DE102018202772B4

DE102018202772B4 - Halteeinrichtung für eine Luftlagereinrichtung, Koordinatenmessgerät sowie Verfahren zur Herstellung einer Halteeinrichtung

Info

Publication number: DE102018202772B4
Application number: DE102018202772.2A
Authority: DE
Inventors: Malte Langmack; Raphael Koch; Christof Poglitsch
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2023-08-10
Anticipated expiration: 2038-02-24
Also published as: DE102018202772A1

Abstract

Halteeinrichtung für mindestens eine Luftlagereinrichtung (1), wobei die Halteeinrichtung (16) mindestens einen Grundkörper (36) und mindestens ein Federelement (32) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Federelements (32) eine Kraft auf die Luftlagereinrichtung (1) ausübbar ist, die hin zu einem Lagerungspartnerelement der Luftlagereinrichtung (1) gerichtet ist, wobei der Grundkörper (36) und das mindestens eine Federelement (32) monolithisch ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halteeinrichtung für mindestens eine Luftlagereinrichtung, ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zur Herstellung einer Halteeinrichtung.
Die nachveröffentlichte DE 10 2017 217 701 A1 offenbart eine Halteeinrichtung mit mindestens einer Luftlagereinrichtung, wobei die Luftlagereinrichtung mit der Halteeinrichtung über ein Verbindungselement zur mechanischen Verbindung verbunden ist und/oder wobei die Luftlagereinrichtung mit der Halteeinrichtung verklebt ist. Weiter offenbart diese Druckschrift, dass die Halteeinrichtung ein Federelement aufweist oder ausbildet, wobei das Federelement mit einem Grundkörper der Halteeinrichtung mechanisch verbunden sein kann.
Nachteilig ist hierbei, dass zur Herstellung einer solchen Halteeinrichtung das Federelement in einem separaten Herstellungsschritt hergestellt werden und dann mit der Halteeinrichtung verbunden werden muss.
Die DE 199 40 103 A1 offenbart eine Lagervorrichtung mit wenigstens zwei Fluiddrucklagern, die zumindest eine als Tragseite ausgebildete Membran umfassen, die durch den Lagerdruck konkav verformt wird und einen Lagergrundkörper, der auf den beiden Fluiddrucklagern gelagert ist.
Die DE 10 2005 063 326 A1 offenbart ein aerostatisches Lager mit einem Lagerfuß, der frontseitig eine ebene Lagerfläche mit einer dazu senkrechten mittleren Lagerachse aufweist und der rückseitig über ein Stützlager an einem Halter des Lagers quer zur Lagerachse schwenkbar gelagert ist.
Die JP S63-125 820 A offenbart ein statisches Luftlager.
Es stellt sich daher das technische Problem, eine Halteeinrichtung für mindestens eine Luftlagereinrichtung, ein Koordinatenmessgerät sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halteeinrichtung zu schaffen, die eine vereinfachte Herstellung der Halteeinrichtung ermöglichen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 13, 14 und 15. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird eine Halteeinrichtung für mindestens eine Luftlagereinrichtung.
Luftlagereinrichtungen können zur Bewegungsführung von hoch- und ultrapräzisen Werkzeugmaschinen sowie Messmaschinen, beispielsweise Koordinatenmessgeräten, verwendet werden und bieten den Vorteil einer annähernden Reibungsfreiheit und einer hohen Steifigkeit der Lagerung. Auch können kurz periodische oder lokal auftretende Führungsfehler bei der Verwendung bestimmter Luftlagertypen ausgeglichen werden, welches in vorteilhafter Weise ein homogenes Führungsverhalten ermöglicht.
Luftlagereinrichtungen sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Neben verschiedenen Größen und unterschiedlichen Geometrien unterscheiden sich Luftlagereinrichtungen auch in der Ausbildung des Luftaustritts. Beispielhafte Luftlagereinrichtungen sind in der eingangs erwähnten DE 10 2017 217 701 A1 erläutert.
Über eine Luftlagereinrichtung kann eine Luftschicht, der auch als Luftfilm bezeichnet werden kann, zwischen zwei Lagerungspartnerelementen bzw. -körpern, beispielsweise zwischen der Luftlagereinrichtung und einem Trägerkörper bzw. zwischen einer Luftauslassfläche der Luftlagereinrichtung und einer Lagerfläche des Trägerkörpers, hergestellt werden. Die zwischen die Lagerungspartnerelemente eingebrachte Druckluft bildet hierbei eine Art Schmiermedium und gleichzeitig ein Druckpolster zur berührungsfreien Aufnahme einer Last.
Die Luftlagereinrichtung kann insbesondere eine Lagereinrichtung oder ein Teil einer Lagereinrichtung sein, die eine Relativbewegung zwischen den Lagerungspartnerelementen ermöglicht. Die Relativbewegung kann insbesondere eine Linearbewegung sein. Beispielsweise kann die Luftlagereinrichtung Bestandteil einer Linearlagereinrichtung sein. Insbesondere kann die Luftlagereinrichtung Teil eines Laufwagens sein, wobei der Laufwagen einen Wagenkörper umfassen kann. Dies wird später näher erläutert.
Die Halteeinrichtung umfasst mindestens einen Grundkörper und mindesten ein Federelement oder weist diese auf.
Das vorgeschlagene Federelement kann hierbei dazu dienen, ein unerwünschtes Abheben der Luftlagereinrichtung von dem entsprechenden Lagerungspartnerelement, beispielsweise dem Trägerkörper, und somit eine unerwünschte Vergrößerung des Luftspalts zu verhindern. So übt das Federelement eine Kraft auf die Luftlagereinrichtung aus, die hin zu dem Lagerungspartnerelement, beispielsweise dem Trägerkörper, gerichtet ist.
Das Federelement kann eine Druck- und/oder Zugfeder sein, wobei eine Verformung, insbesondere eine Dehnung und/oder Stauchung, des Federelements unter einer Normalkraft, also einer Zugkraft und/oder Druckkraft, zu einer Zugspannung und/oder Druckspannung des Federelements und zur Erzeugung einer Federkraft führen, die entlang, also in oder entgegen, einer Federrichtung orientiert ist führt. Die Federrichtung kann parallel zu einer zentralen Mittelachse des Federelements orientiert sein. Die Federrichtung kann parallel zu einer zentralen Mittelachse des Federelements orientiert sein.
Das Federelement kann, wie nachfolgend noch näher erläutert, eine vorbestimmte Federrate aufweisen. Die Federrate kann hierbei einen Zusammenhang zwischen einer Verformung des Federelements durch eine in oder entgegen der Federrichtung wirkenden Normalkraft und einer von dem Federelement aufgrund dieser Verformung erzeugten Federkraft beschreiben. Die Federrate kann hierbei in einem vorbestimmten Verformungsbereich konstant sein. Mit anderen Worten kann eine Federkennlinie in einem vorbestimmten Verformungsbereich linear sein. Z.B. kann eine Nominal-Federkraft nicht größer als 1.000 N, bevorzugt nicht größer als 900 N, sein. Weiter kann eine Federrate in einem Bereich von 0 N/mm (ausschließlich) bis 2.000 N/mm (ausschließlich) sein. Bevorzugt ist die Federrate kleiner als oder gleich 500 N/mm, weiter bevorzugt kleiner als oder gleich 160 N/mm. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass bei Verformung des Federelements keine unerwünscht hohe Kraftänderung der Federkraft und somit der von dem Federelement auf die Luftlagereinrichtung ausgeübten Federkraft auftritt.
Erfindungsgemäß sind der Grundkörper und das mindestens eine Federelement monolithisch ausgebildet. Dass der Grundkörper und das mindestens eine Federelement monolithisch ausgebildet sind, bedeutet, dass der Grundkörper und das Federelement aus einem Stück gefertigt bzw. hergestellt sind. Dies wiederum kann bedeuten, dass diese untrennbar gefertigt bzw. hergestellt werden. Untrennbar bedeutet, dass der Grundkörper und das mindestens eine Federelement nicht zerstörungsfrei, insbesondere also nicht ohne eine Beeinträchtigung der jeweiligen Funktion, voneinander getrennt werden können. Auch kann dieses Merkmal bedeuten, dass der Grundkörper und das mindestens eine Federelement aus einem Material gefertigt sind. Weiter kann dieses Merkmal bedeuten, dass der Grundkörper und das mindestens eine Federelement aus einem Material ohne Verbindungsstellen und/oder ohne Naht gefertigt sind. Auch kann das Merkmal, dass der Grundkörper und das Federelement monolithisch ausgebildet sind, bedeuten, dass diese integral ausgebildet sind.
