DE10105309A1

DE10105309A1 - Selbstreinigendes Luftlager und Linearmotor

Info

Publication number: DE10105309A1
Application number: DE2001105309
Authority: DE
Inventors: Klaus Martin
Original assignee: LAT SUHL AG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2021-02-03
Also published as: DE10105309C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein selbstreinigendes Luftlager, welches eine oder mehrere Luftaustrittsdüsen (2) und einen Luftlagerkörper (1) mit einer Lagerfläche (3) umfasst. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist der Luftlagerkörper (1) im wesentlichen in der Ebene der Lagerfläche (3) wenigstens abschnittsweise von einem Reinigungsluftspalt (9) umgeben, aus welchem Druckluft austritt, die Schmutzpartikel von einem zwischen der Lagerfläche (3) und einer gegenüberliegenden Lauffläche (4) ausgebildeten Luftspalt (5) fern hält. Vorzugsweise ist zur Ausbildung des Reinigungsluftspalts ein Ringdüsenkörper (7) vorgesehen. Die Erfindung betrifft weiterhin einen luftgelagerten Linearmotor mit einem solchen selbstreinigenden Luftlager.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbstreinigendes Luftlager, welches eine oder mehrere Luftaustrittsdüsen und einen Luftlagerkörper mit einer Lagerfläche umfasst. Außerdem betrifft die Erfindung einen Linearmotor mit einem derartigen Luftlager.

In modernen Antriebs- und Bewegungssystemen sind häufig besondere Lagerungen zu realisieren, die einerseits schnelle Bewegungen und hohe Beschleunigungen bei geringen Reibungs verlusten gestatten und andererseits eine präzise Positionie rung ermöglichen. Bei verschiedensten Anwendungen werden dafür sogenannte Luftlager eingesetzt, bei denen die bewegten Teile auf einem zwischen zwei Lagerelementen ausgebildeten Luftkissen gleiten. Dazu sind beispielsweise in Linearmotoren Luftaustrittsdüsen integriert, aus denen Druckluft austritt, um zwischen der Aktiveinheit und der Passiveinheit des Line armotors ein mitbewegtes Luftkissen aufzubauen.

In der DE 195 12 060 A1 ist eine spezielle Luftlagerdüse und ein Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben. Der dort beschriebene Stand der Technik soll u. a. gewährleisten, dass ein möglichst konstanter Luftstrom aus der Luftaustrittsdüse des Luftlagers austritt, um die Ausdehnung des Luftkissens über einen längeren Zeitraum konstant zu halten.

Wenn höhere Geschwindigkeiten und Beschleunigungen erzielt werden sollen, ist es zweckmäßig, das zwischen den Lagerele menten ausgebildete Luftkissen möglichst flach zu halten, um unerwünschte Kippmomente bei einwirkenden Beschleunigungskräften gering zu halten und eine hohe Steifigkeit zu errei chen. Wenn der Luftspalt zwischen zwei Lagerflächen beispielsweise nur wenige Mikrometer beträgt, besteht das besondere Problem, dass bereits kleine Schmutzpartikel, die in diesen Luftspalt gelangen, Funktionsstörungen des Luftla gers oder auch Beschädigungen der Lagerflächen hervorrufen können. Derartige Schmutzpartikel können einen unruhigen Lauf des bewegten Lagerelements hervorrufen oder die Luftaus trittsdüse verstopfen, so dass das Luftpolster zusammenbricht und das Luftlager seine Funktion vollständig einstellt. Wenn Luftlager in Materialbearbeitungsmaschinen eingesetzt werden ist die Gefahr von Verschmutzungen besonders hoch, sobald eine spanende Materialbearbeitung erfolgt oder beispielsweise feinkörnige Stoffe zugeführt werden, die sich auf der Lauf fläche des Luftlagers absetzen können.

Es hat sich insbesondere gezeigt, dass die aus dem Luftspalt austretende Druckluft zwar einfache Staubkörnchen von der Lauffläche blasen kann, jedoch dieser Selbstreinigungseffekt zur Entfernung bestimmter Schmutzpartikel nicht ausreicht. Beispielsweise entstehen bei der Bearbeitung keramischer Materialien relativ scharfkantige Partikel, die nicht von der Lauffläche geblasen werden und sich regelrecht zwischen den Lagerflächen verkeilen können.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein verbessertes Luftlager bereitzustellen, welches das Eindringen von störenden Schmutzpartikeln in den Luftspalt verhindert und damit die Funktionssicherheit des Luftlagers erhöht.

Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Luftlagerkörper in der Ebene der Lagerfläche wenigstens abschnittsweise von einem Reinigungsluftspalt umgeben ist, aus welchem zusätzliche Druckluft austritt, die Schmutzpartikel von der Lagerfläche des Luftlagers fernhält.

