DD244791A1 - AEROSTATIC GUIDE ELEMENT - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein aerostatisches Fuehrungselement fuer Fuehrungen vorzugsweise fuer feinmechanische Geraete, mit dem Ziel, die Zuverlaessigkeit und Funktionstuechtigkeit zu erhoehen. Aufgabe ist es vor allem, durch Anwendung laminarer Einstroemwiderstaende pneumatisch stabile Fuehrungen zu schaffen. Das Fuehrungselement umfasst eine Planplatte, die auf der Seite der Lagerflaeche mindestens eine, an ihrem Rand mit einer Fase versehenen Bohrung besitzt, in welcher ein ebenfalls mit einer Fase versehener Bolzen fest eingesetzt ist, derart, dass eine Stirnflaeche des Bolzens mit der Lagerflaeche eine Ebene bildet. Der Bolzen besitzt an seinem Umfang mindestens eine gewindeaehnliche, schraubenfoermig verlaufende Mikrorille, welche in einen durch die Fasen der Bohrung und des Bolzens gebildeten Mikrokanal einmuendet. Fig. 1The invention relates to an aerostatic guiding element for guides, preferably for precision mechanical devices, with the aim of increasing the reliability and functionality. Above all, it is the task to create pneumatically stable guides by the use of laminar puff resistors. The guiding element comprises a plane plate which has on the side of the bearing surface at least one bore provided with a chamfer at its edge, in which a pin also provided with a chamfer is firmly inserted, such that an end surface of the bolt with the bearing surface is a plane forms. The bolt has at least one thread-like, helically extending microgroove on its circumference, which merges into a microchannel formed by the chamfers of the bore and the bolt. Fig. 1
Description
Die Erfindung betrifft ein aerostatisches Führungselement, vorrangig mit Rechteck- oder Kreisform und dem Mikroverteilerkanal bzw. Mikroverteilerkanalnetz, vorzugsweise für aerostatische Führungen (Luftlager) in feinmechanischen und Feinmeßgeräten.The invention relates to an aerostatic guide element, primarily with a rectangular or circular shape and the micro distributor channel or micro distribution channel network, preferably for aerostatic guides (air bearings) in precision mechanical and Feinmeßgeräten.
Aerostatische Führungselemente (auch Luftlager genannt) sind als leistungsfähige Bauelemente der Feinmechanik bekannt (wt-Zeitschrift für industrielle Fertigung 60 [1970], 10, Seiten 691-597 und Feingerätetechnik31 [1982], 10, Seiten 452-457). Diese Führungselemente bestehen aus einer kreis- oder rechteckförmigen Planplatte, die mit einer oder mehreren Einströmöffnungen versehen ist, durch die Luft konstanten Druckes in den Führungsspalt gepreßt wird. Dabei gelangt die Luft zunächst in eine sogenannte Stau- oder Beruhigungskammer, bevor sie über den mit der Führungsschiene der Führung gebildeten Abströmspalt nach außen abfließt. Zur Realisierung einer hohen statischen und dynamischen Steifigkeit der aerostatischen Führung ist es bekannt, den Luftmassestrom mit Hilfe pneumatischer Widerstände, sogenannter Einströmdrosseln (Düsen, Blenden), auf ein optimales Maß zu begrenzen. .Aerostatic guide elements (also called air bearings) are known as powerful components of precision engineering (wt magazine for industrial manufacturing 60 [1970], 10, pages 691-597 and Feingerätetechnik31 [1982], 10, pages 452-457). These guide elements consist of a circular or rectangular plane plate which is provided with one or more inflow, is pressed by the air of constant pressure in the guide gap. The air first passes into a so-called congestion or settling chamber, before it flows to the outside via the outflow gap formed with the guide rail of the guide. To realize a high static and dynamic stiffness of the aerostatic guide, it is known to limit the air mass flow with the aid of pneumatic resistors, so-called inflow throttles (nozzles, orifices), to an optimal level. ,