Insbesondere ist es möglich, dass das Federelement durch einen Abschnitt, der im Folgenden auch als Federelement-Abschnitt bezeichnet werden kann, des Grundkörpers bzw. der Halteeinrichtung bereitgestellt oder ausgebildet wird. Das Federelement kann, wie vorhergehend erläutert, vorbestimmte Federeigenschaften, insbesondere eine vorbestimmte Federsteifigkeit, aufweisen. Weitere Abschnitte des Grundkörpers können hiervon verschiedene Eigenschaften, insbesondere Federeigenschaften, aufweisen. Beispielsweise kann eine Federsteifigkeit von weiteren Abschnitten des Grundkörpers höher sein als die Federsteifigkeit des Federelements.
Die Halteeinrichtung kann insbesondere ein Laufwagen oder ein Teil davon sein. Der Laufwagen wiederum kann Teil eines Koordinatenmessgeräts sein. Insbesondere kann der Laufwagen durch mindestens eine Luftlagereinrichtung auf/an einem Trägerkörper gelagert sein. Der Trägerkörper kann ebenfalls ein Teil des Koordinatenmessgeräts sein, insbesondere eine sogenannte Traverse. Die Halteeinrichtung kann in diesem Fall auch als Schlitten oder X-Schlitten bezeichnet werden.
Die Halteeinrichtung und insbesondere der Grundkörper kann hierbei beliebige geometrische Formen aufweisen. Insbesondere jedoch kann die Halteeinrichtung, weiter insbesondere der Grundkörper, käfigförmig ausgebildet sein. Es ist insbesondere möglich, dass nur Abschnitte, nicht aber die gesamte Halteeinrichtung, käfigförmig ausgebildet sind. Ein Käfig kann hierbei einen Körper bezeichnen, dessen Oberfläche durchbrochen ist. Ein Käfig kann auch ein allseitig geschlossenes Gestell bezeichnen, dessen Seitenflächen und/oder dessen Innenfläche und/oder dessen Deckenfläche durchbrochen ist.
Es ist z.B. vorstellbar, dass die Halteeinrichtung einen ersten und einen weiteren Seitenwandabschnitt aufweist oder ausbildet. Weiter kann die Halteeinrichtung einen Deckenwandabschnitt aufweisen oder ausbilden. Weiter kann die Halteeinrichtung einen Bodenwandabschnitt aufweisen oder ausbilden. Die Wandabschnitte können hierbei mechanisch miteinander verbunden sein. Insbesondere kann die Halteeinrichtung im Querschnitt rechteck- oder quadratförmig ausgebildet sein, wobei eine Querschnittsebene senkrecht zu einer Längsachse orientiert sein kann.
Es ist auch vorstellbar, dass die Halteeinrichtung hohlzylinderförmig ausgebildet ist, wobei zumindest ein Teil der Mantelfläche käfigförmig ausgebildet ist und mindestens einen Aufnahme- und/oder Befestigungsabschnitt zur Halterung bzw. Lagerung der Luftlagereinrichtung aufweist. Der Hohlzylinder kann hierbei eine kreisförmige oder polygonale Grundfläche aufweisen. In diesem Fall kann die Halteeinrichtung ein Stator oder ein Teil davon sein.
Nachfolgend kann auf folgendes Referenzkoordinatensystem der Halteeinrichtung Bezug genommen werden. Eine Längsachse kann einer Längsachse der Halteeinrichtung entsprechen, insbesondere einer zentralen Mittelachse. Ist die Halteeinrichtung ein Laufwagen oder ein Teil davon, so kann die Längsachse parallel zu einer Bewegungsrichtung einer Linearbewegung des Laufwagens orientiert sein. Ist die Halteeinrichtung ein Stator oder ein Teil davon, so kann die Längsachse auch parallel zu einer Rotationsachse eines Rotors sein, der drehbar im Stator luftgelagert ist.
Eine Vertikalachse kann parallel und entgegengesetzt zu einer Gewichtskraft orientiert sein. Eine Querachse kann hierbei senkrecht zur Längs- und Vertikalachse orientiert sein. Die Raumrichtungen können ein kartesisches Koordinatensystem bilden. In diesem Fall können Seitenwandabschnitte entlang der Querachse beabstandet voneinander angeordnet sein. Insbesondere kann zwischen den Seitenwandabschnitten ein Aufnahmevolumen für einen Trägerkörper ausgebildet sein, auf/an dem die Halteeinrichtung durch eine daran angeordnete Luftlagereinrichtung gelagert wird. Weiter können Oberflächen der Seitenwandabschnitte orthogonal zur Querachse orientiert sein. Weiter können der Decken- und der Bodenwandabschnitt entlang der Vertikalachse beabstandet voneinander angeordnet sein. Das Aufnahmevolumen für den Trägerkörper kann hierbei beispielsweise zwischen dem Boden- und Deckenwandabschnitt, bevorzugt also zwischen dem Boden- und Deckenwand- sowie den Seitenwandabschnitten ausgebildet sein.
Weiter kann eine Luftlagereinrichtung an der Halteeinrichtung gehaltert oder gelagert werden. Dies kann bedeuten, dass die Luftlagereinrichtung mit der Halteeinrichtung mechanisch verbunden wird.
Insbesondere kann eine Luftlagereinrichtung mit dem Federelement mechanisch verbunden werden, also über das Federelement an der Halteeinrichtung gehaltert oder gelagert werden.
Z.B. kann die Luftlagereinrichtung mit dem Federelement unmittelbar verbunden werden. Hierbei kann eine beliebige form-, kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindungsart für die Verbindung zwischen Luftlagereinrichtung und Federelement gewählt werden. Vorzugsweise ist die Luftlagereinrichtung über ein Verbindungselement mit dem Federelement verbunden. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
Hierbei kann mindestens eine Luftlagereinrichtung starr an der Halteeinrichtung gelagert sein, d.h. ortsfest relativ zur Halteeinrichtung. Alternativ oder kumulativ kann mindestens eine Luftlagereinrichtung beweglich an der Halteeinrichtung gelagert sein, d.h. beweglich relativ zur Halteeinrichtung bzw. zum Grundkörper. Eine beweglich gelagerte Luftlagereinrichtung kann insbesondere über das Federelement an der Halteeinrichtung gelagert sein. Eine beweglich gelagerte Luftlagereinrichtung kann somit zum Vorspannen des Luftlagers, welches auch mehrere starr und/oder beweglich gelagerte Luftlagereinrichtungen umfassen kann, dienen.
Z.B. kann eine Luftlagereinrichtung starr an einem der Seitenwandabschnitte gelagert sein. Weiter kann an einem verbleibenden Seitenwandabschnitt mindestens eine Luftlagereinrichtung beweglich an der Halteeinrichtung gelagert sein.
Weiter kann eine beweglich gelagerte Luftlagereinrichtung an dem Decken- oder Bodenwandabschnitt angeordnet sein. Weiter kann eine starr gelagerte Luftlagereinrichtung an dem gegenüberliegenden Wandabschnitt, also dem Boden- oder Deckenwandabschnitt, angeordnet sein.
Es ist es also möglich, dass eine Luftlagereinrichtung mechanisch starr, also fest gelagert, mit der Halteeinrichtung, insbesondere dem Grundkörper, verbunden wird. In diesem Fall ist keine Relativbewegung zwischen der Luftlagereinrichtung und dem Grundkörper möglich. Die mechanisch starre Verbindung kann insbesondere über vorhergehend erläuterte Klebeverbindung hergestellt werden. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, andere formschlüssige, stoffschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindungsarten für diese Verbindung zu wählen.
