DE2722732A1 - Einrichtung fuer die erzeugung eines luftkissens fuer gleit- oder drehkoerper - Google Patents

Einrichtung fuer die erzeugung eines luftkissens fuer gleit- oder drehkoerper

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DE2722732A1
DE2722732A1 DE19772722732 DE2722732A DE2722732A1 DE 2722732 A1 DE2722732 A1 DE 2722732A1 DE 19772722732 DE19772722732 DE 19772722732 DE 2722732 A DE2722732 A DE 2722732A DE 2722732 A1 DE2722732 A1 DE 2722732A1
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Germany
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air
air cushion
chamber
porous
pressure
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DE19772722732
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English (en)
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Albert Dr Lindberg
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Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Original Assignee
Leybold Heraeus GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F16C32/0603Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion
    • F16C32/0614Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings
    • F16C32/0618Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings via porous material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/02Sliding-contact bearings
    • F16C29/025Hydrostatic or aerostatic

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Erzeugung
  • eines Luftkissens für Gleit- oder Drehkörper mit einer mit Druckluft versorgten Kammer, deren Wandungen dort, wo das Luftkissen erzeugt werden soll, oeffnungen für den Durchtritt der Luft aufweist.
  • Luftschmierungen bzw. Luftlagerungen zur Herabsetzung von Reibung sind bekannt.Beispielsweise werden in der Technik hochtourige Präzisionsgeräte, wie z.B. ein Kreisel-Kompaß, in luftgeschmierten Lagern gelagert. Im Bereich der Unterrichtsgeräte sind Luftkissenfahrbahnen und Luftkissentische bekanntgeworden. Luftkissenfahrbahnen können zur Erarbeitung der Gesetze der linearen Mechanik(gleichförmige Bewegung, beschleunigte Bewegung, Impulserhaltung) dienen. Sie bestehen aus einer aus planen Flächen zusammengebauten Unterlage (z.B. Dachkantprisma) und einem oder mehreren dieser Unterlage angepaßten Gleitern. Luftkissentische weisen eine plane horizontale Fläche auf, auf der sich im allgemeinen rotationssymmetrische, aber auch hantelförmige Gleitkörper in zwei Dimensionen horizontal bewegen. Sie dienen z.B. der Erarbeitung der Gesetze der linearen Bewegung einschließlich dem zweidimensionalen Stoß.Schließlich ist auch eine große in einer Kugelschale luftgelagerte Kugellagerkugel zur messenden Beobachtung von Kreiseleffekten bekanntgeworden.
  • Allen diesen Vorrichtungen ist gemeinsam, daß sich in der lagernden Fläche eine Anzahl feiner Bohrungen befindet, aus denen die Schmierluft austritt, sich dann unterhalb des gelagerten Körpers zu dessen Rand hin ausbreitet und dort entweicht. Der Luftdruck in der lagernden Luftschicht muß dabei größer sein als der der Umgebung, damit die von ihm auf den gelagerten Körper ausgeübte Druckkraft ausreicht, diesen zu tragen. Dieser Überdruck wird aufrechterhalten durch ständiges Nachfördern der Schmierluft aus den Luftdüsen, wobei die entweichende Luftmenge begrenzt wird durch die innere Reibung der Luft, die in der tragenden dünnen Luttschicht nur eine Verhältnismäßig kleine Strömungsgeschwindigkeit zuläßt: Der Querschnitt der Düsen und die Druckluftversorgung für die Kammer sind so zu wählen, daß insbesondere im Hinblick auf die häufig große Zahl nicht vom Gleiter belegter Düsen ein ausreichender ueberdruck in der Kammer aufrechterhalten werden kann.
  • Den vorbekannten Einrichtungen für die Erzeugung eines Luftkissens haftet der Nachteil an, daß eine relativ kleine Zahl von die Düsen bildenden Bohrungen mit relativ großem Querschnitt vorhanden ist. Die Bohrungen erzeugen diskrete Luftstrahlen, die den idealen Bewegungsablauf der Gleiter behindern. Diese nachteilige Wirkung könnte durch die Wahl von noch mehr und noch kleineren Bohrungen verringert werden.
