° in Schlitten-Verschiebungsrichtung mit Abstand voneinander jeweils etwa mittig in den einander zugeordneten Lagerflächen 20, 32 bzw. 24, 34 vorgesehen.

In Figur 2 ist der Mündungsbereich einer in der unteren Flachseite 20 der Platte 16 mündenden Luftaustritts- I öffnung 36 in vergrößertem Maßstab dargestellt, wobei ersichtlich ist, daß in den Mündungsbereich der zu der Luftaustrittsöffnung 3° führenden Leitung 38 ein Düsenkörper 46 eingesetzt ist, der von einer kalibrierten \

j Bohrung 48 durchsetzt wird, welche eine die Luftzufuhr zur Luftaustrittsöffnung 36 drosselnde Düse bildet. Der Durchmesser der kalibrierten Bohrung 48 liegt bei einem Überdruck der in das Leitungssystem eingespeisten Ί Druckluft von 0,3 bis 1,0 bar im Bereich zwischen l/lO ; bis 2/10 mm. Die über die Düsen 46, 48 aus den Luftaustrittsöffnungen 36 austretende Druckluft bildet einen dünnen laminar strömenden Luftfilm zwischen den einander zugeordneten Paaren von Lagerflächen 20, 32 und 24, 34, auf denen der Schlitten 12 sozusagen ·

schwimmt, so daß er praktisch reibungsfrei auf dem Bett 12 verschiebbar ist. Bei einer Spaltdicke zwischen den Lagerflächen 20, 32 von 5 *>is 10 Um beträgt die Tragfähigkeit jeder Luftaustrittsoffnung 36 bei dem angenommenen Überdruck etwa 80 kg, woraus sich die Anzahl der in Verschiebungsrichtung aufeinanderfolgend anzuordnenden Luftaustrittsöffnungen in Abhängigkeit vom Gewicht des Schlittens 14 unter zusätzlicher Berücksichtigung etwaiger, auf der oberen Flachseite 18 des Schlittens aufzunehmender Lasten errechnen läßt.

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Festzuhalten ist dabei, daß diese hohe Tragfälligkeit je Luftaustrittsoffnung bei geringstem Druckluftverbrauch erreicht wird, wobei infolge der laminaren Strömung des Luftfilms zwischen den zugeordneten Lagerflächen auch kein störendes Zwischgeräusch auftritt.

Figur 3 zeigt eine zusammengesetzte Düse 50» deren Düsenkörper aus zwei jeweils mit mittigen Durchgangsbohrungen 52 versehenen Stopfenkörpern 5&, 56 unterschiedlichen Durchmessers zusammengesetzt ist, von denen der Stopfenkörper 54 kleineren Durchmessers mit Außengewinde versehen und in eine Gewindebohrung 58 im Stopfenkörper 5° größeren Durchmessers eingeschraubt ist. Zwischen dem Grund der Gewindebohrung 58 und der zugewandten Stirnfläche des in die Gewindebohrung eingeschraubten Stopfenkörpers ^h kleineren Durchmessers ist ein dünnes membranartiges Plättchen 60 aus korrosionsbeständigem Stahlblech eingespannt, in welchem die eigent liehe kalibrierte Düsendurchlaßöffnung mit dem erforderlichen Durchmesser zwischen l/lO und 2/IO mm vorgesehen ist.

Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Srfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels verwirklichbar sind. So können in entsprechender Abwandlung auch Drehlagerungen nach dem erfindungsgemäßen Prinzip verwirklicht werden, indem beispielsweise das in Verbindung mit Figur 1 beschriebene Ausführungsbeispiel dahingehend abgewandelt wird, daß die Platte l6 als kreisförmig begrenzte Platte und das Führungslineal 22 als an der unteren Flachseite dieser Platte angesetzter zylindrischer Zapfen ausgebildet wird, der in eine entsprechend bemessene Bohrung im Bott 12 eingreift.

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- Leerseite -

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Claims

PATENTANWÄLTE HELBER S. ZEiMZ- GI-SSSEFl WEG ·4»7 · F1-1-4 ZWINGENBERG-TEL Ο6Ξ51-741ΟΒ

K 8318

¥erner Kreuzer, Beinengut straße 10, 6ΐ4θ Bensheiin 1 Aerostatische Lagervorrichtung

Patentansprüche

1« Aerostatische Lagervorrichtung für relativ zueinander verschiebbare Bauteile mit wenigstens einem zugeordneten Paar von komplementär geformten Lagerflächen, die an jeweils einem der Bauteilevorgesehen sind, wobei eine der Lagerflächen eine Anzahl von Luftaustrittsöffnungen aufweist, welche über jeweils eine Düse mit im zugeordneten Bauteil vorgesehenen Leitungen verbunden sind, die ihrerseits an einer Druckgasquelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ zueinander verschiebbaren Bauteile (12; Ik) zumindest im Bereich ihrer Lagerflächen (32, 20; 34, 24) aus feinkristallinem Granit hergestellt und die einander zugewandten Lagerflächen (32, 20; 34, 24) feinstgeläppt sind.
2. Aerostatische Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Durchmesser der den Luft austrittsöffnungen (36) vorgeschalteten Düsen (46, 48} 50) bei einem Überdruck des zugeführten gasförmigen Druckmediums von 0,3 bis 1,0 bar im Bereich zwischen l/lO bis 2/10 mm liegt.

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3· Aero statische Lagervorrichtung nach. Anspruch. 2, dadurch, gekennzeichnet, daß die kalibrierte Durchlaßöffnung der Düsen (50) jeweils in einem dünnen membranartigen Plättchen (6θ) aus korrosionsbeständigem Metallblech vorgesehen ist, welches entlang seines Randes in einem Düsenkörper (54, 56) gehalten ist.
4. Aero statische Lagervorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkörper aus zwei jeweils mit einer mittigen Durchgangsbohrung (52) versehenen Stopfenkörpern (54; 5&) unterschiedlichen Durchmessers zusammengesetzt ist, von denen : der mit einem Außengewinde versehene Stopfenkörper I (54) kleineren Durchmessers in eine mittig von einer Stirnfläche aus in den Stopfenkörper (56) [ größeren Durchmessers eingearbeitete Gewindebohrung : (58) eingeschraubt ist, wobei das mit der Durchlaß- ; öffnung versehene Plättchen (60) zwischen dem Grund der Gewindebohrung (.58) im Stopfenkörper (56) größeren Durchmessers und der zugewandten Stirnfläche des eingeschraubten Stopfenkörpers (54) kleineren Durchmessers eingespannt gehalten ist.
5. Aerostatische Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der in der Lagerfläche (20; 24) vorgesehenen Luftaustrittsöffnungen (36) in Abhängigkeit von der gesamten, zwischen den einander zu gewandten Lagerflächen (32, 20; 34, 24) zu übertragenden Führungs- und/oder Gewichtskraft so gewählt ist, daß auf jede Luftaustrittsoffnung (36) ein Anteil von nicht mehr als 80 kg entfällt.

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ORIGINAL· INSPECTED