Alternativ oder kumulativ ist es möglich, die Luftlageeinrichtung mechanisch beweglich, also losgelagert, mit der Halteeinrichtung, insbesondere dem Grundkörper, zu verbinden. In diesem Fall kann eine der vorhergehend erläuterten Relativbewegung(en) zwischen Luftlagereinrichtung und Halteeinrichtung, insbesondere Grundkörper, möglich sein. Die Relativbewegung kann hierbei eine Rotationsbewegung mit einem, zwei oder drei voneinander unabhängigen Rotationsfreiheitsgrad(en) sein. Alternativ oder kumulativ kann die Relativbewegung eine Translationsbewegung mit einem, zwei oder drei voneinander unabhängigen Translationsfreiheitsgrad(en) sein. Bevorzugt ist die Relativbewegung eine Rotationsbewegung, aber keine Translationsbewegung. In diesem Fall ist ein Verkippen, aber kein Verschieben der Luftlagereinrichtung relativ zur Halteeinrichtung möglich. Dies kann in vorteilhafter Weise genutzt werden, um Fertigungstoleranzen im Lagerungspartnerkörper und somit Luftspaltänderungen auszugleichen. Eine mechanisch bewegliche Verbindung zwischen Luftlagereinrichtung und Halteeinrichtung kann insbesondere durch die Verbindung der Luftlagereinrichtung über mindestens ein Verbindungselement mit der Halteeinrichtung hergestellt werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine vereinfachte Herstellung der Halteeinrichtung für mindestens eine Luftlagereinrichtung mit einem Federelement. Insbesondere sind keine separate Herstellung des Federelements und keine separate Verbindung zwischen Federelement und Grundkörper notwendig. Somit entfällt auch das Herstellen oder Einbringen von Verbindungselementen, beispielsweise Gewindebohrungen oder Ähnliches, zur Verbindung von Grundkörper und Federelement.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Federelement als Biegefederelement ausgebildet. Insbesondere kann das Biegefederelement in diesem Fall als Blattfederelement ausgebildet sein. Hierbei kann das Blattfederelement einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Alternativ ist das Federelement als Mäanderfederelement ausgebildet.
Weiter alternativ ist das Federelement als Spiralfederelement ausgebildet.
Weiter alternativ ist das Federelement als geschlitzte Platte oder geschlitzter plattenförmiger Abschnitt der Halteeinrichtung ausgebildet. Insbesondere kann das Federelement einen plattenförmigen Abschnitt aufweisen, wobei der plattenförmige Abschnitt mindestens einen Schlitz oder eine Nut aufweist oder ausbildet. Dieser Schlitz oder diese Nut kann hierbei einen spiralförmigen Verlauf aufweisen, insbesondere um eine zentrale Mittelachse des Federelements. Das Federelement kann in diesem Falle insbesondere einen zylinderförmigen Abschnitt aufweisen, wobei der zylinderförmige Abschnitt den mindestens einen Schlitz oder die mindestens eine Nut aufweist oder ausbildet. Auch kann der zylinderförmige Abschnitt einen nachfolgend noch näher erläuterten Verbindungsabschnitt aufweisen oder ausbilden. Eine Dicke des Federelements, insbesondere des vorhergehend erläuterten plattenförmigen Abschnitts, kann hierbei in einem Bereich von 0,5 mm bis 10,0 mm liegen. Der Schlitz kann insbesondere als Durchgansöffnung ausgebildet sein. Eine Länge des Schlitzes oder der Nut kann hierbei größer als eine Breite des Schlitzes sein, vorzugsweise um mehr als das zehnfache Größer als die Breite. Eine Schlitz- oder Nutbreite kann in einem Bereich von beispielsweise 2 mm bis 10 mm, bevorzugt in einem Bereich von 5 mm bis 6 mm, liegen. Besonders bevorzugt kann die Schlitzbreite 4 mm betragen. Die Schlitzbreite kann jedoch auslegungsabhängig gewählt werden.
Auch kann das Federelement als konisches Federelement ausgebildet sein. Hierbei können jedoch Windungen, insbesondere alle Windungen, des konischen Federelements in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, wobei die Ebene senkrecht zur zentralen Mittelachse des Federelements orientiert sein kann.
Jede dieser Ausbildungen ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache Herstellung des Federelements mit geringen Bauraumanforderungen, wodurch wiederum ein Bauraum und Gewicht der vorgeschlagenen Halteeinrichtung reduziert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Federelement mindestens einen Verbindungsabschnitt zur mechanischen Verbindung mit der Luftlagereinrichtung auf oder bildet diesen Verbindungsabschnitt aus.
Der Verbindungsabschnitt kann insbesondere als Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme eines Verbindungselements zur mechanischen Verbindung des Federelements mit einer Luftlagereinrichtung sein. Ein solches Verbindungselement kann z.B. (teil-) kugelförmig ausgebildet sein oder einen (teil-) kugelförmigen Abschnitt aufweisen, der in dem Aufnahmeabschnitt oder in einem Aufnahmeabschnitt der Luftlagereinrichtung angeordnet werden kann. Hierbei kann ein Durchmesser des Aufnahmeabschnitts kleiner als ein Durchmesser des (teil-) kugelförmigen Abschnitts sein.
Weiter weist das Federelement einen Verbindungsabschnitt zur mechanischen Verbindung mit der Luftlagereinrichtung auf oder bildet diesen Verbindungsabschnitt aus. Über diesen Verbindungsabschnitt kann die Luftlagereinrichtung über das Federelement mechanisch mit der Halteeinrichtung verbunden bzw. an der Halteeinrichtung befestigt werden.
Hierbei kann/können die mechanische Verbindung der Luftlagereinrichtung mit dem Federelement über den Verbindungsabschnitt und/oder das Federelement derart ausgebildet sein, dass eine Relativbewegung zwischen der Luftlagereinrichtung und der Halteeinrichtung zugelassen ist. Insbesondere kann eine Linearbewegung in und entgegen einer Federrichtung zugelassen werden.
Vorzugsweise kann/können die mechanische Verbindung der Luftlagereinrichtung mit dem Federelement über den Verbindungsabschnitt und/oder das Federelement derart ausgebildet sein, dass auch eine Rotationsbewegung zwischen Luftlagereinrichtung und Halteeinrichtung um die Federrichtung zugelassen wird. Es ist weiter möglich, dass alternativ oder kumulativ eine Rotationsbewegung um eine Raumrichtung oder Rotationsbewegungen um mehrere Raumrichtungen, die von der Federrichtung verschieden ist/sind, zugelassen werden. Allerdings ist es auch möglich, dass keine Rotationsbewegung zwischen der Halteeinrichtung und der Luftlagereinrichtung zugelassen werden.
Alternativ oder kumulativ kann/können die mechanische Verbindung der Luftlagereinrichtung mit dem Federelement über den Verbindungsabschnitt und/oder das Federelement derart ausgebildet sein, dass eine Translationsbewegung entlang einer Raumrichtung oder Linearbewegungen entlang mehrerer Raumrichtungen, die von der Federrichtung verschieden ist/sind, zugelassen werden. Allerdings ist es auch möglich, dass keine Linearbewegung entlang einer Raumrichtung, die von der Federrichtung verschieden ist, zugelassen wird.
Die mechanische Verbindung der Luftlagereinrichtung mit dem Federelement über dem Aufnahmeabschnitt kann z.B. auch mindestens ein Kugellager umfassen. Z.B. kann der Aufnahmeabschnitt als Teil eines Kugellagers ausgebildet sein.
Über den Verbindungsabschnitt kann das erwähnte Verbindungselement zur Verbindung des Federelements mit der Luftlagereinrichtung entlang zumindest einer Raumrichtung form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Federelement verbunden werden. Weiterhin kann/können über einen solchen Verbindungsabschnitt die vorhergehend erläuterte(n) Relativbewegung(en) zwischen Luftlagereinrichtung und Grundkörper zugelassen werden.