Aus der DD-PS 221514 ist ein aerostatisches Führungselement bekannt, das eine Planplatte umfaßt, die mit einer oder mehreren Einströmöffnungen versehen ist und welche auf ihrer Lagerfläche von den Einströmöffnungen ausgehende und/oder diese verbindende Mikroverteilerkanäle oder -kanalnetze besitzt. In den Eck- und Endzonen des Führungselementes sind dabei die Abmessungen der von den Enden zweier benachbarter Mikroverteilerkanäle gebildeten Öffnung eines Abströmkanals entsprechend der Größe der Eck- und Endzonen und der Belastung des Führungselementes dismensipniert. Durch die Kompressiblität des Luftfilms in dem durch die Planplatte und die Führungsschiene gebildeten Lagerspalt und durch die Speicherwirkung sowohl der Staukammer als auch der Mikroverteilerkanäle können sich pneumatische Instabilitäten ausbilden, die zu Schwingungen führen und die Funktionsfähigkeit von Luftlagern stark beeinträchtigen können. Bei allen diesen bekannten Führungselementen werden ausschließlich pneumatische Widerstände mittubulenter Strömungsform, sogenannte Einströmdrosseln in Form von Düsen oder Blenden, zur Begrenzung des Luftmassestromes eingesetzt. Diese Einströmdrosseln zeichnen sich durch geringen Platzbedarf und geringe Herstellungskosten aus. Als nachteilig und für die Funktionsfähigkeit einer aerostatischen Führung gefährlich erweist sich jedoch die Neigung zu selbsterregten Schwingungen, zur pneumatischen Instabilität.From DD-PS 221514 an aerostatic guide element is known which comprises a plane plate which is provided with one or more inflow and which has on its bearing surface of the inflow outgoing and / or connecting these micro-distribution channels or -kanalnetze. In the corner and end zones of the guide element while the dimensions of the opening formed by the ends of two adjacent micro distribution channels opening of a discharge channel according to the size of the corner and end zones and the load of the guide element are dismensipniert. Due to the compressibility of the air film in the bearing gap formed by the plane plate and the guide rail and the storage effect of both the stagnation chamber and the micro distribution channels can form pneumatic instabilities, which can lead to vibrations and severely impair the functioning of air bearings. In all these known guide elements only pneumatic resistors mittubulenter flow form, so-called Einströmdrosseln in the form of nozzles or orifices, are used to limit the air mass flow. This Einströmdrosseln are characterized by small footprint and low production costs. As a disadvantage and dangerous for the functioning of an aerostatic guidance, however, the tendency to self-excited vibrations proves to the pneumatic instability.
Es ist bekannt, daß Führungselemente, die zur Begrenzung des Luftmassestromes laminare pneumatische Widerstände, sogenannte Kapillaren, verwenden, in geringem Maße zur Instabilität und zu Schwingungen neigen. Das drückt sich vor allem in einem größeren zulässigen Volumen der für die Erscheinung der pneumatischen Instabilität verantwortlich zeichnenden Staukammern des Führungselementes aus. Von großem Nachteil ist, daß diese [aminaren Widerstände zur Gewährleistung einer laminaren Strömung in den Eintrittsöffnungen ein großes Längen-Durchmesserverhältnis aufweisen. Selbst bei Kapillaren von 0,1 mm Durchmesser sind bei üblichen Speisedruckern immer noch Kapillarlängen zwischen 40 mm und 80 mm erforderlich, deren Unterbringung in aerostatischen Führungen wegen zu großer Bauhöhe bisher nicht möglich ist. Eine praktische Anwendung laminarer Einströmwiderstände in derartigen Führungen erfolgte bisher nicht.It is known that guide elements which use laminar pneumatic resistors, so-called capillaries, to limit the mass flow of air tend to have a slight tendency to instability and to oscillate. This is reflected above all in a larger permissible volume of the storage chambers of the guide element which are responsible for the appearance of the pneumatic instability. Of great disadvantage is that these [amine resistors have a large length-diameter ratio to ensure a laminar flow in the inlet openings. Even with capillaries of 0.1 mm diameter capillary lengths between 40 mm and 80 mm are still required in conventional feed printers whose placement in aerostatic guides because of too high a height is not possible. A practical application of laminar Einströmwiderstände in such guides was not yet.
Es ist Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Zuverlässigkeit und Funktionstüchtigkeit bei aerostatischen Führungen zu erhöhen.It is an object of the invention to overcome the disadvantages of the prior art and to increase the reliability and functionality of aerostatic guides.
