Führungsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Führungsvorrichtung mit einer Führung und einem dieser gegenüber be weglichen, zu führenden Körper und Mitteln, durch welche ein Gaskissen zwischen den einander zuge kehrten zusammenwirkenden Führungsflächen auf rechterhalten wird.
Solche Führungsvorrichtungen sind an sich be kannt. Sie haben den Vorteil, dass die auftretenden Reibkräfte zwischen den Führungsflächen praktisch vernachlässigbar sind, so dass die Teile der Vorrich tung sich leicht gegeneinander bewegen lassen. Das Gaskissen, dessen Stärke den praktisch geeigneten Wert von etwa 10,u. haben kann, hat den weiteren Vorteil, dass die Führungsflächen praktisch nicht verschmutzt werden.
Insbesondere bei Präzisionswerkzeugen, z. B. Werkzeuggeräten, soll die Stärke des Gaskissens möglichst konstant gehalten werden. Zu diesem Zweck kann z. B. bei waagrecht angeordneter Füh rung der über die Führung bewegliche, z. B. auf einer Luftschicht gelagerte Körper mit einem bestimmten Gewicht belastet werden, so dass das Gaskissen gleichsam vorgespannt wird. Indem im Betrieb der Führungsvorrichtung das Gesamtgewicht des auf das Gaskissen drückenden Körpers in bezug auf den jeweiligen Belastungsunterschied z. B. von einem mit dem zu führenden Körper verbundenen Meissel, gross gewählt wird, ist dies ziemlich gut erzielbar. In der Praxis erfordert dies allerdings verhältnismässig schwere Gewichtsbelastungen.
Als praktisches Bei spiel sei erwähnt, dass das Gaskissen mit einem Ge wicht von etwa 100 kg vorgespannt werden muss, um bei einer Änderung von 1 kg der Belastung die Stärke des Gaskissens auf einem praktisch akzeptablen Wert konstant zu halten.
Ein Nachteil der Vorspannung des Gaskissens durch ein Gewicht besteht darin, dass die in be stimmten Fällen erforderlichen Gewichtsbelastungen eine Durchbiegung der Führung z. B. einer an einigen Punkten abgestützten Führungsbahn veranlassen können. Es ist weiter ein Nachteil, dass ein Gaskissen durch Gewichtsbelastung nur bei annähernd waag recht angeordneten Führungsvorrichtungen vorge spannt werden kann.
Wenn die Führungsflächen eine erheblich von der Horizontallage abweichende Lage einnehmen, ist diese Lösung somit weniger zweck- mässig. Ein weiterer Nachteil besteht noch darin, dass grosse Gewichtsbelastungen zum Vorspannen des Gaskissens zu verhältnismässig hohen Massen trägheitskräften z. B. bei sich schnell hin- und herbe wegenden Teilen führen.
Die Erfindung bezweckt eine Führungsvorrich tung zu schaffen, welche die erwähnten Nachteile nicht aufweist.
Die Führungsvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der gegeneinander beweglichen Teile dieser Führungs vorrichtung mit einem oder mehreren Magneten ver sehen ist, die diesen Teil und den wenigstens teilweise ferromagnetischen anderen Teil der Führungsvor richtung unter Einschluss des Gaskissens magnetisch aneinander ziehen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, die in Fig.2-11 einige Ausführungsbeispiele zeigt.
In der Zeichnung zeigt Fig. 1 schematisch die wichtigsten Teile einer bekannten Führungsvorrich tung, bei der zwischen den Führungsflächen ein Gas kissen erzeugt wird.
Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1, die jedoch erfindungsgemäss mit Magneten versehen ist. Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine Draufsicht und einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3 einer Grad führung nach der Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine Abart der Anordnung nach Fig. 5, die eine Führungsvorrichtung mit einer ge krümmten Führungsbahn besitzt.
Die Fig. 6 und 7 zeigen einige Stufen der Her stellung der Gradführung nach den Fig. 3 und 4.
Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Gradführung, bei der ein langer Schlitten über zwei getrennte Führungs- bahnteile verschiebbar ist. Fig.8 zeigt schematisch eine Draufsicht und Fig. 9 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. B.
Fig. 10 zeigt einen Schnitt gemäss Fig. 4, aber über 180 in der Zeichnungsebene gedreht.
Fig.ll zeigt eine Ausführungsform mit einem Elektromagneten, dessen Erregerstrom regelbar ist.