Der Verbindungsabschnitt kann durch eine Ausnehmung, Aussparung oder Vertiefung im Bereich einer luftlagerseitigen Oberfläche des Federelements ausgebildet sein. Diese Ausnehmung oder Aussparung oder Vertiefung kann insbesondere sacklochartig ausgebildet sein. Auch kann der Verbindungsabschnitt durch eine Durchgangsöffnung von der luftlagerseitigen Oberfläche zu der luftlagerabgewandten Oberfläche ausgebildet sein. Die luftlagerseitige Oberfläche des Federelements kann hierbei eine Fläche bezeichnet, die der Luftlagereinrichtung zugewandt ist, wenn die Luftlagereinrichtung und das Federelement über das Verbindungselement mechanisch verbunden sind. Entsprechend kann die luftlagerabgewandte Oberfläche des Federelements eine Fläche bezeichnen, die von der Luftlagereinrichtung abgewandt ist, wenn die Luftlagereinrichtung und das Federelement über das Verbindungselement mechanisch verbunden sind. Die luftlagerseitige und die luftlagerabgewandte Fläche können hierbei senkrecht zur zentralen Mittelachse des Federelements orientiert sein. Eine Mittelachse des Verbindungsabschnitts kann hierbei parallel oder sogar konzentrisch zur zentralen Mittelachse des Federelements orientiert sein. Der Verbindungsabschnitt kann z.B. zylinderförmig oder quaderförmige ausgebildet sein oder eine polygonale Grundfläche aufweisen. Auch kann sich ein Querschnitt des Verbindungsabschnitts von der luftlagerseitigen Oberfläche hin zu der luftlagerabgewandten Oberfläche verjüngen. Insbesondere kann der Verbindungsabschnitt kugelsegmentförmig, pyramiden- oder pyramidensegmentförmig oder kegel- oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein.
Alternativ kann ein Verbindungsabschnitt des Federelements auch eine Gewindebohrung im Federelement sein. Ein solcher Verbindungsabschnitt ermöglicht die Aufnahme eines Gewindeelements, welches das Verbindungselement ausbildet oder Teil des Verbindungselements sein kann. Weiter kann der Verbindungsabschnitt ein Verbindungsabschnitt für zumindest einen Teil einer Kugel bilden. Wie vorhergehend erläutert, kann in diesem Fall das Verbindungselement kugelförmig bzw. als Kugel ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Kraftübertragung von der Luftlagereinrichtung auf das Federelement, wobei gleichzeitig jedoch die vorhergehend erläuterten Relativbewegungen zugelassen werden können. Alternativ kann der Verbindungsabschnitt ein Verbindungsabschnitt für einen Gewindestift sein. In diesem Fall kann das Verbindungselement den Gewindestift umfassen oder ausbilden. Weiter kann ein luftlagerseitiges Ende des Gewindestifts teilkugelförmig ausgebildet sein. Die Kugel oder das teilkugelförmige, luftlagerseitige Ende kann hierbei in einem Verbindungsabschnitt der Luftlagereinrichtung angeordnet werden.
Durch das Vorsehen eines Verbindungsabschnitts im Federelement ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst einfache bewegliche Lagerung der Luftlagereinrichtung an der Halteeinrichtung. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass Veränderungen des von der Luftlagereinrichtung erzeugten Luftspalts auch eine Veränderung der Position und/oder Orientierung der Luftlagereinrichtung relativ zum Grundkörper bedingen können, wodurch eine Luftspaltbreite sich nicht oder nicht mehr als ein vorgegebenes Maß verändert. Veränderungen des Luftspalts können beispielsweise durch Dimensionsänderung der Lagerungspartnerelemente, beispielsweise Dimensionsänderungen eines Trägerkörpers, bedingt sein. Ein konstanter oder relativ konstanter Luftspalt ermöglicht in vorteilhafter Weise wiederum möglichst konstante Lagereigenschaften, beispielsweise Steifigkeiten, was wiederum einen verbesserten Betrieb einer Maschine mit einer solchen Luftlagereinrichtung ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Federelement als Festkörpergelenk ausgebildet oder bildet ein Festkörpergelenk. Als Festkörpergelenk kann insbesondere ein Bereich bezeichnet werden, welcher eine Relativbewegung, z.B. eine Drehung, zwischen zwei Starrkörperbereichen durch Biegung erlaubt. Hierbei kann die Funktion des Festkörpergelenks durch einen Abschnitt der Halteinrichtung mit verminderter Biegesteifigkeit relativ zu zwei angrenzenden Abschnitten der Halteeinrichtung höherer Biegesteifigkeit erreicht werden. Somit kann der Federabschnitt also die verminderte Biegesteifigkeit aufweisen. Diese verminderte Biegesteifigkeit kann insbesondere durch lokale Querschnittsverringerung erzeugt werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Herstellung des Federelements bei gleichzeitiger zuverlässiger Bereitstellung gewünschter Federeigenschaften.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Federelement durch mindestens einen Abschnitt der Halteeinrichtung mit (im Vergleich zu benachbarten Abschnitten) verringerter Dicke ausgebildet oder umfasst einen derartigen Abschnitt. Alternativ oder kumulativ kann das Federelement durch mindestens eine Durchgangsöffnung in der Halteeinrichtung ausgebildet werden. Dies kann bedeuten, dass ein Federelement-Abschnitt der Halteeinrichtung den erläuterten Abschnitt mit verringerter Dicke oder mindestens eine Durchgangsöffnung umfasst. Die Dicke des Abschnitts kann hierbei entlang der Federrichtung des Federelements gemessen werden.
Insbesondere kann ein solcher Federelement-Abschnitt eine Nut oder einen Schlitz umfassen. Die Nut kann hierbei auch sacklochartig ausgebildet sein. Es ist möglich, dass der Abschnitt mit verringerter Dicke durch die Nut oder den Schlitz ausgebildet wird. Alternativ ist es möglich, dass der Abschnitt mit verringerter Dicke wiederum einen eine Nut oder eine Durchgangsöffnung, z.B. einen Schlitz, umfasst. In diesem Fall umfasst also der Federelement-Abschnitt einen Abschnitt mit im Vergleich zur benachbarten Abschnitten der Halteeinrichtung verringerter Dicke, wobei dieser die Nut oder die Durchgangsöffnung umfassen kann. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Herstellbarkeit des Federelements.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Federelement mindestens einen Steg oder wird durch mindestens einen Steg bereitgestellt. Der Steg kann durch den Abschnitt verringerter Dicke oder die mindestens eine Durchgangsöffnung ausgebildet, insbesondere begrenzt, werden. Eine maximale Breite eines Stegs kann hierbei kleiner als oder gleich 1,0 mm sein. Insbesondere kann der vorhergehend erläuterte Federelement-Abschnitt derart ausgebildet sein, dass mindestens ein Steg freigeschnitten ist. Hierbei kann der Steg auf mehreren Seiten des Steges durch Abschnitte verringerter Dicke oder Durchgangsöffnungen begrenzt werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein reduziertes Gewicht der vorgeschlagenen Halteeinrichtung. Dies wiederum kann dynamische Eigenschaften der Halteeinrichtung verbessern.
In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich ein Steg eines Federelements, welches an einem Seitenwandabschnitt des Grundkörpers angeordnet ist bzw. von einem Seitenwandabschnitt der Halteeinrichtung ausgebildet wird, parallel zu einer zentralen Längsachse der Halteeinrichtung. Diesbezüglich kann nachfolgend auf das vorhergehend erläuterte Referenzkoordinatensystem Bezug genommen werden.
Alternativ erstreckt sich ein Steg eines solchen Federelements parallel zu einer zentralen Hochachse der Halteeinrichtung. Weiter alternativ ist ein solcher Steg eines Federelements mit einem Winkel aus einem Winkelbereich von 0° (ausschließlich) bis 90° (ausschließlich), beispielsweise 45°, zur zentralen Längsachse und/oder zentralen Hochachse orientiert. Der Winkel kann hierbei zwischen einer zentralen Längsachse des Stegs und der entsprechenden zentralen Hochachse oder Längsachse gemessen werden. In einer solchen Ausführungsform kann diese zentrale Längsachse des Stegs in einer Ebene angeordnet sein, die senkrecht zur zentralen Querachse orientiert ist.
