DE10257810A1

DE10257810A1 - Pneumatischer Schwingungsisolator

Info

Publication number: DE10257810A1
Application number: DE2002157810
Authority: DE
Inventors: Ulf Jörgen Motz
Original assignee: Bilz Schwingungstechnik GmbH
Current assignee: BILZ VIBRATION TECHNOLOGY AG, 71229 LEONBERG, DE
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-06-24

Abstract

Ein pneumatischer Schwingungsisolator hat ein Gehäuse (1), das ein eine erste zylindrische Seitenwand (4) aufweisendes Oberteil (2) und ein eine zweite zylindrische Seitenwand (6) aufweisendes Unterteil (3) hat, eine Luftfederung (18), die in einem Ringspalt (17) zwischen der ersten und der zweiten zylindrischen Seitenwand (4, 6) angeordnet ist und radial gerichteten Relativbewegungen zwischen dem Oberteil (2) und dem Unterteil (3) entgegenwirkt, und ein zwischen dem Oberteil (2) und dem Unterteil (3) in Axialrichtung stützend wirkendes Lager (9), wie z. B. ein Luftlager, das Relativbewegungen des Unterteils (3) und des Oberteils (2) in Radialrichtung zuläßt. Die Steifigkeit und/oder die Dämpfung der Luftfederung (18) sind von außen durch einen Druckregler bzw. eine einstellbare Drossel einstellbar oder veränderbar, die in einem Druckluftleitungssystem enthalten sind, an das die Luftfederung (18) anschließbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Schwingungsisolator mit einem Gehäuse, das ein eine erste zylindrische Seitenwand aufweisendes Oberteil und ein eine zweite zylindrische Seitenwand aufweisendes Unterteil hat, einer Federeinrichtung, die in einem Ringspalt zwischen der ersten und der zweiten zylindrischen Seitenwand angeordnet ist und radial gerichteten Relativbewegungen zwischen dem Oberteil und dem Unterteil entgegenwirkt, einer mit der ersten zylindrischen Seitenwand verbundenen, im wesentlichen sich in Radialrichtung erstreckenden oberen Platte, einer mit der zweiten zylindrischen Seitenwand verbundenen, im wesentlichen sich in Radialrichtung erstreckenden unteren Platte, und einer zwischen dem Oberteil und dem Unterteil in Axialrichtung wirkenden Stützeinrichtung, die Relativbewegungen des Unterteils und des Oberteils in Radialrichtung zuläßt und in Axialrichtung zwischen der oberen Platte und der unteren Platte angeordnet ist.
Ein solcher pneumatischer Schwingungsisolator ist aus der US-PS 5 918 862 bekannt. Bei diesem Schwingungsisolator werden durch radiale und axiale Relativbewegungen des in Form eines Pendels ausgebildeten Oberteils und des in Form eines Gehäuses ausge bildeten Unterteils eine Rollmembran zwischen dem Pendel und dem Gehäuse verformt und ein viskoses Medium in dem Gehäuse verdrängt, wodurch die Dauer und Amplitude dieser Relativbewegungen reduziert werden. Eine Änderung der Eigenfrequenz kann nur bei der Herstellung des Schwingungsisolators durch die Verwendung eines kürzeren oder längeren Pendels vorgenommen werden. Ebenso kann die Dämpfung nur bei der Herstellung des Schwingungsisolators durch die Verwendung eines viskosen Mediums mit anderer Viskosität, durch Ändern der Geometrie des Pendels oder durch Ändern der Füllhöhe des viskosen Mediums geändert werden. Außerdem ist bei dem bekannten Schwingungsisolator keine hohe radiale Positioniergenauigkeit des Oberteils relativ zu dem Unterteil gegeben. Bei manchen Anwendungen des Schwingungsisolators, wie z.B. in der Halbleiterindustrie, besteht jedoch ein Bedarf dafür, die Eigenfrequenz und/oder die Dämpfung von außen, im eingebauten Zustand des Schwingungsisolators einstellen oder verändern zu können und zudem eine hohe radiale Positioniergenauigkeit, z.B. im 1/100 mm-Bereich, zu erreichen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen pneumatischen Schwingungsisolator der eingangs genannten Art so auszubilden, daß seine Eigenfrequenz und/oder seine Dämpfung im eingebauten Zustand des Schwingungsisolators von außen einstellbar und/oder veränderbar ist, und zudem eine hohe radiale Positioniergenauigkeit erreichbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß bei dem gattungsgemäßen Schwingungsisolator die Stützeinrichtung ein Lager ist, das einen die obere Platte des Oberteils tragenden oberen Lagerkörper und einen von dem oberen Lagerkörper getrennten unteren Lagerkörper aufweist, der auf der unteren Platte befestigt ist, und die Federeinrichtung eine Luftfederung ist, die an ein Druckluftleitungssystem anschließbar ist, in welchem mindestens ein Druckregler und mindestens eine einstellbare Drossel enthalten sind.