Das erfindungsgemäße selbstreinigende Luftlager bietet vor allem den Vorteil, dass solche Luftlager auch in nicht völlig staubfreien Umgebungen eingesetzt werden können, dass der Luftspalt zwischen den Lagerflächen weiter verringert werden kann und dass die allgemeine Betriebssicherheit des Luftla gers gesteigert wird. Vorzugsweise wird der Reinigungsluft spalt das Luftlager vollständig umgeben. Bei bestimmten Anwendungen kann es jedoch auch ausreichend sein, wenn nur einige Bereiche des Luftlagers vom Reinigungsluftspalt umfasst sind, beispielsweise wenn das Luftlager nur in einer Dimension bewegt wird, so dass die Reinigung in der zweiten Dimension nicht benötigt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Luftlagers besitzt einen Ringdüsenkörper, der den Luftlagerkörper umgreift und zur Ausbildung des Reinigungsluftspalts in der Nähe der Lagerflä che geringfügig vom Luftlagerkörper beabstandet ist. Ein solcher Aufbau ist einfach herzustellen, da bei geeigneter Profilierung des Ringdüsenkörpers der Reinigungsluftspalt automatisch zwischen dem Ringdüsenkörper und dem Luftlager körper entsteht, ohne dass zusätzliche Justagearbeiten notwendig sind.

Es ist vorteilhaft, wenn der Ringdüsenkörper einen Ringkanal besitzt, welcher der Zufuhr der Druckluft an den Reinigungs luftspalt dient. Außerdem ist es zweckmäßig, wenn die Stirn seite des Ringdüsenkörpers, die in der Nähe der Lagerfläche angeordnet ist, stumpfwinklig zur Lagerfläche verläuft so dass sich zwischen der Stirnseite und der Lauffläche des Luftlagers ein freier Querschnitt ausbildet, der mit steigen dem Abstand zum Luftlagerkörper zunimmt. Durch diese konstruktiven Gestaltungen wird sichergestellt, dass stets ausreichend Druckluft aus dem Reinigungsluftspalt austritt und dadurch eine Art Luftkeil um den eigentlichen Luftspalt entsteht, der auch größere Schmutzpartikel von der Lauffläche schieben kann, bevor die Lagerfläche und das Luftkissen den entsprechenden Abschnitt der Lauffläche erreichen. Außerdem werden störende Einflüsse der zusätzlich austretenden Druck luft auf das eigentliche Luftlager vermieden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Druckluft zufuhr zum Reinigungsspalt über einen separaten Versorgungs anschluss, unabhängig von der Versorgung der Luftaustritts düse des Luftlagers. Dadurch können einerseits ausreichende Luftmengen bereitgestellt werden und andererseits Druck schwankungen an der Luftaustrittsdüse des Luftlagers vermie den werden.

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin einen luftgelager ten Linearmotor bereit, welcher ein erfindungsgemäßes Luftla ger der o. g. Art verwendet.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des selbstreinigenden Luftlagers, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines selbstreinigenden Luftlagers;

Fig. 2 eine Detailansicht eines Reinigungsluftspalts des in Fig. 1 gezeigten Luftlagers (Detail A);

Fig. 3 eine Detailansicht einer veränderten Ausführungsform mit einem schräg verlaufenden Reinigungsluftspalt.

Fig. 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines selbstreini genden Luftlagers. Das Luftlager besitzt in herkömmlicher Weise einen Luftlagerkörper 1, in welchem eine Luftaustritts düse 2 integriert ist. An der Unterseite des Luftlagerkörpers 1 befindet sich eine Lagerfläche 3, welche die erste Lager fläche darstellt. Die zweite Lagerfläche wird durch eine Lauffläche 4 gebildet, die bei einem Linearmotor eine mit einer Zahnstruktur versehene und nachträglich durch Füll stoffe geebnete Oberfläche sein kann. Durch die aus der Luft austrittsdüse 2 austretende Druckluft wird zwischen der Lagerfläche 3 und der Lauffläche 4 ein Luftkissen aufgebaut, so dass ein Luftspalt 5 entsteht. Im Betriebszustand kann der Luftspalt 5 eine Dicke von beispielsweise 5 µm aufweisen. Die Luftaustrittsdüse 2 wird über einen Luftlageranschluss 6 mit Druckluft versorgt.