Durch die beanspruchte Anordnung und/oder Ausbildung des Stegs können gewünschte Federeigenschaften in vorteilhafter Weise bereitgestellt werden. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Herstellbarkeit der Halteeinrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich ein Steg eines Federelements, welches an einem Boden- oder Deckenwandabschnitt des Grundkörpers angeordnet ist bzw. von einem Boden- oder Deckenwandabschnitt der Halteeinrichtung ausgebildet wird, sich parallel zu der zentralen Längsachse oder parallel zu der zentralen Querachse. Alternativ ist der Steg mit einem Winkel aus einem Winkelbereich von 0° (ausschließlich) bis 90° (ausschließlich) zur zentralen Querachse und/oder zentralen Längsachse orientiert. In diesem Fall kann eine zentrale Längsachse des Stegs in einer Ebene angeordnet sein, die senkrecht zur zentralen Hochachse orientiert ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Material der Halteeinrichtung (und somit auch das Material des Grundkörpers und des Federelements) Stahl, eine Stahllegierung, ein Kunststoff, eine Kunststoffmischung oder Aluminium. Auch kann das Material eine Mischung aus mehreren der vorgenannten Materialien sein. So ist es z.B. möglich, dass die Haltereinrichtung aus Kunststoff mit eingelegten Fasern aus Metall, z.B. Stahl, besteht. Der Kunststoffteil der Halteeinrichtung kann hierbei in einem Druckverfahren hergestellt werden.
Selbstverständlich können auch andere Materialien oder Materialmischungen verwendet werden. Durch die beanspruchte Anordnung und/oder Ausbildung des Stegs können gewünschte Federeigenschaften in vorteilhafter Weise bereitgestellt werden. Weiter ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache Herstellbarkeit der Halteeinrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Halteeinrichtung durch ein urformendes Herstellungsverfahren, beispielsweise ein Gussverfahren, insbesondere ein Spritzgussverfahren, ein Druckgussverfahren oder ein Kokillengussverfahren, hergestellt. Alternativ ist die Halteeinrichtung durch ein additives Herstellungsverfahren, beispielsweise einen 3D-Druck, hergestellt. Weiter alternativ ist die Halteeinrichtung durch ein trennendes Herstellungsverfahren, beispielsweise durch Bohren oder Fräsen, hergestellt.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Federelement durch Änderung mindestens einer Materialeigenschaft der Halteeinrichtung bereitgestellt, insbesondere eine abschnittsspezifische Änderung. Die Materialeigenschaft kann beispielsweise ein Elastizitätsmodul sein. Auch kann eine Materialeigenschaft eine thermische Eigenschaft sein, z.B. ein thermischer Ausdehnungskoeffizient oder eine thermische Leitfähigkeit sein. Die Materialeigenschaft kann sich hierbei insbesondere im Vergleich zu einer Materialeigenschaft der Halteeinrichtung außerhalb des Federelement-Abschnitts ändern. Diese Änderung kann durch eines der vorhergehend erläuterten Herstellungsverfahren bedingt sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst einfache Herstellung des Federelements.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Halteeinrichtung eine Luftlagereinrichtung, wobei die Luftlagereinrichtung mit dem Federelement mechanisch verbunden ist. Insbesondere kann die Luftlagereinrichtung wie vorhergehend erläutert über das Federelement an der Halteeinrichtung gehaltert bzw. gelagert sein, beispielsweise über das vorhergehend erläuterte Verbindungselement und/oder über den vorhergehend erläuterten Verbindungsabschnitt.
Alternativ oder kumulativ ist es möglich, dass die Luftlagereinrichtung mit der Halteeinrichtung verklebt ist. Insbesondere kann die Luftlagereinrichtung mit dem Federelement verklebt sein.
Es ist selbstverständlich auch möglich, dass die Halteeinrichtung mehrere Luftlagereinrichtungen umfasst, wobei genau eine oder mehrere, aber nicht alle Luftlagereinrichtungen mit einem Federelement der Halteeinrichtung mechanisch verbunden sind, also beweglich an der Halteeinrichtung gelagert sind. Die verbleibenden Halteeinrichtungen können dann mit dem Grundkörper mechanisch verbunden sein, insbesondere mechanisch starr an der Halteeinrichtung gelagert sein. Ist eine Luftlagereinrichtung nicht über ein Federelement mit der Halteeinrichtung verbunden, so kann die Luftlagereinrichtung mit der Halteeinrichtung, insbesondere mit dem Grundkörper, ebenfalls über ein vorhergehend erläutertes Verbindungselement zur mechanischen Verbindung verbunden sein. Alternativ oder kumulativ ist es möglich, dass die Luftlagereinrichtung in diesem Fall mit der Halteeinrichtung, insbesondere dem Grundkörper, verklebt ist. Somit kann die Halteeinrichtung, insbesondere der Grundkörper, mindestens einen Aufnahme- und/oder Befestigungsabschnitt zur Halterung der mindestens einen Luftlagereinrichtung aufweisen. Beispielsweise kann die Halteeinrichtung, insbesondere der Grundkörper, eine Aussparung, insbesondere eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Aussparung, aufweisen, wobei die Luftlagereinrichtung in der Aussparung angeordnet werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Federelement vorgespannt. Insbesondere kann in diesem Fall das Federelement derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass das mindestens eine Federelement vorgespannt ist, wenn eine Luftspaltbreite des Luftspalts zwischen einem Trägerkörper und der Halteeinrichtung, der von der mit dem Federelement verbundenen Luftlagereinrichtung erzeugt wird, größer als 0 mm ist.
Weiter beschrieben wird eine Anordnung aus einer Halteeinrichtung mit mindestens einer daran befestigten Luftlagereinrichtung und mindestens einem Trägerkörper. Hierbei kann die Halteeinrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung offenbarten Ausführungsform ausgebildet sein. Der Trägerkörper kann in einem Aufnahmevolumen für den Trägerkörper, welches von der Halteeinrichtung ausgebildet wird, angeordnet sein. Die Luftlagereinrichtung kann hierbei derart an der Halteeinrichtung befestigt sein, dass durch die Luftlagereinrichtung ein Luftspalt zwischen dem Trägerkörper und der Halteeinrichtung erzeugbar ist. Insbesondere kann die Luftlagereinrichtung in einer vorbestimmten Position und/oder mit einer vorbestimmten Orientierung, insbesondere relativ zu dem erläuterten Referenzkoordinatensystem, an der Halteeinrichtung angeordnet sein.
Weiter vorgeschlagen wird ein Koordinatenmessgerät, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens eine Halteeinrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsform umfasst. Weiter kann das Koordinatenmessgerät mindestens eine Luftlagereinrichtung umfassen. Weiter umfasst das Koordinatenmessgerät mindestens einen Trägerkörper, wobei der Trägerkörper in einem Aufnahmeabschnitt der Halteeinrichtung angeordnet ist. Der Trägerkörper kann insbesondere eine sogenannte Traverse des Koordinatenmessgeräts sein. Die Luftlagereinrichtung kann hierbei, wie vorhergehend erläutert, an der Halteeinrichtung mechanisch befestigt sein, insbesondere mechanisch starr oder mechanisch beweglich. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein Koordinatenmessgerät, welches eine hochgenaue, luftgelagerte Bewegung eines beweglichen Teils ermöglicht, wobei eine Herstellung des Koordinatenmessgeräts vereinfacht wird.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halteeinrichtung gemäß einem der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. Hierbei werden der Grundkörper und das mindestens eine Federelement der Halteeinrichtung monolithisch ausgebildet. Somit kann das Verfahren alle zur Herstellung einer Halteeinrichtung gemäß der beschriebenen Ausführungsformen notwendigen Schritte umfassen.
In dem Verfahren zur Herstellung kann das Federelement insbesondere mit der erläuterten Vorspannung hergestellt werden.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 einen schematischen Querschnitt durch eine Halteeinrichtung mit daran befestigten Luftlagereinrichtungen gemäß dem Stand der Technik,
2 einen schematischen Querschnitt durch eine Halteeinrichtung mit daran befestigten Luftlagereinrichtungen gemäß einer weiteren Ausführungsform des Standes der Technik,
3 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Halteeinrichtung mit daran befestigten Luftlagereinrichtungen,
4a eine schematische Draufsicht auf ein Federelement in einer ersten Ausführungsform,
4b eine schematische Draufsicht auf ein Federelement in einer zweiten Ausführungsform,
4c eine schematische Draufsicht auf ein Federelement in einer dritten Ausführungsform,
4d eine schematische Draufsicht auf ein Federelement in einer vierten Ausführungsform,
4e eine schematische Draufsicht auf ein Federelement in einer fünften Ausführungsform,
4f eine schematische Draufsicht auf ein Federelement in einer sechsten Ausführungsform,
4g eine schematische Draufsicht auf ein Federelement in einer siebten Ausführungsform und
5 eine schematische perspektivische Ansicht eines Koordinatenmessgeräts.

Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Halteeinrichtung 16 mit daran befestigten Luftlagereinrichtungen 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Luftlagereinrichtungen 1 sind an der Halteeinrichtung 16 gehaltert. Die Halteeinrichtung 16 kann einen Laufwagen oder einen Teil eines Laufwagens ausbilden, wobei der Laufwagen mit einer Linearbewegung entlang eines Trägerkörpers 31 bewegt werden kann. Die Halteeinrichtung weist einen Bodenwandabschnitt 29, Seitenwandabschnitte 27 und einen Deckenwandabschnitt 28 auf. Die Wandabschnitte 27, 28, 29 umschließen oder umfassen ein Aufnahmevolumen 30 der Halteeinrichtung 16, wobei der Trägerkörper 31 in dem Aufnahmevolumen 30 angeordnet ist. Dargestellt ist eine Querachse y, die auch als y-Richtung bezeichnet werden kann, und eine Vertikalachse z, die auch als z-Richtung bezeichnet werden kann. Nicht dargestellt ist eine Längsachse x, die auch als x-Richtung bezeichnet werden kann. Die Vertikalachse z kann hierbei parallel zur Richtung einer Gewichtskraft und entgegengesetzt zu dieser Gewichtskraft orientiert sein. Die Längsachse x kann hierbei in oder entgegen einer Bewegungsrichtung der Halteeinrichtung 16 entlang des Trägerkörpers 31 orientiert sein. In 1 ist dargestellt, dass die Luftlagereinrichtungen 1 über Verbindungselemente 17 mit der Halteeinrichtung mechanisch verbunden sind.
Ein Verbindungselement 17 ist hierbei als Gewindestift ausgebildet, wobei der Gewindestift an einem ersten Ende einen Außengewindeabschnitt und an einem weiteren Ende einen kugelförmigen Abschnitt 18 aufweist. Hierbei ist dargestellt, dass ein erster Seitenwandabschnitt 27a und der Deckenwandabschnitt 28 Innengewinde zur Aufnahme des Außengewindeabschnitts des Gewindestifts 17 aufweisen und die Gewindeabschnitte der Verbindungselemente 17 in diese Innengewinde eingeschraubt sind. Weiter ist dargestellt, dass der kugelförmige Abschnitt 18 dieser Verbindungselemente 17 in den Aufnahmeabschnitten (nicht dargestellt) der über diese Verbindungselemente 17 an der Halteeinrichtung 16 gelagerten Luftlagereinrichtungen 1 angeordnet ist. Hierdurch sind die entsprechenden Luftlagereinrichtungen 1 beweglich an der Halteeinrichtung 16, nämlich verkippbar um die drei erläuterten Raumachsen x, y, z, gelagert.
Weiter dargestellt ist, dass an dem zweiten Seitenwandabschnitt 27b und dem Bodenwandabschnitt 29 Federelemente 32 befestigt, insbesondere angeschraubt, sind. Diese Federelemente 32 können insbesondere spiralförmig ausgebildet sein. Weiter können die Federelemente 32 ein zentrales Innengewinde aufweisen, wobei Gewindeabschnitte der Verbindungselemente 17 in diese Innengewinde eingeschraubt sind. Weiter sind die kugelförmigen Abschnitte 18 wiederum in Aufnahmeabschnitten 8 der entsprechend gelagerten Luftlagereinrichtungen 1 angeordnet.
Dargestellt ist weiter, dass die Luftlagereinrichtungen 1 spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind, wobei ein Mittelpunkt einer parallel zur Querachse y orientierten Verbindungslinie zwischen zwei spiegelsymmetrisch angeordneten Luftlagereinrichtungen, die an den Seitenwandabschnitten 27a, 27b gelagert sind, in einer Spiegelsymmetrieebene angeordnet ist, wobei die Spiegelsymmetrieebene senkrecht zur Querachse y orientiert ist.
Luftlagereinrichtungen 1, die an dem Bodenwandabschnitt 29 und dem Deckenwandabschnitt 28 angeordnet sind, können ebenfalls spiegelsymmetrisch derart zueinander angeordnet sein, dass ein Mittelpunkt einer parallel zur Vertikalachse z orientierte Verbindungslinie zwischen zwei spiegelsymmetrisch angeordneten Luftlagereinrichtungen 1 in einer Spiegelsymmetrieebene angeordnet ist, wobei die Spiegelsymmetrieebene senkrecht zur Vertikalachse z orientiert ist.
Zu erkennen sind Luftspalte, die zwischen Luftlagereinrichtungen 1 und einem entsprechend gegenüberliegenden angeordneten Abschnitt des Trägerkörpers 31 ausgebildet werden. Hierdurch kann die Halteeinrichtung 16 auf/an dem Trägerkörper 1 luftgelagert werden. Die Luftlagerung ermöglicht hierbei eine Bewegung eines Laufwagens in oder entgegen der x-Richtung über eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung.
Die über Federelemente 32 beweglich an der Halteeinrichtung 16 gelagerten Luftlagereinrichtungen 1 ermöglichen eine Vorspannung der Lagerung. Exemplarisch wird dies für eine an dem zweiten Seitenwandabschnitt 27b beweglich gelagerte Luftlagereinrichtung 1 beschrieben. Insbesondere kann der Trägerkörper 31 und/oder die Halteeinrichtung 16 derart ausgebildet und/oder relativ zueinander angeordnet sein, dass ein Federelement 32, über welches eine Luftlagereinrichtung 1 beweglich an dem zweiten Seitenwandabschnitt 27b gelagert ist, vorgespannt ist, wenn eine Luftspaltbreite des Luftspalts, der von der mit dem entsprechenden Federelement 32 verbundenen Luftlagereinrichtung 1 erzeugt wird, größer als 0 mm ist. Im Normalbetrieb kann durch die Luftlagereinrichtung 1 eine Luftspaltbreite kleiner als oder gleich 10 µm, beispielsweise von 0,006 mm, eingestellt werden. Verbreitert sich der Luftspalt, z.B. weil sich eine Breite des Trägerkörpers 31 in Querrichtung verringert, so kann die Luftlagereinrichtung 1 aufgrund dieser Vorspannung von dem Federelement 32 in Querrichtung entlang der Querachse y bewegt werden. Alternativ kann die beweglich gelagerte Luftlagereinrichtung 1 entgegen der Querachse y verschoben werden, insbesondere wenn sich ein Druck im Luftspalt erhöht. Die Druckerhöhung kann beispielsweise erfolgen, wenn sich die Luftspaltbreite verringert, z.B. wenn sich eine Breite des Trägerkörpers 31 in Querrichtung vergrößert. Dann kann, aufgrund einer mechanischen Verbindung der Luftlagereinrichtung 1 mit dem Federelement 32 über das Verbindungselement 17, auch das Federelement 32 verformt werden, insbesondere ein Mittelpunkt des Federelements 32 entgegen der Querrichtung entlang der Querachse y verschoben werden. Aufgrund dieser Verformung verändert sich die von dem Federelement 32 erzeugte Kraft, die in Querachse y über das Verbindungselement 17 auf die beweglich gelagerte Luftlagereinrichtung 1 wirkt. Aufgrund dieser Kraftänderung kann wieder eine gewünschte Luftspaltbreite, beispielsweise die des Normalbetriebs, eingestellt werden. Eine Federrate wird vorzugsweise derart gewählt, dass sich hierdurch nur eine vergleichsweise geringe Kraftänderung der Federkraft ergibt, wodurch zwar eine Einstellung der gewünschten Luftspaltbreite ermöglicht wird, zusätzlich jedoch unerwünschte Schwingungen beim Betrieb vermieden werden. Eine Federrate kann beispielsweise kleiner als 1 N/µm sein. Entsprechende Ausführungen gelten für die am Bodenwandabschnitt 29 beweglich gelagerte Luftlagereinrichtung 1.