In Fig. 1 sind von der Führungsvorrichtung die stillstehende Führung mit 1 und ein dieser gegenüber beweglicher Körper mit 3 bezeichnet. Die gegen einander beweglichen Teile haben einander zuge kehrte Führungsflächen 5 und 7. Der Körper 3, der z. B. durch eine Meisselfassung eines Werkzeuggerä tes gebildet wird, ist mit einer Anzahl an die Zufuhr eines Überdruckgases, z. B. Druckluft, (Pfeil 9) ange schlossener Kanäle 11 versehen. Durch diese Kanäle 11, die in der Führungsfläche 7 ausmünden, kann eine Gasströmung zwischen den Führungsflächen 5 und 7 beibehalten werden. Die Gasströmung kann in Richtung der Pfeile 15 und 17 entweichen.
Die An ordnung ist derart, dass die Führungsflächen durch das Gaskissen getrennt werden, während der Körper 3 auf dem Gaskissen zur Anlage kommt. Diese Lage rung auf einem Gaskissen mit einer praktisch brauchbaren Stärke von z. B. 10,u kann benutzt werden, wenn die Führungsflächen 5 und 7 gegen einander zu verschieben oder zu drehen sind, wobei dann die bei der gegenseitigen Bewegung auftreten den Reibkräfte minimal sind.
Bei dieser Art von Führungsvorrichtung wird durch passende Wahl des auf das Gaskissen drücken den Gewichtes des Körpers 3, der gegebenenfalls mit einem zusätzlichen Gewicht versehen werden kann, dieses Gaskissen derart vorgespannt, dass bei einer Änderung der Grösse der Meisselkraft (P) die Stärke des Gaskissens praktisch konstant bleibt. Es gilt da bei, dass je höher die Vorspannkraft in bezug auf die Änderung (LP) der Meisselkraft (P) ist, umso kon stanter ist die Stärke des Gaskissens. In der Praxis wird das Gaskissen z.
B. durch eine Masse von 100 kg vorgespannt, um bei einer Änderung von 1 kg die Stärke des Gaskissens praktisch konstant zu hal ten. Bei diesen Konstruktionen ist es im allgemeinen notwendig, den Körper 3 mit einem grossen Gewicht zu belasten. Diese Konstruktionen haben verschie dene Nachteile, da solche grossen Gewichte auch die unterhalb des Gaskissens liegende Führungsfläche beeinflussen; dies ist somit weniger gut geeignet zur Verwendung als Führungsfläche für Führungsbahn anlagen, die eine verhältnismässig lange Führung haben, die nur an einigen Stellen abgestützt wird. In diesem Falle kann die Führung sich erheblich durch biegen.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass diese schweren Körper während der Bewegung be schleunigt oder verzögert werden müssen, so dass erhebliche Massenträgheitskräfte zu berücksichtigen sind.
Indem die erforderliche Vorspannkraft gemäss Fig. 2 mindestens einem im einen der gegen einander beweglichen Teile untergebrachten Magneten 25 ent nommen wird, ergibt sich die Möglichkeit, eine Vor spannkraft der erforderlichen Grösse zu erzielen, trotz des geringen Eigengewichtes der Magnete. Der mit Gaskanälen versehene Körper 23 nach Fig. 2 aus nicht magnetischem Material besitzt eine Anzahl von Magneten 25. Die Führung besteht aus ferromagneti- schem Material. Die Magnete ziehen die einander zugekehrten Führungsflächen aneinander.
Durch passende Wahl der Art und der Anzahl der Magnete, die selbstverständlich auch in der Führung 27 unter gebracht werden können, ergibt sich die Möglichkeit, das zwischen den Führungsflächen vorhandene Gas kissen nach Wunsch vorzuspannen. Die Magnete, welche Dauermagnete oder Elektromagnete sein kön nen, erzeugen eine grosse Klebekraft zwischen den Führungsflächen. Da die zu diesem Zweck übliche bekannte Bauart solcher Magnete keinen besonderen Gegenstand der Erfindung bildet, wird diese Bauart hier nicht weiter erläutert.
Es hat sich gezeigt, dass auf den Körper aus geübte, schnelle, äussere Schwingungen praktisch vollständig gedämpft werden können durch die von den Magneten induzierten Wirbelströme.