In erfindungsgemäßer Weiterbildung des Luftlagers ist am Luftlagerkörper 1 ein Ringdüsenkörper 7 befestigt, wobei der Ringdüsenkörper 7 an seiner unteren Stirnseite 8, also nahe bei der Lagerfläche 3, geringfügig vom Luftlagerkörper 1 beabstandet ist, so dass ein Reinigungsluftspalt 9 entsteht. Dabei kommt es nur entscheidend auf das Vorhandensein des Reinigungsluftspaltes 9 an, während für dessen spezielle Ausbildung bei anderen Ausführungsformen abweichende konstruktive Lösungen denkbar sind. Beispielsweise könnten der Ringdüsenkörper 7 und der Luftlagerkörper 1 einstückig ausgebildet sein, so dass der Reinigungsluftspalt 9 unmittel bar im Luftlagerkörper 1 integriert ist oder der Reinigungs luftspalt wird schräg nach außen gerichtet (siehe dazu Fig. 3).

Bei der in den Figur n gezeigten Ausführungsform ist im unteren Bereich des Ringdüsenkörpers 7 ein Ringkanal 10 angeordnet, über welchen die Druckluft an den Reinigungsluftspalt 9 geleitet wird. Der Ringkanal 10 wird über einen Ringdüsenan schluss 11 mit Druckluft versorgt. Es ist zweckmäßig, die Druckluft über diesen getrennten Versorgungsanschluss zuzu führen, um eine ausreichende Luftmenge bereitzustellen und um Störungen an dem eigentlichen Luftlageranschluss 6 zu vermei den. Bei entsprechender Dimensionierung können andere Ausfüh rungsformen jedoch auch eine gemeinsame Druckluftzufuhr für das Luftlager und den Reinigungsluftspalt verwenden. Gegebe nenfalls könnte auch ein Puffervolumen in den Luftlagerkörper integriert werden.

Fig. 2 zeigt in einer Detailansicht einen Abschnitt des bereits in Fig. 1 dargestellten Luftlagers, wobei dieser Abschnitt in Fig. 1 durch die Detailmarkierung A gekennzeich net ist. Es ist erkennbar, dass der im Ringdüsenkörper 7 angeordnete Ringkanal 10 unmittelbar in den zwischen Ringdü senkörper und Luftlagerkörper ausgebildeten Reinigungsluft spalt 9 übergeht, so dass sich bei einem Überdruck im Ringka nal 10 ein Reinigungsluftstrom ergibt, dessen Strömungsrich tung durch einen Pfeil dargestellt ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist weiterhin die Stirnseite 8 des Ringdüsen körpers 7 stumpfwinklig zur Lagerfläche 3 ausgebildet. Der freie Querschnitt zwischen der Lauffläche 4 und der Stirn seite 8 nimmt dadurch mit wachsendem Abstand zum Reinigungs spalt 9 zu. Der der austretenden Druckluft entgegen wirkende Strömungswiderstand nimmt daher deutlich ab, je größer die Entfernung vom Reinigungsluftspalt 9 ist. Dadurch ist sicher gestellt, dass die Reinigungsluft nicht in den zwischen der Lagerfläche 3 und der Lauffläche 4 aufgebauten Luftspalt 5 eindringt sondern nach außen abgeführt wird.

Da auch aus dem Luftspalt 5 eine bestimmte Luftmenge austritt, ist es erforderlich, diese ebenfalls nach außen abzuführen. Dazu ist die Stirnseite 8 gegenüber der Lagerflä che 3 zurückgesetzt, so dass der geringste Abstand zwischen der Stirnseite 8 und der Lauffläche 4 beispielsweise 50 µm beträgt. Dies trägt zusätzlich dazu bei, das Einströmen von Reinigungsluft in den Luftspalt 5 zu verhindern, so dass keinesfalls Schmutz- oder Staubpartikel in den Luftspalt 5 eingeblasen werden. Vielmehr ergibt sich ein eindeutig nach außen gerichteter Luftstrom, der bei einem mitbewegten Luft lager die Lauffläche 4 reinigt, bevor die Lagerfläche 3 neue Abschnitte der Lauffläche 4 erreicht.

Fig. 3 zeigt in einer Detailansicht den Bereich des Reini gungsluftspaltes 9 gemäß einer abgewandelten Ausführungsform. Der Reinigungsluftspalt 9 verläuft hierbei nicht senkrecht zur Lagerfläche 3 bzw. zur gegenüberliegenden Lauffläche 4 sondern ist schräg nach außen gerichtet. Die Bewegungsrich tung der aus dem Reinigungsluftspalt 9 austretenden Reini gungsluft muss bei dieser Führung nicht so stark umgelenkt werden, so dass eine höhere Strömungsgeschwindigkeit erzielt wird. Der gewünschte Reinigungseffekt wird dadurch weiter verbessert.