Durch die Lagerung der Luftlagereinrichtungen 1 über kugelförmige Abschnitte der Verbindungselemente 17 an den Federelementen 32 bzw. an den Wandabschnitten 27a, 28 der Halteeinrichtung 16 können Kräfte in und entgegen der Querachse y übertragen werden (auch in und entgegen der z-Richtung), wobei jedoch Rotationen um die drei dargestellten Richtungen x, y, z zugelassen sind. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte räumliche Positionierung der Luftlagereinrichtung 1 relativ zu einer der Luftlagereinrichtung 1 gegenüberliegenden Gleitfläche des Trägerkörpers 31, insbesondere wenn diese Gleitfläche z.B. einen gekrümmten oder schräg gestellten Abschnitt aufweist.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Halteeinrichtung 16 mit daran gelagerten erfindungsgemäßen Luftlagereinrichtungen 1 gemäß dem Stand der Technik. Hierbei ist die Halteeinrichtung 16 im Wesentlichen wie die in 1 dargestellte Halteeinrichtung 16 ausgebildet. Daher kann auf die entsprechenden Ausführungen zu der in 1 dargestellten Ausführungsform verwiesen werden.
Dargestellt ist, dass der erste Seitenwandabschnitt 27a sowie der Deckenwandabschnitt 28 jeweils Aussparungen 33 oder Durchbrüche zum Aufnehmen/zur Anordnung einer Luftlagereinrichtung 1 aufweisen. Hierbei kann die Luftlagereinrichtung 1, insbesondere der Grundkörper 2, zumindest teilweise in dieser Aussparung 33 angeordnet werden. Dann kann Klebematerial in die Vertiefung eingefüllt werden, beispielsweise von einer dem Aufnahmevolumen 30 abgewandten Seite der Wandabschnitte 27a, 28, insbesondere durch eine Einfüllöffnung 34.
Das Klebematerial kann dann in Aufnahmeabschnitte eines Grundkörpers der Luftlagereinrichtung 1 fließen, die an einer Rückseite der Luftlagereinrichtung 1.
Somit sind die mit dem ersten Seitenwandabschnitt 27a und dem Deckenwandabschnitt 28 derart verklebten Luftlagereinrichtungen 1 einzeln mechanisch starr an der Halteeinrichtung 16 befestigt.
Weiter dargestellt sind beweglich an der Halteeinrichtung 16 gelagerte Luftlagereinrichtungen 1. Diese sind an dem zweiten Seitenwandabschnitt 27b und dem Bodenwandabschnitt 29 beweglich gelagert. Diese bewegliche Lagerung wurde hierbei vorhergehend bereits erläutert, insbesondere in den Erläuterungen zu 1.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Halteeinrichtung 16, die im Wesentlichen wie die in 1 dargestellte Halteeinrichtung 16 ausgebildet ist. Daher kann auf die entsprechenden Ausführungen zu 1 und der darin dargestellten Ausführungsform verwiesen werden. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Halteeinrichtung 16 einen Grundkörper 36 und Federelemente 32, wobei der Grundkörper 36 und die Federelemente 32 monolithisch ausgebildet sind. Somit sind die Federelement 32 nicht wie in der in 1 dargestellten Ausführungsform an dem zweiten Seitenwandabschnitt 27b und dem Bodenwandabschnitt 29 angeschraubt, sondern werden von dem zweiten Seitenwandabschnitt 27b und dem Bodenwandabschnitt 29 ausgebildet. Hierbei ist es möglich, dass der Grundkörper 36 und die Federelemente 32 aus dem gleichen Material ausgebildet sind. Insbesondere können die Federelemente 32 als Festkörpergelenke ausgebildet sein.
Hierbei ist dargestellt, dass die Federelemente 32 durch einen Abschnitt des zweiten Seitenwandabschnitts 27b bzw. des Bodenwandabschnitts 29 ausgebildet werden, der im Vergleich zu den verbleibenden Abschnitten des zweiten Seitenwandabschnitts 27b bzw. des Bodenwandabschnitts 29 eine geringere Dicke aufweist, beispielsweise eine um mehr als die Hälfte geringere Dicke. Insbesondere kann eine Grundplatte 40 des Federelements 32 die genannte Dicke aufweisen. Die Dicke kann hierbei entlang einer Federrichtung dieser Federelemente 32 gemessen werden, wobei die Federrichtung der an dem zweiten Seitenwandabschnitt 27b angeordneten Federelemente 32 parallel zur Querachse y und die Federrichtung des im Bodenwandabschnitt 29 angeordneten Federelements 32 parallel zur Vertikalachse z orientiert sind.
Die in 3 dargestellte Halteeinrichtung 16 kann insbesondere durch ein urformendes Herstellungsverfahren, beispielsweise ein Gussverfahren, oder durch ein additives Herstellungsverfahren hergestellt sein.
In 4a ist eine schematische Draufsicht auf ein Federelement 32 in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform dargestellt. Insbesondere ist dargestellt, dass das Federelement 32 einen ersten Steg 37a und einen zweiten Steg 37b umfasst. Weiter dargestellt ist, dass das Federelement einen als Gewindebohrung ausgebildeten Aufnahmeabschnitt 38 aufweist oder ausbildet, in welche ein Verbindungselement 17 zur Verbindung mit einer Luftlagereinrichtung 1 eingeschraubt ist. Dargestellt ist, dass das Federelement als Durchgangsöffnungen 39 ausgebildete Vertiefungen bzw. Durchbrüche aufweist, wobei durch diese Durchgangsöffnungen 39 die Stege 37a, 37b gebildet, insbesondere freigeschnitten, werden. Alternativ ist es möglich, dass das Federelement 32 statt der Durchgangsöffnungen 39 als sacklockartige Vertiefungen ausgebildete Bereiche mit im Vergleich zur Dicke der Grundplatte 40 verringerter Dicke umfasst. Die Durchgangsöffnungen 39 sind hierbei in eine Grundplatte 40 des Federelements 32 eingebracht. Eine Dicke der Grundplatte 40 kann hierbei im Vergleich geringer sein als eine Dicke der verbleibenden Abschnitte des zweiten Seitenwandabschnitts 27b bzw. des Bodenwandabschnitts 29.
Weiter dargestellt ist eine Längsachse x sowie eine Querachse y und eine Vertikalachse z. Ist das Federelement 32 an einem zweiten Seitenwandabschnitt 27b angeordnet (siehe 3), so kann sich der erste Steg 37a parallel zu der Vertikalachse z erstrecken. Der zweite Steg 37b kann sich parallel zur Längsachse x erstrecken. Ist das Federelement 32 an einem Bodenwandabschnitt 29 angeordnet, so kann sich der erste Steg 37a parallel zur Querachse y erstrecken. Der Aufnahmeabschnitt 38 für das Verbindungselement 17 ist hierbei in einem Schnittbereich aller Stege 37a, 37b angeordnet.
In 4b ist eine zweite Ausführungsform eines Federelements 32 gemäß der Erfindung dargestellt. Im Unterschied zu dem in 4a dargestellten Ausführungsform umfasst das Federelement 32 einen dritten Steg 37c und einen vierten Steg 37d, wobei diese Stege durch im Vergleich zur in 4a dargestellten Ausführungsform vorhandene weitere Durchgangsöffnungen 39 gebildet werden.
Ist das Federelement 32 an dem zweiten Seitenwandabschnitt 27b angeordnet, so erstreckt sich der dritte Steg 37c mit einem Winkel von 45° quer zur Längsachse als auch mit einem Winkel von 45° quer zur Vertikalachse z. Der vierte Steg 37d erstreckt sich mit einem Winkel von 90° quer zum dritten Steg 37c. Der Aufnahmeabschnitt 38 für das Verbindungselement 17 ist hierbei in einem Schnittbereich aller Stege 37a, 37b, 37c, 37d angeordnet.
Ist das Federelement 32 an einem Bodenwandabschnitt 29 angeordnet, so erstreckt sich der dritte Steg 37c mit einem Winkel von 45° quer zur Längsachse als auch mit einem Winkel von 45° quer zur Querachse y.