Während das Lager die Aufgabe hat, die auf dem Oberteil ruhende Last, die eine Maschine oder eine Anlage sein kann, in vertikaler, d.h. axialer Richtung, so abzustützen, daß das Oberteil und das Unterteil in horizontaler, d.h. radialer Richtung, relativ zueinander bewegbar sind, ohne in dem Lager einen wesentlichen Reibungswiderstand zu erzeugen, wirkt die Luftfederung, die in dem Ringspalt zwischen der ersten und der zweiten zylindrischen Seitenwand angeordnet ist, diesen Relativbewegungen zwischen dem Oberteil und dem Unterteil entgegen. Die Luftfederung ist an ein Druckluftleitungssystem anschließbar, das mindestens einen Druckregler, mit dem die Steifigkeit und damit die Eigenfrequzenz des Schwingungsisolators einstell- und/oder veränderbar ist, und eine einstellbare Drossel enthält, mit der der Volumenstrom zwischen den aktuell komprimierten und aktuell nicht oder weniger stark komprimierten Bereichen der Luftfederung verstellbar und somit die Dämpfungseigenschaften der Luftfederung veränderbar sind. Das Lager ist vorzugsweise ein Luftlager, das zwischen dem oberen Lagerkörper und dem unteren Lagerkörper ein Luftpolster erzeugt.
Vorzugsweise weist die Luftfederung eine oder mehrere von einer flexiblen luftdichten Hülle umgebene Druckluftkammern auf, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt im Ringspalt zwischen der ersten und der zweiten zylindrischen Seitenwand angeordnet sind und jeweils mit dem Druckluftleitungssystem verbindbar sind. Bei Verwendung von mehreren Druckluftkammern können wenigstens zwei von ihnen über das Druckluftleitungssystem und unter Zwischenschaltung mindestens einer einstellbaren Drossel untereinander verbunden werden.
Vorzugsweise ist jede der Druckluftkammern der Luftfederung von einer jeweiligen schlauchförmigen Hülle umgeben, die sich im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckt und an einem Leitungszweig des Druckleitungssystems anschließbar ist. Die Druckluftkammern können einzeln oder in Gruppen über Untersysteme des Druckluftleitungssystems an mehrere Druckluft quellen oder alle an eine gemeinsame Druckluftquelle anschließbar sein.
Der erfindungsgemäße Schwingungsisolator hat den Vorteil, daß seine Steifigkeit und seine Dämpfung nicht nur im eingebauten Zustand unabhängig voneinander veränderbar sind, sondern, daß diese Eigenschaften auch in verschiedenen Radialrichtungen verändert werden können. Diese richtungsabhängige Änderbarkeit der Steifigkeit und der Dämpfung des erfindungsgemäßen Schwingungsisolators beruht darauf, daß die Zahl der Druckluftkammern, der Druckregler und der Drosseln, die Verbindung dieser Komponenten untereinander und die Konfiguration des Druckluftleitungssystems sehr variabel sind.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird für einen oder mehrere Schwingungsisolatoren eine Regeleinheit verwendet. Je Maschinenauslegung werden bis zu sechs Regeleinheiten verwendet, beispielsweise drei Regeleinheiten für horizontale Regelung (für drei oder mehrere Luftlager) und drei Regeleinheiten für zusätzliche drei oder mehrere vertikale Luftfedern.
Die Regeleinheit besteht aus einem Sensormodul mit elektrischem Anschluß für ein Proportional-Wegeventil. Im Sensormodul sind ein Wegaufnehmer, Druck- und Beschleunigsungssensor integriert. Der eingebaute Mikroprozessor wird auf einen umfangreichen Regelalgorithmus programmiert. Über die CAN-Schnittstelle erfolgt die Kommunikation zur übergeordneten Steuerung. Das vorgesehene Proportionalwegeventil wird außerhalb vom Sensormodul montiert. Die horizontalen Luftlager bzw. vertikalen Luftfedern werden automatisch be- bzw. entlüftet, um Druck auf oder ab zu bauen.
