DE3725854A1 - Luftkissen-lagerschuh - Google Patents
Luftkissen-lagerschuhInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftkissen-Lagerschuh,
der in der Lage ist, eine Last zu tragen, die auf einer im
wesentlichen ebenen Führungsfläche mit geringer Reibung be
wegbar sein soll.
Es sind Luftkissen-Lagerschuhe bekannt mit einer Gleitfläche,
die mit der Führungsfläche zusammenwirken kann, und mit Mit
teln zur Zuführung und Verteilung von Druckluft zwischen
diesen Flächen, derart, daß ein tragendes Luftkissen zwischen
den Flächen selbst erzeugt wird. Solche Lagerschuhe finden
überwiegend Anwendung in Präzisionssystemen, z.B. Meßmaschi
nen, Positioniersystemen usw., in denen die Reibungskräfte
zwischen den in Relativbewegung befindlichen Teilen die Ge
nauigkeit und die Dynamik beeinträchtigen. Systeme der erwähn
ten Art benötigen im allgemeinen Stoppmittel zwischen den in
Relativbewegung befindlichen Teilen, da die alleinige Unter
brechung der Druckluftzufuhr zu den Schuhen nicht ausreicht,
eine stabile unmittelbare und präzise Positionierung zwischen
diesen Teilen sicherzustellen.
Solche Stoppmittel, von mechanischer oder elektromagnetischer
Art, bestehen in der Regel aus einer von den Lagerschuhen
getrennten Einheit. Aufgrund der Abmessungen der Lagerschuhe
und der Stoppeinheit bedingt dies einen relativ großen Raum
bedarf. Außerdem braucht man mehr Schuhe und/oder Stoppein
heiten, wenn man zwei Kräftesysteme (Trage- bzw. Stoppkräfte)
erhalten will, deren jeweilige Resultierende eine gemeinsame
Wirkungslinie besitzen. Diese Bedingung ist nämlich notwendig,
damit das System einer reinen Kraft (Trage-oder Stoppkraft
abhängig vom Überwiegen der einen der beiden Resultierenden)
unterliegt, die in einer Ebene senkrecht zu den das Luftkissen
begrenzenden Flächen einwirken, d.h. ohne störende Momente.
Aufgabe der Erfindung ist es also, einen Luftkissen-Lagerschuh
anzugeben, dessen Stoppmittel in den Schuh selbst integriert
sind und der somit die erwähnten Nachteile zu beseitigen
erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Luftkissen-La
gerschuh mit mindestens einer Gleitfläche, die unter geringer
Reibung über eine Führungsfläche gleiten soll, und mit Mitteln
zur Zuführung und Verteilung von Druckluft, die ein tragendes
Luftkissen zwischen der Gleitfläche und der Führungsfläche
erzeugen, dadurch gelöst, daß Magnetmittel vorgesehen sind,
die eine Anziehungskraft zwischen dem Schuh und der Führungs
fläche erzeugen, und daß das Luftkissen eine resultierende
Kraft wirksam werden läßt, die der Anziehungskraft entgegen
gerichtet ist und diese übersteigt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter
Ausführungsbeispiele mithilfe der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines Luftkissen-Lagerschuhs gemäß
einer ersten Ausführungsform der Erfindung von unten.
Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.
Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt im Detail durch den Schuh
gemäß Fig. 1 entlang der Linie III-III.
Fig. 4 zeigt eine Ansicht eines eine zweite Ausführungsform
der Erfindung bildenden Luftkissen-Lagerschuhs.
Fig. 5 ist ein Schnitt entlang der Linie V-V aus Fig. 4.
Fig. 6 ist ein vergrößerter Schnitt eines Details aus Fig. 4
entlang der Linie VI-VI.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Luftkissen-Lagerschuh 1 ge
zeigt, der am unteren Bereich eines schematisch in unterbro
chenen Linien angedeuteten Elements 15 befestigt ist, das auf
einer Führungsfläche 4 entlang bewegt werden soll.
Der Schuh 1 enthält einen im wesentlichen zylindrischen Körper
2, dessen glatte Unterseite als Gleitfläche 3 ausgebildet
ist, die mit der entsprechenden Führungsfläche 4 zusammenwir
ken kann. Ein zentraler Bereich 5 der Gleitfläche 3 besitzt
vier um jeweils 90° versetzte Löcher 6, die im Inneren des
Körpers 2 mit einem in radialer Richtung in eine Seitenfläche
8 des Körpers 2 eingebrachten Sackloch 7 in Verbindung stehen.