Wesen der ErfindungEssence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aerostatische Führungselemente durch geeignete Ausbildung laminarer Einströmwiderstände konstruktiv in der Praxis anwendbar zu machen und bei diesen Führungselementen solche Bedingungen zu schaffen, die pneumatisch stabile Führungen realisieren helfen.The invention has for its object to make aerostatic guide elements by suitable training laminar Einströmwiderstände constructively applicable in practice and to create in these guide elements such conditions that help to realize pneumatically stable guides.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem aerostatischen Führungselement, umfassend eine kreis- oder rechteckförmige Planplatte, welche mit einer oder mehreren Einströmöffnungen ausgerüstet ist, und die auf ihrer Lagerfläche von den Einströmöffnungen ausgehende Mikroverteilerkanäle besitzt, dadurch gelöst, daß die Planplatte auf der Seite der Lagerfläche mindestens eine, an ihrem Rand mit einer Fase versehene Bohrung besitzt, in welcher ein ebenfalls mit einer, vorzugsweise gleichgroßen Fase versehener Bolzen fest eingesetzt ist, derart, daß eine Stirnfläche des Bolzens mit der Lagerfläche der Planplatte eine Ebene bildet, und daß der Bolzen an seiner Mantelfläche mit mindestens einer gewindeähnlichen, schraubenförmig am Umfang verlaufenden Mikrorille versehen ist, welche in einen durch die Fasen der Bohrung und des Bolzens gebildeten Ringkanal einmündet.According to the invention, this object is achieved in an aerostatic guide element comprising a circular or rectangular plan plate, which is equipped with one or more inflow, and has on their bearing surface emanating from the inflow micro-distribution channels, achieved in that the flat plate on the side of the bearing surface at least a, provided at its edge with a chamfer bore, in which a likewise provided with a, preferably equal bevel bolt is firmly inserted, such that an end face of the bolt with the bearing surface of the plane plate forms a plane, and that the bolt on its Mantle surface is provided with at least one thread-like, helically extending on the circumference of the microgroove, which opens into an annular channel formed by the chamfers of the bore and the bolt.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Ringkanal einen dreieckigen, halbkreisförmigen oder einen anders profilierten QuerschnittIt is advantageous if the annular channel has a triangular, semicircular or another profiled cross section
besitzt. 'has. '
Ferner ist es vorteilhaft, daß der Bolzen in einer in der Mitte der Planplatte angeordneten Bohrung eingesetzt ist und einen solchen Radius besitzt, daß er mit dem für die Tragfähigkeit des Führungselementes maßgeblichen Spalteintrittsradius r0 identisch ist.Further, it is advantageous that the bolt is inserted in a bore arranged in the center of the plane plate and has such a radius that it is identical to the decisive for the carrying capacity of the guide element gap entry radius r 0 .
Weiterhin ist es günstig, wenn der Bolzen an der Mantelfläche mehrere, schraubenförmig am Umfang verlaufende Mikrorillen besitzt, die an der Oberfläche in einem Ringkanal einmünden.Furthermore, it is advantageous if the bolt on the lateral surface has a plurality of micro-grooves extending helically on the circumference, which open at the surface in an annular channel.
Bei langgestreckten Führungselementen ist es vorteilhaft, daß die Planplatte mehrere Bohrungen mit eingesetztem Bolzen besitzt und daß die durch Bohrung und Bolzen gebildeten Ringkanäle durch Verteilerkanäle miteinander verbunden sind.In elongate guide elements, it is advantageous that the flat plate has a plurality of holes with inserted bolt and that the annular channels formed by the bore and bolt are interconnected by distribution channels.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn von den Ringkanälen mindestens ein Verteilerkanal ausgeht.Further, it is advantageous if at least one distribution channel emanates from the ring channels.
Durch die Erfindung werden die Anfälligkeit aerostatischer Lager zur pneumatischen Instabilität bei sonst gleichen Bedingungen, wie Speisedruck, Tragfähigkeit, Luftverbrauch, effektive Lagerfläche, Spalthöhe, Kammervolumen (Größe der Staukammer) — und damit die Schwingungsneigung —wesentlich gemindert. Es wird somit möglich, Luftlager geringer Bauhöhe auch bei Verwendung laminarer Strömungswiderstände in den Eintrittsöffnungen zu realisieren.By the invention, the susceptibility of aerostatic bearings for pneumatic instability under otherwise identical conditions, such as feed pressure, load capacity, air consumption, effective storage area, gap height, chamber volume (size of the storage chamber) - and thus the tendency to oscillate - substantially reduced. It is thus possible to realize air bearings of low overall height even when using laminar flow resistance in the inlet openings.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below by exemplary embodiments. In the drawing show
Fig. T: ein rundes aerostatisches Führungselement im Schnitt,Fig. T: a round aerostatic guide element in section,
Fig.2: das Führungselement in Aufsicht,2: the guide element in supervision,
Fig.3: ein quadratisches Führungselement in Aufsicht und3 shows a square guide element in supervision and
Fig.4: ein rechteckiges Führungselement in Aufsicht4 shows a rectangular guide element in plan view
Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Führungselement umfaßt eine runde Planplatte 1, welche in ihrem Zentrum eine mit einer Fase 2 versehene Bohrung 3 aufweist, wobei die Fase 2 auf der Seite der Lagerfläche 4 der Planplatte 1 angeordnet ist. Über der Planplatte 1 befindet sich das führende oder geführte Maschinenteil 24, z.B. eine Führungsschiene bzw. ein Schlitten. In dieser Bohrung 3 ist ein Bolzen 5 fest eingesetzt, z.B. durch eine Preßpassung, welcher an einer seiner Stirnflächen 6 ebenfalls mit einer Fase 7 versehen ist, welche vorteilhaft eine gleiche Größe wie die Fase 2 der Bohrung hat. An der Lagerfläche 4 der Planplatte 1 wird aus beiden Fasen 2 und 7 ein Ringkanal 8 gebildet. Die Lagerfläche 4 und die Stirnfläche 6 liegen in einer Ebene.The guide element shown in Fig. 1 and 2 comprises a round plane plate 1, which has a bevel 2 provided in its center bore 3, wherein the chamfer 2 is arranged on the side of the bearing surface 4 of the flat plate 1. Above the plane plate 1 is the leading or guided machine part 24, e.g. a guide rail or a carriage. In this bore 3, a bolt 5 is fixedly inserted, e.g. by a press fit, which is also provided on one of its end faces 6 with a chamfer 7, which advantageously has a same size as the chamfer 2 of the bore. On the bearing surface 4 of the flat plate 1, an annular channel 8 is formed from two chamfers 2 and 7. The bearing surface 4 and the end face 6 lie in one plane.