Die Erfindung wird nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
1 eine schematische Darstellung eines pneumatischen Schwingungsisolators im Schnitt längs der Linie I-I in 2,
2 eine schematische Darstellung des pneumatischen Schwingungsisolators im Schnitt entlang der Linie II-II in 1,
3 ein Funktionsschaubild des Schwingungsisolators und einer ersten Variante des Druckluftleitungssystems einschließlich der in ihm enthaltenen Drosseln und eines Druckreglers,
4 ein Funktionsschaubild des Schwingungsisolators und einer zweiten Variante des Druckluftleitungssystems einschließlich der in ihm enthaltenen Drosseln und Druckregler,
5a ein Funktionsschaubild des Schwingungsisolators und einer dritten Variante des Druckluftleitungssystems einschließlich der in ihm enthaltenen Drosseln und Druckregler, wobei einer der Schläuche der Positionsregelung des Oberteils relativ zum Unterteil dient und die Positionsregelung über eine Druckregelung erfolgt,
5b ein der 5a ähnliches Funktionsschaubild, wobei wieder einer der Schläuche der Positionsregelung des Oberteils relativ zum Unterteil dient, die Positionsregelung aber durch eine Wegregelung erfolgt,
6a ein Funktionsschaubild von drei Schwingungsisolatoren, die in einem Winkel von jeweils 120° zueinander angeordnet sind, und einem Druckluftleitungssystem einschließlich der in ihm enthaltenen Drosseln und Druckregler, wobei jeweils einer der Schläuche der Positionsregelung dient, die über eine Druckregelung erfolgt, und
6b ein der 6a ähnliches Funktionsschaubild, wobei jedoch die Positionsregelung des einen Schlauches jedes Schwingungsisolators über eine Wegregelung erfolgt.
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, weist ein pneumatischer Schwingungsisolator ein Gehäuse 1 auf, das sich im wesentlichen aus einem Oberteil 2 und einem Unterteil 3 zusammensetzt. Das Oberteil 2 hat eine erste zylindrische Wand 4, die an ihrem oberen Ende mit einer oberen, runden Platte 5 fest verbunden ist. Das Unterteil 3 weist eine zweite zylindrische Seitenwand 6 auf, die im Durchmesser größer als die erste zylindrische Seitenwand 4 des Oberteils 2 ist und die erste zylindrische Seitenwand 4 des Oberteils 2 umgibt. Die zweite zylindrische Seitenwand 6 des Unterteils 3 erstreckt sich in Axialrichtung nach oben bis fast unter die obere Platte 5 des Oberteils 2, wobei ein umlaufender Spalt 7 zwischen der oberen Platte 5 und dem oberen Ende der zweiten zylindrischen Seitenwand 6 des Unterteils 3 gebildet ist. Die zweite zylindrische Seitenwand 6 erstreckt sich in Axialrichtung nach unten über das untere Ende der ersten zylindrischen Seitenwand 4 des Oberteils 2 hinaus und ist an ihrem unteren Ende mit einer unteren runden Platte 8 des Unterteils 3 fest verbunden. Die Platten 5 und 8 erstrecken sich jeweils in Radialrichtung und sind im wesentlichen parallel zueinander.
Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich ein Luftlager 9, das einen oberen Lagerkörper 10 und einen unteren Lagerkörper 11 hat, der von dem oberen Lagerkörper 10 durch einen Luftspalt 12 getrennt ist. Der untere Lagerkörper 11 des Luftlagers 9 liegt auf der unteren Platte 8 des Unterteils 3 und hat eine dem oberen Lagerkörper 10 zugekehrte obere Oberfläche 13, die äußerst glatt und eben ist. Der untere Lagerkörper 11 des Luftlagers 9 ist ein massiver zylindrischer Block aus Granit oder Stahl. In den oberen Lagerkörper 10 sind nicht dargestellte Düsenkanäle eingearbeitet, die nicht gezeigte Öffnungen aufweisen oder in offene Kanäle münden, die in der der Oberfläche 13 des unteren Lagerkörpers 11 gegenüberliegenden Oberfläche 14 des oberen Lagerkörpers 10 liegen. Die im oberen Lagerkörper 10 befindlichen Düsenkanäle stehen mit einem Druckluftsammelanschluß 15 in Verbindung, der an eine nicht dargestellte Druckluftzufuhrleitung angeschlossen ist, die aus dem Gehäuse 1 des Schwingungsisolators heraus nach außen geführt und mit einer Druckluftquelle verbunden ist.
Die obere Platte 5 des Oberteils 2 ist mit dem oberen Lagerkörper 10 des Luftlagers 9 durch schematisch angedeutete Befestigungsmittel 16 fest verbunden, und die untere Platte 8 des Unterteils 3 ist mit dem unteren Lagerkörper 11 des Luftlagers 9 durch schematisch angedeutete Befestigungsmittel 16b verbunden.
