Die Erfindung bezieht sich auf eine spezielle Ausführung von
gasgeschmierten Wellen (Luftlagern), mit dem Ziel der Genauig
keitserhöhung bzw. Verringerung der Fehlerbewegungen, und gleich
zeitige Vereinfachung des Herstellaufwandes.The invention relates to a special embodiment of
gas-lubricated shafts (air bearings), with the aim of accuracy
speed increase or reduction of error movements, and the same
early simplification of the manufacturing effort.
Bekannt sind Wellen in radialer und axialer Luftlagerung für
hochtourige Anwendungen wie etwa Mikrobohr-Spindeln, optische
Scanner und Feinstschleif-Spindeln oder optische Linsen-Polier
maschinen. Sie bestehen häufig aus der Vereinigung eines
schlanken Wellenschaftes für die Radiallagerung mit einer
vergleichsweise dünnen Scheibe größeren Durchmessers als die
Welle für die zu deren beiden angebrachte axiale Luftlagerung.Shafts in radial and axial air bearings are known for
high-speed applications such as micro drilling spindles, optical
Scanner and fine grinding spindles or optical lens polishing
machinery. They often consist of the union of one
slim shaft for radial bearings with a
comparatively thin disc of larger diameter than that
Shaft for the axial air bearing attached to their two.
Bekanntgeworden sind auch solche Wellen, die aus zwei Abschnit
ten mit unterschiedlichem Durchmesser bestehen, die, beide in
einer Hülse mit ebenfalls zwei unterschiedlichen Durchmessern
und auf Luft gelagert, einen ringförmigen Kolbenraum bilden,
durch den bei Beaufschlagung mit Luftdruck eine in Richtung
des größeren Wellendurchmessers wirkende Kraft in Achs-Richtung
entsteht, welche hier der axialen Fixierung und Vorspannung
der Welle gegen eine axiale Luftlagerscheibe dient.Waves made up of two sections have also become known
with different diameters, both in
a sleeve with two different diameters
and stored on air, form an annular piston space,
by the one in the direction when pressurized with air pressure
force of the larger shaft diameter in the axis direction
arises, which here is the axial fixation and preload
the shaft serves against an axial air bearing washer.
Die Erfindung besteht in der Trennung der Welle in zwei separate
Bauteile, nämlich Welle und Scheibe, die untereinander nur durch
einen losen Zentriersitz verbunden sind, wobei auf diesen Zen
triersitz eine Kraft wirkt, die in bekannter Weise aus dem
pneumatischen Kolben zwischen Welle und dafür hinten verschlos
senen Hülsenkörper resultiert.
The invention consists in separating the shaft into two separate ones
Components, namely shaft and washer, which only pass through each other
a loose centering seat are connected, with this Zen
triersitz a force that acts in a known manner from the
pneumatic piston between the shaft and therefore locked at the rear
his sleeve body results.
Fig. 1 erläutert die Erfindung: Die Scheibe 1 sei ein Luftlage
rung erforderndes Bauteil, etwa ein optischer Scanner-Spiegel-
Polygon oder sonst Träger mechanischer oder optischer Funk
tionsteile. Der Realisierung der Luftlagerung dient die ring
förmige Lagerscheibe 2 mit den hier nicht mehr näher zu
erläuternden, da bekannten, Druck-Einlaßdrosseln (=Düsen) 3.
Die Scheibe 1 ist auf Luft nur auf einer Seite gelagert, und
radial ist sie gar nicht gelagert. Eine Welle 4 läuft luftge
lagert in einer Hülse 5. Welle 4 trägt den allein schon zu
deren Herstellung erforderlichen Zentriersitz, in dem eine Kugel
6 aufgenommen ist, die in der Scheibe 1 ihren Gegensitz findet.
Die Hülse 5 ist an einem Ende durch eine Kappe 7 derart
verschlossen, daß im so entstehenden Hohlraum ein Luft-Überdruck
eingestellt werden kann, durch den die in Längsrichtung
verschiebbare Welle 4 mittels der Zentrierkugel 6 die Scheibe
1 gegen die Lagerscheibe 2 mit der Luftlagerung gedrückt wird.