Das Sackloch 7 besitzt eine mit Gewinde versehene Mündung 9,
die dicht mit einem Gewindestopfen 10 verschlossen ist. Das
Sackloch steht mit einem weiteren Loch 11 in Verbindung, das
in axialer Richtung in eine flache Oberseite 12 des Körpers 2
eingebracht ist. Ein Druckluftstecker 13, beispielsweise ein
Schnellkopplungsstecker, ist in eine mit Gewinde versehene
Mündungszone des Lochs 11 eingeschraubt und stellt die Ver
bindung des Schuhs 1 mit einem Druckluftversorgungskreis über
eine flexible Leitung 14 her, die nur teilweise gezeigt ist.
In jedes der Löcher 6 ist eine Hülse 17 mit kalibriertem
Innendurchmesser hineingepreßt, und zwar derart, daß sie
bezüglich der Gleitfläche leicht zurückgesetzt ist und einen
schmalen Auslaßbereich 6 a jedes Lochs freiläßt.
Die Gleitfläche besitzt weiter vier Gruppen von je drei Kavi
täten oder Taschen 18 runder Form und trapezförmigem Quer
schnitt, die in der Nähe des Randes der Gleitfläche 3 verteilt
angeordnet sind, derart, daß die mittlere Tasche 18 jeder
Gruppe von drei Taschen in radialer Flucht mit einem zugeor
dneten Loch 6 liegt, während die beiden Seitentaschen 18
winkelmäßig gleich weit entfernt zu beiden Seiten der erstge
nannten Tasche liegen. Jedes Loch 6 ist mit der zugeordneten
Gruppe von drei Taschen 18 über eine Nut 19 verbunden, die in
radialer Richtung von dem Bereich 6 a des Loches selbst ausgeht
und nach einem kurzen Abschnitt in drei Zweige übergeht, die
zu den drei Kavitäten führen. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, ist
es günstig, diese Nut mit einem V-förmigen Querschnitt zu
versehen.
Die Gleitfläche 3 hat weiter vier Aushöhlungen 20 einer läng
lichen rechteckigen Form, die je in radialer Richtung zwischen
zwei benachbarten Gruppen dreier Taschen 18 und der zugeord
neten Nuten 19 liegen. Diese Aushöhlungen 20 nehmen Permanent
magnete 12 einer solchen Form auf, daß die Oberfläche 22
jedes Magneten 21 die von dem Schuh 1 nach außen zeigt, in
derselben Ebene wie die Gleitfläche 3 liegt. Insbesondere
enthält jeder Magnet 21 äußere Wände 24, die in Kontakt mit
entsprechenden Wänden der Aushöhlung 20 aus Weicheisenlamellen
stehen, und einen Innenbereich 25, der aus Elektromagneten 26
eines bekannten Typs alternierend mit Weicheisenlamellen 27
besteht.
In den Fig. 4 und 5 ist ein zweiter Luftkissen-Lagerschuh
1′ dargestellt. Nachfolgend werden dieselben Bezugszeichen
für gleiche oder entsprechende Teile wie im ersten Ausfüh
rungsbeispiel verwendet.
Der Schuh 1′ besitzt einen aus zwei Teilen 2 a und 2 b bestehen
den zylindrischen Körper 2. Der obere Teil 2 a, in Form einer
kreisförmigen Platte, besitzt eine ringförmige Rille 31 eines
im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitts, die in die Unter
seite 32 des oberen Teils 2 a eingeschnitten ist. Ein Druck
luftanschluß 13, beispielsweise ein Schnellkopplungsstecker,
ist in ein durchgehendes Loch 3 eingeschraubt, das in axialer
Richtung bis in die ringförmige Rille 31 reicht und den An
schluß des Schuhs 1 an die Druckluftversorgung über eine
Leitung 14 erlaubt, deren Ende dargestellt ist. Der obere
Teil 2 a enthält außerdem zwei Ringnuten 34 und 35, die zur
ringförmigen Rille 31 konzentrisch sind und zu beiden Seiten
dieser Rille liegen. In diesen Nuten sitzen Dichtungsringe 36
und 37.
Der untere Teil 2 b hat ebenfalls die Form einer kreisförmigen
Platte und besitzt am Rand nach oben zeigende Verlängerungen
38, innerhalb deren der obere Teil 2 a so angeordnet ist, daß
die ringförmige Rille 31 in Verbindung mit der ihr gegenüber
liegenden Oberseite 39 des unteren Teils 2 b eine Ringkammer
40 begrenzt.
Die beiden Teile 2 a und 2 b sind über eine Vielzahl von gleich
mäßig über den Umfang verteilten Schrauben außerhalb der
Dichtung 37 miteinander verbunden.