Zwischen der ersten zylindrischen Seitenwand 4 des Oberteils 2 und der zweiten zylindrischen Seitenwand 6 des Unterteils 3 befindet sich ein Ringspalt 17, in dem eine Luftfederung 18 angeordnet ist. Die Luftfederung 18 besteht aus vier gleich langen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden, je eine Druckluftkammer bildenden Druckluftschläuchen 19, 20, 21 und 22, von denen sich jeweils zwei, d.h. im dargestellten Beispiel, die Druckluftschläuche 19 und 20 bzw. 21 und 22, diametral gegenüberliegen. Die Druckluftschläuche 19, 20, 21 und 22 sind an der zweiten zylindrischen Seitenwand 6 des Unterteils 3 montiert und erstrecken sich jeweils über fast ein Viertel der Länge des Kreisumfangs des Ringspaltes 17. Jeder Druckluftschlauch 19, 20, 21 und 22 ist mit einem jeweiligen Druckluftanschlußstück 23 verbunden, das durch die zweite zylindrische Seitenwand 6 des Unterteils 3 hindurchgeführt ist, ein Außengewinde aufweist und durch eine Überwurfmutter 24 an dem Unterteil 3 befestigt ist.
In Axialrichtung gesehen, oberhalb der Druckluftschläuche 19, 20, 21, 22 ist ein umlaufendes elastisches Wegbegrenzungselement 40 im Ringspalt 17 angeordnet, wobei das Wegbegrenzungselement 40 an der zweiten zylindrischen Seitenwand 6 des Unterteils 3 befestigt ist und bei einer zentrierten Anordnung des Oberteils 2 relativ zu dem Unterteil 3, wie sie in 1 und 2 dargestellt ist, einen radialen Abstand von der ersten zylindrischen Seitenwand 4 des Oberteils 2 hat.
3 zeigt ein Funktionsschaubild des Schwingungsisolators und einer ersten Variante eines Druckluftleitungssystems, an das der Schwingungsisolator angeschlossen ist. Wie aus 3 ersichtlich ist, sind die Druckluftschläuche 19, 20, 21 und 22 über ihre Anschlußstücke 23 an einen jeweiligen Druckluftleitungszweig 25, 26, 27 bzw. 28 angeschlossen. In jedem dieser Leitungszweige befindet sich eine einstellbare Drossel 29. Die Leitungszweige sind ferner gemeinsam an eine Ringleitung 30 angeschlossen, die ihrerseits mit einer Sammelleitung 31 verbunden ist, in welcher eine Wartungseinheit 32 bestehend aus Druckregler, Abscheider und Filter und eine Drossel 33 in Reihe zueinander angeordnet sind. Eine nicht dargestellte Druckluftzufuhrleitung führt von einer nicht dargestellten Druckluftquelle zu der Wartungseinheit 32. Zum Druckaufbau in den Schläuchen 19, 20, 21 und 22, aber auch um Leckverluste in dem Leitungssystem und den Druckschläuchen auszugleichen, wird Druckluft von der Druckluftquelle über die Zufuhrleitung, die Wartungseinheit 32 und die nachgeschaltete Drossel 33 sowie den Leitungen bzw. Leitungszweigen 31, 30, 25, 26, 27, 28, den Druckluftschläuchen 19, 20, 21 und 22 zugeführt. Über den Druckregler der Wartungseinheit 32 ist der Druck in den Druckschläuchen 19, 20, 21 und 22 und damit die Steifigkeit der Luftfederung 18 einstellbar oder veränderbar. Die Drossel 33 nach der Wartungseinheit 32 dient dazu, den Volumenstrom für alle Schläuche stark zu reduzieren und um zu verhindern, daß der Druckregler der Wartungseinheit 32 aggressiv anspricht. Die Drosseln 29 in den jeweiligen Leitungszweigen 25, 26, 27, 28 dienen dazu, den Volumenstrom, der infolge einer radialen Rela tivbewegung des Oberteils 2 und des Unterteils 3 und der damit verbundenen Veränderung der Spaltbreite des Ringspaltes 17 sowie der daraus resultierenden Druckänderung in den Druckluftschläuchen entsteht, von einem Druckluftschlauch zu einem anderen Druckluftschlauch zu reduzieren. Durch Ändern der Drosselstellung der Drosseln 29 ändert sich dieser Volumenstrom von einem Druckluftschlauch zu einem anderen Druckluftschlauch und damit die Dämpfung der Relativbewegungen in der entsprechenden Radialrichtung.