Da die Vorspannkraft den Magneten entnommen wird, lässt sich die Erfindung vorteilhaft bei Füh rungsflächen durchführen, die nicht waagerecht lie gen. Der Lage der Führungsflächen ungeachtet, üben die Magnete die erforderliche Vorspannkraft auf das Gaskissen aus.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Ver wendung bei Führungsvorrichtungen, bei denen der zu führende Körper längs einer genau bestimmten Bahn beweglich sein muss. Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Beispiel einer solchen Führung. Sie enthält eine Führungsbahn 31 aus ferromagnetischem Material und einen über diese Führungsbahn hin- und her ver schiebbaren Körper 33.
Der Körper 33, dessen Länge in der Vorschubrichtung gesehen in bezug auf die Länge der Führungsbahn 31 gering ist, ist aus nicht magnetischem Material und enthält Magnete 35 und 37 und ist weiter mit einer Anzahl von Kanälen versehen, welche der Führungsbahn 31 zugekehrt und auf die dargestellte Weise an eine Pressluftzufuhr angeschlossen sind. Der Körper 33 enthält zwei einen bestimmten Winkel miteinander einschliessende Füh rungsflächen 41 und 43, die mit einen gleichen Win kel miteinander einschliessenden Führungsflächen 45 und 47 zusammenwirken. Sowohl zwischen den Flä chen 41 und 45 als auch zwischen den Flächen 43 und 47 befindet sich ein vorgespanntes Luftkissen.
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Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Gradführung, bei der iie Führungsbahn durch zwei stillstehende, winklige Teile 63 und 65 gebildet wird, die gemeinsam einen '.angen Schlitten 67 führen. Die Teile 63 und 65 sind mit Magneten 68 und 69 und mit Kanälen versehen, 3urch welche in Richtung der gestrichelt angedeute ten Pfeile 71 Pressluft zugeführt wird, wobei der Schlitten 67 aus ferromagnetischem Material besteht. Der Schlitten 67 ist also nicht mit Magneten verse hen.
Bei der Führungsvorrichtung nach den Fig. 3 und 4 bildet die winklige Führungsbahn 31 wenigstens teilweise den untenliegenden, stillstehenden Teil der Führungsvorrichtung. Diese Vorrichtung kann auch umgekehrt werden, so dass die Lage nach Fig. 10 er halten wird. Der Körper 33 könnte infolge seines Eigengewichtes in dieser Lage aus der Führungsbahn 31 fallen, aber die Magnete im Körper 33 verhüten dies und liefern ausserdem die Vorspannkraft für das Gas- bzw. Luftkissen zwischen den Führungsflächen.
Bei der Bauart nach den Fig. 2, 3, 4, 5, 8, 9 und 10 sollen die Magnete ähnlich wie die den Führungs flächen zugewendeten Kanäle vorzugsweise in der kleineren der zusammenwirkenden Führungsflächen untergebracht werden. Es hat sich ergeben, dass dies eine sehr stabile Führung ergibt. Wenn die Magnete hingegen in der grösseren der miteinander zusam menwirkenden Führungsflächen angebracht werden, könnte eine zufriedenstellende Stabilität nur dadurch erzielt werden, indem die Führungsbahn mit einer grossen Anzahl regelmässig über die ganze Füh rungsbahn verteilter Magnete von vollkommen glei chen magnetischen Eigenschaften versehen wird.
Um eine konstante Stärke des Gaskissens zu sichern, können, wie gesagt, Magnete benutzt werden, die eine Vorspannkraft liefern, welche im Verhältnis zu der Änderung der äusseren Belastungskraft P gross ist. Durch Verwendung von Elektromagneten ist es möglich, bei dem gleichen Unterschied in der äusseren Belastung eine verhältnismässig geringere Vorspannkraft anzuwenden. Beim Eintreten einer Änderung p P in der Belastungskraft z. B. eines Meis- sels nimmt z. B. die Stärke d des Gaskissens ab.
In dem nun diese Stärke gemessen und bei Änderung des Messergebnisses die Elektromagnete derart ge steuert werden, dass die Klebekraft abnimmt, lässt sich die Stärke des Gaskissens konstant halten. Eine schematisch in Fig. 11 dargestellte Anordnung hat einen beweglichen, mit einem Elektromagneten 75 versehenen Körper 77 und eine Führung 79. Es sind weiter auf übliche Weise Mittel vorhanden, durch welche die momentane Stärke d des Gaskissens ge messen werden kann, wobei ein Teil der Führungs flächen als Teile eines veränderlichen Kondensators wirksam ist. Mittels eines Regelgliedes 81 wird ein gemessener Unterschied in der Stärke des Gaskissens in eine Änderung des Erregerstromes des Elektroma gneten 75 umgewandelt.