Eine Gleitfläche 3 des Schuhs 1′, die mit einer Führungsfläche
4 zusammenwirken kann, besitzt drei Aushöhlungen 20 mit je
weils 120° Winkelabstand, in denen Permanentmagneten 21 voll
kommen gleicher Art wie für den Schuh 1 beschrieben angeordnet
sind. Die Gleitfläche 3 besitzt weiter mehrere Querlöcher 42,
die mit der Ringkammer 40 in Verbindung stehen und in Randbe
reichen 43 der Gleitfläche zwischen den Magneten 21 gleich
mäßig verteilt angeordnet sind.
In einen Auslaßbereich 44 jedes Lochs 42 ist eine zylindrische
Hülse 45 eingesetzt, die im einzelnen in Fig. 6 zu sehen ist.
Diese Hülse 45 besitzt ein Innenloch 46 mit einem Bereich 47
eines kalibrierten kleinen lichten Durchmessers. Dieser Be
reich geht in eine äußere Kavität 48 der Hülse 45 über, die
im wesentlichen die Form einer sich zur Gleitfläche 4 öffnen
den Kugelkalotte besitzt.
Die Wirkungsweise des oben beschriebenen Schuhs 1 ist folgen
de:
Solange keine Druckluft zugeführt wird, sitzt der Schuh 1
aufgrund der Permanentmagnete 21 auf der Führungsfläche 4
fest. Sobald die Druckluft eingeschaltet wird, gelangt diese
von der Leitung 14 durch den Stecker 13 und das Sackloch 7 in
die Löcher 6 und wird von diesen durch die Nuten 19 auf die
Taschen 18 verteilt.
Solange die Gleitfläche 3 auf der Führungsfläche 4 aufsitzt,
bilden die Nuten 19 Druckluftkanäle, die zu den geschlossenen
Kammern führen, die durch die Taschen 18 und die diesen ge
genüberliegenden Bereiche der Führungsfläche 4 gebildet wer
den. Die kalibrierten Hülsen 17 sichern die richtige Vertei
lung der Druckluft zu den verschiedenen Taschen 18. Die Ge
samtfläche der Taschen ist so gewählt, daß der in diesem
Bereich wirksam werdende Luftdruck eine resultierende Kraft
nach oben auf den Schuh 1 ausübt, die ausreicht, um die An
ziehungskraft der Magnete 21 zu überwinden und eine erste
Trennung des Schuhs 1 von der Führungsfläche 4 herbeizuführen.
Danach ist die vom Magneten 21 ausgeübte Anziehungskraft
deutlich geringer.
Nach dieser Trennung bildet sich ein im wesentlichen konstan
tes Luftkissen geringer Dicke zwischen den Flächen 3 und 4
aufgrund de kontinuierlichen Luftströmung vom Zentrum zur
Peripherie des Schuhs. Dadurch verringert sich die Gleitrei
bung des Schuhs 1 auf der Führungsfläche 4 bis auf die Resul
tierende der Strömungskräfte, die zwischen der Gleitfläche 3
und dem Luftkissen ausgetauscht werden, so daß der Schuh 1
auf der Führungsfläche 4 schon aufgrund von sehr schwachen
Querkräften bewegt werden kann.
Das Anhalten des Schuhs ergibt sich praktisch verzögerungsfrei
durch die Magneten 21, indem lediglich die Zufuhr von Druck
luft gesperrt wird.
Die Wirkungsweise des Schuhs 1′ ist vollkommen dieselbe. In
diesem Fall ist die Funktion der Taschen 18 durch die Kavitä
ten 48 der Hülsen 45 ersetzt und die Verteilung der Druckluft
erfolgt im Inneren durch die Ringkammer 40.
Der Schuh 1 erfordert Führungsflächen 4 mit hoher Oberflächen
qualität, da Oberflächenunregelmäßigkeiten (Erhöhungen, Ver
tiefungen) den Fluß der Druckluft durch die Nuten 19 wegen
derer geringen Tiefe deutlich verändern, so daß die Druckluft
ungleichmäßig in die verschiedenen Taschen 18 gelangt.
Dagegen kann der Schuh 1′ auf Führungsflächen 4 mit verhält
nismäßig großer Rauhheit verwendet werden. Da die Verteilung
der Luft zwischen den verschiedenen Löchern 42 innerhalb des
Schuhs 1′ erfolgt, wird sie durch die Oberflächengüte der
Führungsfläche 4 in keiner Weise beeinflußt. Wenn eines der
Löcher 42 mit einer Unregelmäßigkeit der Oberfläche fluchtet,
dann wird die Höhe des Abhebens verändert, aber da diese
Erscheinung nur ein einziges Loch betrifft, ergibt sich daraus
keine merkbare Störung der Wirkungsweise des Schuhs 1′.