4 zeigt eine zweite Variante des Druckluftleitungssystems, an das der Schwingungsisolator angeschlossen ist. Die zueinander diametral gegenüberliegenden Druckluftschläuche 19, 20 bzw. 21 und 22 sind an ein eigenes Untersystem 45 bzw. 46 des gesamten Druckluftleitungssystems angeschlossen. Im einzelnen sind die Druckluftschläuche 19 und 20 über einen Druckluftleitungszweig 47 des Untersystems 45 miteinander verbunden, wobei in dem Leitungszweig 47 eine einstellbare Drossel 48 angeordnet ist. Der Druckluftleitungszweig 47 ist an eine Hauptleitung 49 angeschlossen, die an eine nicht dargestellte Druckluftquelle angeschlossen ist und eine aus Druckregler, Abscheider und Filter bestehende Wartungseinheit 50 und eine der Wartungseinheit 50 nachgeschaltete einstellbare Drossel 51 enthält. Das Untersystem 46 ist ähnlich aufgebaut und weist dementsprechend einen die beiden Druckluftschläuche 21 und 22 miteinander verbindenden Druckluftleitungszweig 52, eine in dem Leitungszweig angeordnete einstellbare Drossel 53, eine mit dem Leitungszweig 52 verbundene Hauptleitung 54, eine in der Hauptleitung 54 angeordnete Wartungseinheit 55, die, wie die Wartungseinheit 50 auch aus Druckregler, Abscheider und Filter besteht, und eine der Wartungseinheit 55 in der Hauptleitung 54 nachgeschaltete Drossel 56 auf, wobei die Hauptleitung 54 mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle verbunden ist, von der aus Druckluft zunächst über die Wartungseinheit 55 und dann die Drossel 56 dem Leitungszweig 52 zuführbar ist. Mit der Drossel 48 ist zwischen den Druckluftschläuchen 19 und 20 der Volumenstrom einstellbar, der bei Druckänderung in diesen beiden Schläuchen infolge einer relativen Bewegung von Oberteil und Unterteil des Schwingungsisolators in Y-Richtung entsteht. Durch Verminderung des Volumenstromes zwischen den Druckluftschläuchen 19 und 20 wird die Dämpfung der Relativbewegungen von Oberteil und Unterteil des Schwingungsisolators verstärkt. Die Funktion der Drossel 53 ist ähnlich, denn mit ihr ist die Dämpfung der Relativbewegungen von Oberteil und Unterteil des Schwingungsisolators in X-Richtung veränderbar. Die beiden Druckregler der Wartungseinheiten 50 und 55 der Untersysteme 45 bzw. 46 sind getrennt voneinander verstellbar, so daß der Luftdruck in den Druckluftschläuchen 19 und 20 bzw. in Y-Richtung und in den Druckluftschläuchen 21 und 22 bzw. in X-Richtung und damit die Steifigkeit der Luftfederung in diesen beiden Richtungen unterschiedlich einstellbar ist. Die einstellbaren Drosseln 51 und 56 haben jeweils die gleiche Aufgabe wie die Drossel 33 des in 3 gezeigten Druckluftleitungssystems und dienen demzufolge dazu, den Volumenstrom zu den Druckluftschläuchen 19 und 20 bzw. 21 und 22 stark zu reduzieren.
Eine dritte Variante des Druckluftleitungssystems ist in 5a dargestellt. Auch dieses Druckluftleitungssystem besteht aus zwei Untersystemen 57 und 58, wobei die sich diametral gegenüberliegenden Druckluftschläuche 21 und 22 und der zwischen ihnen angeordnete Druckluftschlauch 19 an das Untersystem 57 angeschlossen sind, während der Druckluftschlauch 20 an das Untersystem 58 angeschlossen ist. Im einzelnen sind die Druckluftschläuche 19, 21 und 22 über einen jeweiligen Druckluftleitungszweig 59, 60 bzw. 61 an eine gemeinsame Sammelleitung 62 angeschlossen, die ihrerseits an eine Hauptleitung 63 angeschlossen ist, die mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle verbunden ist und eine Wartungseinheit 64 und eine der Wartungseinheit 64 nachgeschaltete einstellbare Drossel 65 enthält. Der Aufbau und die Funktion der Wartungseinheit 64 und der Drossel 65 entsprechen dem Aufbau und der Funktion der Wartungseinheiten 50 und 55 und der Drosseln 51 und 56 des Druckluftleitungssystems der 4 und der Wartungseinheit 32 und der Drossel 33 des Druckluftleitungssystems der 3. In den Leitungszweigen 59, 60 und 61 sind zur Steuerung des Volumenstromes von und zu den entsprechenden Druckluftschläuchen 19, 21 und 22 und damit der Dämpfung einstellbare Drosseln 66, 67 und 68 vorgesehen. Mit dem Druckregler der Wartungseinheit 64 wird ein gemeinsamer Druck in den Schläuchen 19, 21 und 22 und damit die Steifigkeit dieser Schläuche eingestellt.
Das Untersystem 58 verbindet den Druckluftschlauch 20 über eine Wartungseinheit 69, die, wie die anderen Wartungseinheiten aus Druckregler, Abscheider und Filter besteht, mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle. Der Druckluftschlauch 20 wird zur Positionsregelung des Oberteils des Schwingungsisolators in Y-Richtung dadurch verwendet, indem mittels des Druckreglers der Wartungseinheit 69 der Druck in dem Druckluftschlauch 20 entsprechend eingestellt wird. Die mit dem Untersystem 58 ermöglichte Positionsregelung ist somit als Druckregelung ausgeführt, d.h., daß für das Erreichen einer gewünschten Position in Y-Richtung die Sollwertvorgabe ein Druckwert ist.