In 4c ist eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Federelements dargestellt. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst das Federelement nur einen Steg, nämlich den in 4a dargestellten zweiten Steg 37b, der sich parallel zur Längsachse x erstreckt.
In 4d ist eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Federelements dargestellt. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst das Federelement nur einen Steg, nämlich den in 4a dargestellten ersten Steg 37a, also einen Steg, der sich parallel zur Querachse y bzw. Vertikalachse z erstreckt.
In 4e ist eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Federelements dargestellt. Im Unterschied zu der in Fig. b dargestellten Ausführungsform umfasst das Federelement nur zwei Stege, nämlich den in 4b dargestellten dritten Steg 37c, der sich mit einem Winkel von 45° quer zur Längsachse als auch mit einem Winkel von 45° quer zur Vertikalachse z erstreckt, als auch den vierten Steg 37d, der sich mit einem Winkel von 90° quer zum dritten Steg 37c erstreckt.
In 4f ist eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Federelements dargestellt. Im Unterschied zu der in 4e dargestellten Ausführungsform umfasst das Federelement nur einen Steg, nämlich den in 4e dargestellten dritten Steg 37c, der sich mit einem Winkel von 45° quer zur Längsachse als auch mit einem Winkel von 45° quer zur Vertikalachse z erstreckt.
In 4g ist eine siebte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Federelements dargestellt. Im Unterschied zu der in 4e dargestellten Ausführungsform umfasst das Federelement nur einen Steg, nämlich den in 4e dargestellten vierten Steg 37d, der sich mit einem Winkel von 90° quer zum dritten Steg 37c erstreckt.
5 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung eines Koordinatenmessgeräts 41. Das Koordinatenmessgerät 41 umfasst einen Messtisch 42, wobei auf dem Messtisch 42 Messobjekte (nicht dargestellt) in einem dreidimensionalen Messbereich des Koordinatenmessgeräts 41 angeordnet werden können. Das Koordinatenmessgerät 41 umfasst zwei Stützen 43, die über einen Querträger 44, der auch als Traverse bezeichnet werden kann, verbunden sein können. Insbesondere kann der Querträger 44 an seinen gegenüberliegenden Enden an den Stützen 43 angeordnet sein. Die Stützen 43 sind hierbei in und entgegen einer Querachse y entlang des Messtisches 42 des Koordinatenmessgeräts 41 verfahrbar, beispielsweise über geeignete Linearlager. Insbesondere kann eine Stütze 43 luftgelagert an dem Messtisch 42 linear beweglich gelagert sein, beispielsweise ebenfalls mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Laufwagen. Weiter dargestellt ist ein Laufwagen, der entgegen einer x-Richtung entlang des Querträgers 44 verfahrbar ist. Der Querträger 44 kann hierbei den in 3 dargestellten Trägerkörper 31 ausbilden. Weiter dargestellt ist eine Pinole 45, die an dem Laufwagen befestigt ist. An der Pinole 45 kann in bekannter Weise ein Messkopfsystem (nicht dargestellt) befestigt werden, um z.B. ein Messobjekt zu vermessen. Das Messkopfsystem kann hierbei in und entgegen einer Vertikalachse z beweglich an der Pinole 45 befestigt sein. Insbesondere kann auch das Messkopfsystem luftgelagert an der Pinole 45 linear beweglich gelagert sein, beispielsweise ebenfalls mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Laufwagen, wobei die Pinole 45 einen Trägerkörper zur Aufnahme durch den Laufwagen aufweist oder ausbilden kann.
Bezugszeichenliste

1: Luftlagereinrichtung
16: Halteeinrichtung
17: Verbindungselement
18: kugelförmiger Abschnitt
27, 27a, 27b: Seitenwandabschnitt
28: Deckenwandabschnitt
29: Bodenwandabschnitt
30: Aufnahmevolumen
31: Trägerkörper
32: Federelement
33: Aussparung
34: Einfüllöffnung
x: Längsachse
y: Querachse
z: Vertikalachse
36: Grundkörper
37a: erster Steg
37b: zweiter Steg
37c: dritter Steg
37d: vierter Steg
38: Aufnahmeabschnitt
39: Durchgangsöffnung / Durchbruch
40: Grundplatte
41: Koordinatenmessgerät
42: Messtisch
43: Stütze
44: Querträger
45: Pinole

Claims

Halteeinrichtung für mindestens eine Luftlagereinrichtung (1), wobei die Halteeinrichtung (16) mindestens einen Grundkörper (36) und mindestens ein Federelement (32) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Federelements (32) eine Kraft auf die Luftlagereinrichtung (1) ausübbar ist, die hin zu einem Lagerungspartnerelement der Luftlagereinrichtung (1) gerichtet ist, wobei der Grundkörper (36) und das mindestens eine Federelement (32) monolithisch ausgebildet sind.
Halteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (32) als Biegefederelement oder als Mäanderfederelement oder als Spiralfederelement oder als geschlitzte Platte oder geschlitzter plattenförmiger Abschnitt der Halteeinrichtung (16) oder als konisches Federelement ausgebildet ist.
Halteeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (32) mindestens einen Verbindungsabschnitt zur mechanischen Verbindung mit der Luftlagereinrichtung (1) aufweist oder ausbildet.
Halteeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (32) als Festkörpergelenk ausgebildet ist oder ein Festkörpergelenk bildet.
Halteeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (32) durch mindestens einen Abschnitt der Halteeinrichtung (16) mit verringerter Dicke und/oder mindestens eine Durchgangsöffnung (39) in dem Grundkörper (36) ausgebildet wird.
Halteeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (32) mindestens einen Steg (37a, 37b, 37c, 37d) umfasst oder durch mindestens einen Steg (37a, 37b, 37c, 37d) bereitgestellt wird, wobei ein Steg (37a, 37b, 37c, 37d) durch einen Abschnitt verringerter Dicke oder die mindestens eine Durchgangsöffnung (39) gebildet wird.
Halteeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg (37a, 37b, 37c, 37d) eines Federelements (32), welches an einem Seitenwandabschnitt (27a, 27b) des Grundkörpers (36) angeordnet ist, sich parallel zu einer Längsachse (x) oder parallel zu einer Hochachse (z) erstreckt oder mit einem Winkel aus einem Winkelbereich von 0° (ausschließlich) bis 90° (ausschließlich) zur Hochachse (z) und/oder Längsachse (x) orientiert ist.
Halteeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg (37a, 37b, 37c, 37d) eines Federelements (32), das an einem Boden- oder Deckenwandabschnitt (28, 29) des Grundkörpers (36) angeordnet ist, sich parallel zu einer Längsachse (x) oder parallel zu einer Querachse (y) erstreckt oder mit einem Winkel aus einem Winkelbereich von 0° (ausschließlich) bis 90° (ausschließlich) zur Querachse (y) und/oder Längsachse (x) orientiert ist.
Halteeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Halteeinrichtung (16) Stahl, eine Stahllegierung, ein Kunststoff, eine Kunststoffmischung oder Aluminium oder eine Mischung aus mehreren der vorgenannten Materialien ist.
Halteeinrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (16) durch ein urformendes Herstellungsverfahren oder durch ein additives Herstellungsverfahren oder durch ein trennendes Herstellungsverfahren hergestellt ist.
Halteeinrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (32) durch Änderung mindestens einer Materialeigenschaft der Halteeinrichtung (16) bereitgestellt ist.
Halteeinrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (32) vorgespannt ist.
Halteeinrichtung mit mindestens einer Luftlagereinrichtung (1), wobei die mindestens eine Luftlagereinrichtung (1) an der Halteeinrichtung (16) befestigt ist, wobei die Halteeinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
Koordinatenmessgerät, wobei das Koordinatenmessgerät (41) mindestens eine Halteeinrichtung (16) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 und mindestens einen Trägerkörper (31) umfasst, wobei der Trägerkörper (31) in einem Aufnahmeabschnitt (30) der Halteeinrichtung (16) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Halteeinrichtung (16) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (36) und das mindestens eine Federelement (32) monolithisch ausgebildet werden.