Die Wellenlagerung 4/5 erfüllt also die die mehrfache Funktion:
radiale Lagerung, Erbringung axialer Vorspannung und Zentrierung
der Scheibe relativ zur Welle. Der Drehantrieb des Systems
Welle/Scheibe erfolgt in bekannter Weise durch einen am
Wellenende aufgebrachten Motor 8/9. Der Mitnahme der Scheibe
1 durch die Welle 4 dient im einfachsten Falle die Haftkraft,
die im Zentriersitz durch die Vorspannung zustande kommt. Eine
Drehsicherung kann in bekannter und hier deshalb nicht gezeigter
Weise querkraftfrei durch Mitnehmerstifte zwischen Scheibe und
Welle bewirkt werden. Fig. 1 explains the invention: The disc 1 is an air-bearing component, such as an optical scanner mirror polygon or other carrier mechanical or optical func tion parts. The realization of the air bearing serves the ring-shaped bearing disc 2 with the pressure inlet throttles (= nozzles) 3, which are not to be explained in detail here anymore. The disc 1 is supported on air only on one side and is not supported radially at all. A shaft 4 runs luftge bearings in a sleeve 5th Shaft 4 carries the centering seat, which is already required for its manufacture, in which a ball 6 is received, which finds its counter seat in the disk 1 . The sleeve 5 is closed at one end by a cap 7 such that an air overpressure can be set in the cavity thus created, through which the longitudinally displaceable shaft 4 by means of the centering ball 6 presses the disk 1 against the bearing disk 2 with the air bearing becomes. The shaft bearing 4/5 thus fulfills the multiple function:
radial bearing, provision of axial preload and centering of the disc relative to the shaft. The shaft / disk system is driven in a known manner by a motor 8/9 mounted on the shaft end. In the simplest case, the entrainment of the disk 1 by the shaft 4 serves the adhesive force which is brought about in the centering seat by the pretension. A rotation lock can be effected in a known and therefore not shown manner without lateral force by driving pins between the disk and the shaft.
Das Verhältnis der beiden Durchmesser Scheibe/Welle folgt aus
dem Kräftgleichgewicht zwischen der Luftlagerung die auf der
Ringfläche zwischen Laufscheibe 1 und ringförmiger Lagerscheibe
2 einerseits und der durch die Welle 4 mit Durchmesser D erzeug
ten Kolbenkraft (p×D) andererseits, wobei p der Überdruck im
Innenraum der Kappe 7 ist. Der Einstellung des geeigneten
Druckes in diesem Raum dient eine Öffnung 9 in der Kappe 7.
Der Entlüftung des die Laufscheibe 1 umgebenden Raumes dient
eine Öffnung 10 in der Hülse 5.The ratio of the two diameter disc / shaft follows from the balance of forces between the air bearing on the one hand on the annular surface between the running disc 1 and the annular bearing disc 2 and the piston force generated by the shaft 4 with diameter D (p × D), where p is the overpressure is in the interior of the cap 7 . An opening 9 in the cap 7 serves to set the suitable pressure in this space. An opening 10 in the sleeve 5 serves to vent the space surrounding the running disk 1 .
Als vorteilhaft an dieser Lösung gilt, daß der Betrag der Taumel
bewegung der für die Genauigkeit wesentlichen Scheibe nur durch
deren Planlagerung auf ein Minimum bestimmt ist; daß die Scheibe
als Funktionsträger von der Welle separat hergestellt werden
kann; daß wärmebedingte Dehnungen nur von der Lagerstelle 1/2
weg nach hinten erfolgen.It is an advantage of this solution that the amount of wobble movement of the disk, which is essential for the accuracy, is determined to a minimum only by its plane bearing; that the disc as a function carrier can be manufactured separately from the shaft; that thermally induced expansions take place only from the bearing point half way to the rear.