Das in 5b gezeigte Druckluftleitungssystem ist nahezu identisch zu dem der 5a; es unterscheidet sich von dem der 5a nur darin, daß die Positionsregelung des Oberteils des Schwingungsisolators in Y-Richtung als Wegregelung ausgeführt ist. Zu diesem Zweck ist in dem Untersystem 58 zwischen dem Druckluftschlauch 20 und der Wartungseinheit 69 ein Weggeber 70 angeordnet, der im dargestellten Beispiel eine Kolben-2 und Zylindereinheit ist. Im Unterschied zu der Positionsregelung, die mit dem Druckluftleitungssystem der 5a ermöglicht wird, erfolgt die Positionsregelung bei der Ausführungsform gemäß 5b durch eine Wegregelung, bei der mittels des Weggebers 70 ein Sollwert für den Weg vorgegeben wird, um eine gewünschte Position des Oberteils relativ zum Unterteil des Schwingungsisolators durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung des Druckluftschlauches 20 zu erhalten.
Die 6a und 6b zeigen einen Anwendungsfall, bei dem drei Schwingungsisolatoren im Dreieck unter einer Last angeordnet und so ausgerichtet sind, daß ihre Y-Achsen jeweils einen Winkel von 120° zueinander einschließen. Bei der Ausführungsform gemäß 6a wird wie bei der Ausführungsform gemäß 5a einer der Druckluftschläuche, nämlich der Druckluftschlauch 20, für eine druckgeregelte Positionsregelung herangezogen. Die drei anderen Druckluftschläuche 19, 21 und 22 eines jeden Schwingungsisolators sind wie bei der Ausführungsform gemäß 5a an ein gemeinsames Untersystem des Druckluftleitungssystems angeschlossen. Mit der Ausführungsform der 6a läßt sich die Last in X- und Y-Richtung eines auf die Last bezogenen Koordinatensystems genau positionieren, indem eine Positionsregelung der einzelnen Schwingungsisolatoren in X- und Y-Richtung des jeweils ihnen zugeordneten Koordinatensystems durchgeführt wird. Durch Druck- oder Positionsregelung wird nicht nur eine Positionsregelung vorgenommen, sondern Amplitude und Dauer der Relativbewegung reduziert.
Die Ausführungsform der 6b unterscheidet sich von der Ausführungsform der 6a nur dadurch, daß, wie bei der Ausführungsform gemäß 5b, die Positionsregelung als Wegregelung ausgeführt ist. Zu diesem Zweck sind, wie bei der Ausführungsform der 5b, zwischen jedem Druckschlauch 20 und der zugehörigen Wartungseinheit 61, ein jeweiliger Weggeber 70 angeordnet.
In der Praxis wird der erfindungsgemäße Schwingungsisolator meist zusammen mit weiteren identischen Schwingungsisolatoren zwischen einer Maschine oder einer Anlage und einem Fundament oder einem Untergestell verwendet, um von der Maschine oder der Anlage ausgehende Horizontalschwingungen gegenüber dem Fundament oder dem Untergestell oder innerhalb der Maschine zu isolieren oder zu reduzieren und/oder schneller abklingen zu lassen. Die Schwingungsisolatoren dienen auch dazu, von der Umgebung der Maschine oder der Anlage ausgehende Horizontalschwingungen gegenüber der Maschine oder der Anlage zu isolie ren. Der erfindungsgemäße Schwingungsisolator ist daher auch als "horizontaler" Schwingungsisolator zu bezeichnen.
Für diese Verwendungszwecke wird der Schwingungsisolator zwischen der Maschine oder der Anlage und dem Fundament oder dem Untergestell so eingebaut, daß die Last der Maschine oder der Anlage über die obere Platte 5 des Oberteils 2 in das Luftlager 9 eingeleitet wird, das zusammen mit den Luftlagern der anderen Schwingungsisolatoren somit die Aufgabe hat, die Last der Maschine oder der Anlage zu tragen. In Abhängigkeit vom Durchmesser und dem Luftdruck des Luftpolsters des Luftlagers können unterschiedlich schwere Lasten getragen werden. Der Luftspalt 12 zwischen dem oberen Lagerkörper 10 und dem unteren Lagerkörper 11 des Luftlagers 9 beträgt einige μm.