Aus der obigen Beschreibung ergeben sich ohne weiteres die
durch die vorliegende Erfindung erzielten Vorteile. Zum einen
besitzen die Schuhe 1 und 1′ ihre eigenen Stoppmittel und
benötigen somit keine zusätzlichen Stoppeinheiten. Ihre Ab
messungen sind gering. Weiter ergibt sich aus der symmetri
schen Anordnung der Schwebe- und Stoppmittel eine resultie
rende Kraft, die rein vertikal ist und deren Wirkungslinie
mit der senkrechten Achse der Schuhe 1 und 1′ zusammenfällt.
Die Erfindung ist nicht auf die beiden dargestellten bevor
zugten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann die Form der
Schuhe 1 und 1′ anders als kreisförmig sein. Die Form, Anzahl
und Anordnung der Taschen 18 oder der Kavitäten 48, der Nuten
19 und der Magnete 21 kann ebenfalls ebenso wie die Anzahl
und Anordnung der Löcher 6 oder 42 variiert werden. Schließ
lich können die Permanentmagnete 21 durch Elektromagnete
ersetzt werden.
Claims (15)
1. Luftkissen-Lagerschuh mit mindestens einer Gleitfläche,
die unter geringer Reibung über eine Führungsfläche gleiten
soll, und mit Mitteln zur Zuführung und Verteilung von Druck
luft, die ein tragendes Luftkissen zwischen der Gleitfläche
und der Führungsfläche erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß
Magnetmittel (21) vorgesehen sind, die eine Anziehungskraft
zwischen dem Schuh (1, 1′) und der Führungsfläche (4) erzeu
gen, und daß das Luftkissen eine resultierende Kraft wirksam
werden läßt, die der Anziehungskraft entgegengerichtet ist
und diese übersteigt.
2. Lagerschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die magnetischen Mittel eine Vielzahl von Magneten (21) auf
weisen.
3. Lagerschuh nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Magnete (21) Permanentmagnete sind.
4. Lagerschuh nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnete (21) in entsprechenden Aushöhlungen (20) in
der Gleitfläche (3) angeordnet sind.
5. Lagerschuh nach einem beliebigen der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zuführung
und Verteilung von Druckluft (6, 7, 15, 18, 19; 40, 42) min
destens eine Düse (6, 17; 42, 45) aufweisen, die in der Gleit
fläche (3) angeordnet ist.
6. Lagerschuh nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Düse (6, 17; 42, 45) ein Loch (6; 42), das in der Gleit
fläche (3) ausgebildet ist und mit einer Druckluftzuführungs
kammer (7; 40) in Verbindung steht, und eine kalibrierte
Hülse (17; 45) aufweist, die in diesem Loch (6) sitzt.
7. Lagerschuh nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Düsen (6, 17) in einem zentralen Bereich (5) der
Gleitfläche (3) angeordnet sind.
8. Lagerschuh nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Mittel zur Zuführung und Verteilung von
Druckluft (6, 7, 13, 18, 19) eine Vielzahl von Kavitäten (18)
besitzen, die in der Nähe des Randes der Gleitfläche (3)
angeordnet sind und mit der Düse (16, 17) über entsprechende
Nuten (19) in der Gleitfläche (3) in Verbindung stehen.
9. Lagerschuh nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kavitäten (18) kreisförmig sind und einen Trapezquerschnitt
besitzen.
10. Lagerschuh nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Nuten (19) einen V-förmigen Querschnitt besitzen.
11. Lagerschuh nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zahlreiche Düsen (42, 45) vorgesehen sind, die um die
Gleitfläche (3) entlang mindestens eines randnahen Umkreises
winkelmäßig verteilt angeordnet sind.
12. Lagerschuh nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindung zwischen der Druckluftversorgungskammer (40)
und den Düsen (42, 45) im Inneren des Schuhs (1′) erfolgt.
13. Lagerschuh nach einem der Ansprüche 6, 11, oder 12, da
durch gekennzeichnet, daß die kalibrierte Hülse (45) eine zur
Führungsfläche (44) hin offene Kavität (48) aufweist.
14. Lagerschuh nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
diese Kavität (48) die Form einer Kugelkalotte besitzt.
15. Lagerschuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß er im unteren Bereich eines Elements
(15) befestigt ist, das auf der Führungsfläche (4) bewegbar
ist.
Applications Claiming Priority (1)
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