Guide device The invention relates to a guide device with a guide and one of these with respect to be movable, to be guided body and means by which a gas cushion between the mutually facing cooperating guide surfaces is maintained on the right.
Such guide devices are known per se. They have the advantage that the frictional forces that occur between the guide surfaces are practically negligible, so that the parts of the device can easily be moved against one another. The gas cushion, the strength of which has the practical value of about 10, u. can have, has the further advantage that the guide surfaces are practically not soiled.
Especially with precision tools, e.g. B. tool devices, the strength of the gas cushion should be kept as constant as possible. For this purpose z. B. with horizontally arranged Füh tion of the movable via the guide, z. B. bodies placed on a layer of air are loaded with a certain weight, so that the gas cushion is pretensioned as it were. By in the operation of the guide device the total weight of the body pressing on the gas cushion in relation to the respective load difference z. B. is chosen large by a chisel connected to the body to be guided, this can be achieved fairly well. In practice, however, this requires relatively heavy weight loads.
As a practical example, it should be mentioned that the gas cushion must be pretensioned with a weight of around 100 kg in order to keep the strength of the gas cushion constant at a practically acceptable value when the load changes by 1 kg.
A disadvantage of the bias of the gas cushion by a weight is that the weight loads required in certain cases a deflection of the guide z. B. can cause a guideway supported at some points. It is also a disadvantage that a gas cushion can only be prestressed due to the weight load when guide devices are arranged approximately horizontally.
If the guide surfaces assume a position that deviates significantly from the horizontal position, this solution is therefore less useful. Another disadvantage is that large weight loads for biasing the gas cushion to relatively high masses inertia forces z. B. lead to quickly back and forth moving parts.
The aim of the invention is to provide a guide device which does not have the disadvantages mentioned.
The guide device according to the invention is characterized in that at least one of the mutually movable parts of this guide device is provided with one or more magnets that magnetically pull this part and the at least partially ferromagnetic other part of the guide device together, including the gas cushion.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which shows some exemplary embodiments in FIGS. 2-11.
In the drawing, Fig. 1 shows schematically the most important parts of a known Führungsvorrich device in which a gas cushion is generated between the guide surfaces.
FIG. 2 shows an arrangement similar to FIG. 1, but which is provided with magnets according to the invention. Fig. 3 and Fig. 4 show a plan view and a section along the line IV-IV in Fig. 3 of a degree guide according to the invention.
Fig. 5 shows a variant of the arrangement of FIG. 5, which has a guide device with a ge curved guide track.
FIGS. 6 and 7 show some stages of the manufacture of the degree guide according to FIGS. 3 and 4.
8 and 9 show a straight-line guide in which a long slide can be displaced over two separate guide track parts. FIG. 8 schematically shows a top view and FIG. 9 shows a section along the line IV-IV in FIG.
FIG. 10 shows a section according to FIG. 4, but rotated over 180 in the plane of the drawing.
Fig.ll shows an embodiment with an electromagnet whose excitation current can be regulated.
In FIG. 1, the stationary guide of the guide device is denoted by 1 and a body movable relative to it is denoted by 3. The mutually movable parts have mutually facing guide surfaces 5 and 7. The body 3, the z. B. is formed by a chisel socket of a Werkzeuggerä tes, is with a number of the supply of a positive pressure gas, z. B. compressed air, (arrow 9) closed channels 11 are provided. A gas flow between the guide surfaces 5 and 7 can be maintained through these channels 11, which open into the guide surface 7. The gas flow can escape in the direction of arrows 15 and 17.
The arrangement is such that the guide surfaces are separated by the gas cushion, while the body 3 comes to rest on the gas cushion. This storage tion on a gas cushion with a practically useful strength of z. B. 10, u can be used when the guide surfaces 5 and 7 are to be moved or rotated against each other, in which case the friction forces occur in the mutual movement are minimal.
With this type of guide device, the weight of the body 3, which can optionally be provided with an additional weight, is pretensioned by a suitable choice of the weight of the body 3 pressing on the gas cushion so that when the magnitude of the chisel force (P) changes, the strength of the gas cushion remains practically constant. It applies here that the higher the pre-tensioning force in relation to the change (LP) of the chisel force (P), the more constant the strength of the gas cushion. In practice, the gas cushion is z.