Das Luftlager 9 läßt Relativbewegungen des Oberteils 2 und des Unterteils 3 in horizontaler Richtung zu, wobei die Relativbewegungen durch Horizontalschwingungen der auf dem Oberteil 2 sich abstützenden Last oder durch auf das Unterteil 3 wirkende Horizontalschwingungen der Umgebung oder durch dynamische Kräfte, wie z.B. Lastwechsel der Maschine oder Anlage, veranlaßt sein können. Diesen Relativbewegungen wirkt die Luftfederung 18 durch die Kompression einzelner Druckluftschläuche 19, 20, 21 oder 22 entgegen, die gerade in dem Bereich des Ringspalts sich befinden, dessen Spaltbreite sich durch die Relativbewegungen verringert. Das elastische Wegbegrenzungselement 40 bremst nur im Notfall die Relativbewegungen des Oberteils 2 und des Unterteils 3 vollends ab, sobald es zwischen der ersten und der zweiten zylindrischen Seitenwand zusammengedrückt wird.
Mittels der Druckregler der Wartungseinheiten kann der Druckluftdruck in den Druckschläuchen 19, 20, 21, 22 und dadurch die horizontale Steifigkeit der Luftfederung 18 stufenlos verstellt werden. Aufgrund der geometrischen Anordnung der Druckluftschläuche ist auch eine horizontale Positionierung des Oberteils relativ zu dem Unterteil und damit eine horizontale Posi tionierung der Last möglich. Zudem kann durch die beschriebene Druck- oder Wegregelung noch genauer positioniert werden. Mittels einiger Drosseln läßt sich der Volumenstrom, d.h. der Luftaustausch der jeweils sich gegenüberliegenden Druckschläuche 19, 20; 21, 22 regeln und damit die Dämpfung stufenlos verstellen. Der erfindungsgemäße Schwingungsisolator ermöglicht somit die Einstellung der Eigenfrequenz (ca. 0,7 bis 2,2 Hz) und der Dämpfung (Dämpfungsfaktor ca. 0,05 bis 0,44) im eingebauten Zustand von außen. Sein Betrieb ist weitgehend reibungsfrei, gleichförmig und verschleißarm. Der erfindungsgemäße Schwingungsisolator eignet sich besonders für den Einsatz in Reinräumen, wie sie z.B. in der Halbleiterindustrie anzutreffen sind.
Der erfindungsgemäße Schwingungsisolator kann in Verbindung mit einem weiteren Schwingungsisolator, der Vertikalschwingungen isoliert und/oder dämpft, zwischen der Maschine oder der Anlage und dem Fundament oder einem Untergestell verwendet werden. Der Schwingungsisolatorfür Vertikalschwingungen würde zwischen der Maschine oder der Anlage und der oberen Platte 5 des Oberteil 2 des erfindungsgemäßen Schwingungsisolators angeordnet werden.
Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung viele Änderungen des Schwingungsisolators und/oder des Druckluftleitungssystems möglich sind. So kann z.B. ein weiteres umlaufendes elastisches Wegbegrenzungselement unterhalb der Druckluftschläuche im Ringspalt 17 bei Bedarf vorgesehen sein. Ferner kann anstelle eines Luftlagers auch ein Kugellager oder ein anderes reibungsarmes Lager vorgesehen sein.

Claims

Pneumatischer Schwingungsisolator mit einem Gehäuse (1), das ein eine erste zylindrische Seitenwand (4) aufweisendes Oberteil (2) und ein eine zweite zylindrische Seitenwand (6) aufweisendes Unterteil (3) hat, einer Federeinrichtung (18), die in einem Ringspalt (17) zwischen der ersten und der zweiten zylindrischen Seitenwand (4, 6) angeordnet ist und radial gerichteten Relativbewegungen zwischen dem Oberteil (2) und dem Unterteil (3) entgegenwirkt, einer mit der ersten zylindrischen Seitenwand (4) verbundenen, im wesentlichen sich in Radialrichtung erstreckenden oberen Platte (5), einer mit der zweiten zylindrischen Seitenwand (6) verbundenen, im wesentlichen sich in Radialrichtung erstreckenden unteren Platte (8) und einer zwischen dem Oberteil (2) und dem Unterteil (3) in Axialrichtung wirkenden Stützeinrichtung, die Relativbewegungen des Unterteils (3) und des Oberteils (2) in Radialrichtung zuläßt und in Axialrichtung zwischen der oberen Platte (5) und der unteren Platte (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung ein Lager (9) ist, das einen die obere Platte (5) des Oberteils (2) tragenden oberen Lagerkörper (10) und einen von dem oberen Lagerkörper (10) getrennten unteren Lagerkörper (11) aufweist, der auf der unteren Platte (8) befestigt ist, und die Federeinrichtung eine Luftfederung (18) ist, die an ein Druckluftleitungssystem anschließbar ist, in welchem mindestens ein Druckregler und mindestens eine einstellbare Drossel (29; 48, 53; 66, 67, 68) enthalten sind.
Schwingungsisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftfederung (18) eine oder mehrere von einer flexiblen luftdichten Hülle umgebene Druckluftkammern (19, 20, 21, 22) aufweist, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt im Ringspalt (17) zwischen der ersten und der zweiten zylindrischen Seitenwand (4, 6) angeordnet und jeweils mit dem Druckluftleitungssystem verbindbar sind.
Schwingungsisolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt vier Druckluftkammern (19, 20, 21, 22) vorgesehen sind, die jeweils von einer schlauchförmigen Hülle umgeben sind, die sich im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckt und an einen Druckluftleitungszweig (25, 26, 27, 28) des Druckluftleitungssystems anschließbar ist.
Schwingungsisolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei diametral sich gegenüberliegende Druckluftkammern (19, 20; 21, 22) über jeweils eine einstellbare Drossel (48, 53) in Druckluftverbindung miteinander stehen.
Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Druckluftkammern (19, 20; 21, 22) an ein Untersystem (45,; 58) des Druckluftleitungssystems anschließbar ist, das ein weiteres Untersystem aufweist, an dem die übrigen Druckluftkammern anschließbar sind und die beiden Untersysteme mit jeweils einer Druckuftquelle verbunden sind.
Schwingungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager ein Luftlager (9) ist und der obere Lagerkörper (10) von dem unteren Lagerkörper (11) durch ein Luftpolster getrennt sind.
Schwingungsisolator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Lagerkörper (10) in seiner dem unteren Lagerkörper (11) gegenüberliegenden Oberfläche (14) eine oder mehrere Luftaustrittsöffnungen- oder Kanäle aufweist, die sich am Ende von einem oder mehreren in dem oberen Lagerkörper (10) befindlichen Luftkanälen befinden, die an eine Druckluftquelle über eine Druckluftleitung angeschlossen sind.
Schwingungsisolator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Lagerkörper (11) des Luftlagers (9) aus Granit oder Stahl ist.
Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede flexible luftdichte Hülle der Druckluftkammern (19, 20, 21, 22) ein Gummischlauch ist.
Schwingungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein in Umfangsrichtung verlaufendes elastisches Wegbegrenzungselement (40) im Ringspalt (17) zwischen der ersten und der zweiten zylindrischen Seitenwand (4, 6) angeordnet ist und entweder an der ersten (4) oder der zweiten zylindrischen Seitenwand (6) befestigt ist und von der jeweils anderen Seitenwand (4; 6) einen radialen Abstand hat.
Schwingungsisolator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb und unterhalb der Druckluftkammern (19, 20, 21, 22) je ein elastisches Wegbegrenzungselement (40, 41) angeordnet ist, das sich jeweils in Umfangsrichtung rundherum im Ringspalt (17) erstreckt.
Pneumatischer Schwingungsisolator mit einem Gehäuse (1), das ein eine erste zylindrische Seitenwand (4) aufweisendes Oberteil (2) und ein eine zweite zylindrische Seitenwand (6) aufweisendes Unterteil (3) hat, einer Federeinrichtung (18), die in einem Ringspalt (17) zwischen der ersten und der zweiten zylindrischen Seitenwand (4, 6) angeordnet ist und radial gerichteten Relativbewegungen zwischen dem Oberteil (2) und dem Unterteil (3) entgegenwirkt, einer mit der ersten zylindrischen Seitenwand (4) verbundenen, im wesentlichen sich in Radialrichtung erstreckenden oberen Platte (5), einer mit der zweiten zylindrischen Seitenwand (6) verbundenen, im wesentlichen sich in Radialrichtung erstreckenden unteren Platte (8) und einer zwischen dem Oberteil (2) und dem Unterteil (3) in Axialrichtung wirkenden Stützeinrichtung, die Relativbewegungen des Unterteils (3) und des Oberteils (2) in Radialrichtung zuläßt und in Axialrichtung zwischen der oberen Platte (5) und der unteren Platte (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung ein Lager (9) ist, das einen die obere Platte (5) des Oberteils (2) tragenden oberen Lagerkörper (10) und einen von dem oberen Lagerkörper (10) getrennten unteren Lagerkörper (11) aufweist, der auf der unteren Platte (8) befestigt ist, und die Federeinrichtung eine Luftfederung (18) ist, die an ein Druckluftleitungssystem anschließbar ist, in welchem mindestens eine Regeleinheit aus einem Sensormodul mit elektrischem Anschluß für ein Proportional-Wegeventil enthalten ist, wobei in dem Sensormodul ein Wegaufnehmer, Druck- und Beschleunigungssensor integriert sind.