Wie bereits oben dargelegt wurde, sind andere Ausführungsfor men möglich, um den Reinigungsluftspalt zu erzeugen. Beispielsweise kann der Reinigungsluftspalt auch aus mehreren Teilspalten zusammengesetzt sein, die mehr oder weniger voneinander beabstandet sind. Dadurch kann sich bei bestimm ten Anwendungsfällen eine leichtere technische Realisierbar keit ergeben. Die Verwendung eines Reinigungsluftstroms bietet gegenüber der Verwendung von Reinigungsbürsten auch den Vorteil, dass der Reibungswiderstand sehr gering gehalten wird.

Das beschriebene Luftlager kann bei unterschiedlichsten Gerä ten und Lageranforderungen eingesetzt werden. Ein bevorzugter Einsatzfall ist die Verwendung des Luftlagerkörpers in einem Linearmotor, der beispielsweise in Bearbeitungsmaschinen eingesetzt wird, bei denen Verunreinigungen der Laufflächen aufgrund der ausgeführten Bearbeitungsschritte auftreten können.

Das selbstreinigende Luftlager kann baulich an bekannte Luft lager angepasst sein, wodurch ein einfacher Austausch in bestehenden Anwendungen ermöglicht wird.

Bezugszeichenliste

1

Luftlagerkörper

2

Luftaustrittsdüse

3

Lagerfläche

4

Lauffläche

5

Luftspalt

6

Luftlageranschluss

7

Ringdüsenkörper

8

Stirnseite

9

Reinigungsluftspalt

10

Ringkanal

11

Ringdüsenanschluss

Claims

1. Selbstreinigendes Luftlager, welches eine oder mehrere Luftaustrittsdüsen (2) und einen Luftlagerkörper (1) mit einer Lagerfläche (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftlagerkörper (1) im wesentlichen in der Ebene der Lagerfläche (3) wenigstens abschnittsweise von einem Reinigungsluftspalt (9) umgeben ist, aus welchem Druck luft austritt, die Schmutzpartikel von einem zwischen der Lagerfläche (3) und einer gegenüberliegenden Lauffläche (4) ausgebildeten Luftspalt (5) fern hält.

2. Selbstreinigendes Luftlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Luftlagerkörper (1) ein Ringdü senkörper (7) umgreift, der zur Ausbildung des Reini gungsluftspalts (9) abschnittsweise vom Luftlagerkörper (1) geringfügig beabstandet ist.

3. Selbstreinigendes Luftlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Luftlagerkörper (1) und dem Ringdüsenkörper (7) ein Ringkanal (10) ausgebildet ist, dessen Querschnitt wesentlich größer als der Quer schnitt des Reinigungsluftspalts (9) ist, dem die Druck luft über den Ringkanal (10) zugeführt wird.

4. Selbstreinigendes Luftlager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringdüsenkörper (7) eine stumpfwinklig zur Lagerfläche (3) verlaufende Stirnseite (8) hat, so dass der zwischen dieser Stirnseite (8) der gegenüberliegenden Lauffläche (4) ausgebildete freie Querschnitt mit steigendem Abstand zum Luftlagerkörper (1) zunimmt.

5. Selbstreinigendes Luftlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der geringste Abstand zwischen der Stirnseite (8) des Ringdüsenkörpers (7) und der Laufflä che (4) etwa zehn mal größer ist als der sich im Betriebszustand ausbildende Luftspalt (5) zwischen der Lagerfläche (3) und der Lauffläche (4).

6. Selbstreinigendes Luftlager nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsluft spalt (9) im wesentlichen senkrecht oder nach außen gerichtet zur Lagerfläche (3) im Ringdüsenkörper (7) verläuft.

7. Selbstreinigendes Luftlager nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (8) des Ringdüsenkörpers (7) etwa 50 µm gegenüber der Lager fläche (3) des Luftlagerkörpers (1) zurück gesetzt verläuft.

8. Selbstreinigendes Luftlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftzufuhr zum Reinigungsluftspalt (9) über einen eigenen Versor gungsanschluss (11) erfolgt, getrennt von der Druckluft zufuhr (6) zur Luftaustrittsdüse (2) des Luftlagers.

9. Selbstreinigendes Luftlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftlagerkörper (1) und der Reinigungsluftspalt (9) einen kreisförmigen Querschnitt besitzen.

10. Selbstreinigendes Luftlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsluftspalt (9) in den Randbereich des Luftlagerkörpers (1) integriert ist.

11. Selbstreinigendes Luftlager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsluft spalt (9) aus mehreren voneinander beabstandeten Teil spalten zusammengesetzt ist.

12. Luftgelagerter Linearmotor mit einem ruhenden Passivele ment und einem beweglichen Aktivelement, in welches mindestens ein Luftlager integriert ist, dadurch gekenn zeichnet, dass das Luftlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.