B. biased by a mass of 100 kg in order to keep the strength of the gas cushion practically constant with a change of 1 kg. In these constructions, it is generally necessary to load the body 3 with a large weight. These constructions have various disadvantages, since such large weights also affect the guide surface located below the gas cushion; this is therefore less suitable for use as a guide surface for guideway systems that have a relatively long guide that is only supported in a few places. In this case the guide can bend considerably.
Another disadvantage is that these heavy bodies have to be accelerated or decelerated during movement, so that considerable inertia forces have to be taken into account.
By the required biasing force according to FIG. 2 at least one magnet 25 housed in one of the mutually movable parts is taken, there is the possibility of achieving a pre-tensioning force of the required size, despite the low weight of the magnets. The body 23 provided with gas channels according to FIG. 2 made of non-magnetic material has a number of magnets 25. The guide consists of ferromagnetic material. The magnets pull the mutually facing guide surfaces together.
By appropriate choice of the type and number of magnets, which can of course also be placed in the guide 27, there is the possibility of biasing the existing gas cushion between the guide surfaces as desired. The magnets, which can be permanent magnets or electromagnets, generate a strong adhesive force between the guide surfaces. Since the known type of magnet of this type which is customary for this purpose does not constitute a special subject matter of the invention, this type of construction is not explained further here.
It has been shown that fast, external vibrations practiced on the body can be almost completely dampened by the eddy currents induced by the magnets.
Since the pre-tensioning force is taken from the magnets, the invention can be carried out advantageously on guide surfaces that are not horizontal. Regardless of the position of the guide surfaces, the magnets exert the required pre-tensioning force on the gas cushion.
The invention is particularly suitable for use in guiding devices in which the body to be guided must be movable along a precisely defined path. FIGS. 3 and 4 show an example of such a guide. It contains a guide track 31 made of ferromagnetic material and a body 33 that can be moved back and forth over this guide track.
The body 33, the length of which in the feed direction is small in relation to the length of the guide track 31, is made of non-magnetic material and contains magnets 35 and 37 and is further provided with a number of channels facing the guide track 31 and on the manner shown are connected to a compressed air supply. The body 33 contains two guiding surfaces 41 and 43 which enclose a certain angle with each other and which interact with guide surfaces 45 and 47 with the same angle. Both between the surfaces 41 and 45 and between the surfaces 43 and 47 there is a prestressed air cushion.
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8 and 9 show a straight line guide in which the guide track is formed by two stationary, angled parts 63 and 65 which together guide a long slide 67. The parts 63 and 65 are provided with magnets 68 and 69 and with channels, 3 through which compressed air is supplied in the direction of the arrows indicated by dashed lines 71, the slide 67 being made of ferromagnetic material. The carriage 67 is not hen verse with magnets.
In the guide device according to FIGS. 3 and 4, the angled guide track 31 at least partially forms the stationary part of the guide device located below. This device can also be reversed so that the position according to FIG. 10 will be maintained. The body 33 could fall out of the guide track 31 due to its own weight in this position, but the magnets in the body 33 prevent this and also provide the pretensioning force for the gas or air cushion between the guide surfaces.
In the design according to FIGS. 2, 3, 4, 5, 8, 9 and 10, the magnets should be housed similar to the guide surfaces facing channels preferably in the smaller of the cooperating guide surfaces. It has been found that this gives very stable guidance. If, on the other hand, the magnets are placed in the larger of the mutually interacting guide surfaces, satisfactory stability could only be achieved by providing the guide track with a large number of magnets with completely identical magnetic properties, which are regularly distributed over the entire guide track.
In order to ensure a constant strength of the gas cushion, as mentioned, magnets can be used which supply a pretensioning force which is large in relation to the change in the external loading force P. By using electromagnets, it is possible to apply a relatively lower pre-tensioning force with the same difference in the external load. When a change p P occurs in the loading force z. B. a chisel takes z. B. the strength d of the gas cushion.
By measuring this strength and, if the measurement result changes, the electromagnets are controlled in such a way that the adhesive force decreases, the strength of the gas cushion can be kept constant. An arrangement shown schematically in FIG. 11 has a movable body 77 provided with an electromagnet 75 and a guide 79. Means are also present in the usual manner by which the instantaneous thickness d of the gas cushion can be measured, with part of the Guide surfaces is effective as parts of a variable capacitor. By means of a control element 81, a measured difference in the strength of the gas cushion is converted into a change in the excitation current of the electromagnet 75.