Die Bohrung 3 ist nach unten hin durch eine Verschlußplatte 9 abgeschlossen. In die Bohrung 3 mündet ein Kanal 10, durch welchen von außen Luft zugeführt wird, an seiner Mantelfläche ist der Bolzen 6 mit mindestens einer gewindeähnlichen, schraubenförmig am Umfang verlaufenden Mikrorille 11 (Fig. 1) versehen, die in den Ringkanal 8 einmündet und diesen mit dem eine Kammer 12 bildenden, unteren Teil der Bohrung 3 verbindet.The bore 3 is closed at the bottom by a closure plate 9. In the bore 3 opens a channel 10 through which air is supplied from the outside, on its lateral surface of the bolt 6 with at least one thread-like, helically extending on the circumference microgroove 11 (Fig. 1) provided, which opens into the annular channel 8 and this with the one chamber 12 forming the lower part of the bore 3 connects.
Der Ringkanal 8 besitzt nach Fig. 1 einen Dreieckquerschnitt. Es sind auch andere Querschnitte, z.B. Halbkreis-oder anders geformte Querschnitte möglich, die geeignet sind, die Aufgabe zu lösen. Der Bolzen 5 gemäß der Ausführung nach Fig. 1 und 2 hat einen Radius, der mit dem für die Tragfähigkeit des Führungselementes maßgeblichen Spalteintrittsradius r0 praktisch identisch ist.The annular channel 8 has according to Fig. 1 a triangular cross-section. There are also other cross sections, such as semicircular or other shaped cross-sections possible, which are suitable to solve the problem. The bolt 5 according to the embodiment of FIGS. 1 and 2 has a radius which is practically identical to the decisive for the carrying capacity of the guide element gap entry radius r 0 .
Der Bolzen 5 kann an seinem Umfang auch mehrere Mikrorillen (z.'B. in mehrgängiger schraubenförmiger Anordnung) aufweisen, die in einen Ringkanal einmünden.The bolt 5 may also have a plurality of microgrooves on its circumference (for example in a multi-threaded helical arrangement), which open into an annular channel.
Bei dem in Fig.3 dargestellten quadratischen Führungselement besitzt eine Planplatte 13 mehrere Bohrungen 15 mit eingesetzten Bolzen 14, wobei von den durch die Fasen von Bolzen 14 und Bohrung 15 gebildeten Ringkanälen Verteilerkanäle 16; 17 abgehen. Fig.4 zeigt ein rechteckiges Führungselement, in dessen Planplatte 18 zwei Bohrungen 19,20 mit eingesetzten Bolzen 21,22 vorgesehen sind. Die vorhandenen Ringkanäle sind durch einen Verteilerkanal 23 miteinander verbunden.In the illustrated in Figure 3 square guide member has a flat plate 13 a plurality of holes 15 with inserted bolts 14, wherein of the formed by the chamfers of bolts 14 and bore 15 annular channels distribution channels 16; 17 go out. 4 shows a rectangular guide element, in whose plane plate 18 two holes 19,20 are provided with inserted bolts 21,22. The existing ring channels are connected to each other by a distribution channel 23.
Claims (6)
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Applications Claiming Priority (1)
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| DD28513485A DD244791A1 (en) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | AEROSTATIC GUIDE ELEMENT |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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| DE102008019371A1 (en) | 2007-04-18 | 2008-10-23 | Inspire AG für mechatronische Produktionssysteme | Fluid static bearing for machine carriage, includes nozzles formed by grooves at joint surfaces of carriage assembly, which are sealed along one side of their lengths |
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Also Published As
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