  • Einem solchen Ziel sind jedoch Grenzen hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit gesetzt, da eine sehr große Zahl sehr feiner Öffnungen nur sehr schwierig und mit großem Zeitaufwand hergestellt werden kann, was zu einem nicht mehr vertretbaren Preis führt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunae, eine Einrichtung für die Erzeugung eines Luftkissens für Gleit-oder Drehkörper mit einer mit Druckluft versorgten Kammer! deren Wandungen dort, wo das Luftkissen erzeugt werden soll, Öffnungen für den Durchtritt der Luft aufweist, zu schaffen, bei der die beschriebenen nachteiligen Wirkungen nicht mehr auftreten und die dennoch zu einem angemessenen Preis herstellbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die luftdurchlässigen Wandungsteile der Kammer aus porösem Material bestehen. Bei einer Einrichtung dieser Art ist die Anzahl der das Luftkissen erzeugenden Düsen so groß, daß in Bezug auf die Größe des Gleitkörpers nicht mehr von diskreten Luftstrahlen gesprochen werden kann; d.h., die bisher beobachtete Behinderung des gleichmäßigen Bewegungsablaufs ist nicht mehr vorhanden, Weiterhin ist es nicht mehr erforderlich, die luftdurchlässige Wandung mit einer Vielzahl von Bohrungen mit extrem kleinem Querschnitt herzustellen, so daß insgesamt eine erhebliche Kostensenkung erzielt werden kann. im Rahmen der Erfindung können die luftdurchlässigen Wandungsteile von nach der Sintertechnik hergestellten Körpern, z.B, aus Glas und Keramik, gebildet werden. Auch in der Sintertechnik analoger Weise hergestellte Kunststoffkörper (z.B. aus Kunststoffgranulat zusammengebackene Körper) können Verwendung finden. Bekannt sind derartige poröse Materialien aus der Filtertechnik in der chemischen Industrie, wo porige Filtersubstanzen aus Keramik und auf Kunststoffbasis verwendet werden. Alle diese Materialien machen di ; ühsame und zeitaufwendige Einbringung von vielen kleinen Bohrungen in Metall oder Kunststoff überflüssig und sparen somit erheblich an Arbeitszeit.
  • Für die Wahl der Porengröße gilt folgendes: Je feiner die einzelnerS)üsen entsprechend den Poren des Materials sind, desto weniger Luft dringt bei gleichbleibendem KammerdrucK nach außen. Diese Minderförderung kann entweder durch eine entsprechende Porenvervielfachung oder durch Druckerhöhung ausgeglichen werden. Wird die Zahl der Poren erhöht, dann muß diese Zanl sehr viel schneller wachsen, als der Querschnitt der Einzelpore abnimmt. Bei sehr feinen Poren muß folglich, gleichen Grundstoff vorausgesetzt, die Dichte des porösen Werkstoffes und damit letztlich auch seine mechanische Festigkeit abnehmen, so daß der Feinporigkeit nach unten Grenzen gesetzt sind. Außerdem besteht bei extrem kleinen Poren die Gefahr des Zusetzens durch Staubpartikel.
  • Wird andererseits die Porengröße gröber, dann kann die Zahl der Poren reduziert und die Dichte des porösen Körpers angehoben werden. Wenn die Zahl der Poren nicht in dem Maße verringert wird, wie dies von der Porengröße her zulässig ist, dann wird der bedarf an Schmierluft unnötig erhöht und kann damit dem Verfahren eine wirtschaftliche Grenze setzen.
  • Im allgemeinen sind Korngröße und Porengröße miteinander gekoppelt und somit nicht unabhängig voneinander frei wählbar. Das führt dazu, daß für die Konstruktion einer luftgeschmierten Einrichtung stets ein,bptimales Material denkbar ist, wenn man von einem festen Gleitergewicht und von einem festen Kammerüberdruck ausgeht. Schwankungen in der Porigkeit des Materials können durch Veränderung dieser Größen z.B.
  • empirisch kompensiert werden.
  • Im einzelnen können dazu folgende Berechnungshiifen angestellt werden: Eine poröse Trägerplatte mit Fläche F trage mit ihrem Luftpolster einen Gleitr der Fläche f. Durch die Gleitermasse m ist der erforderliche Luftpolsterdruck p bestimmt. Es muß gelten, damit der Gleiter getragen werden kann. Durch den Abstand zwischen Gleiter und Trägerplatte - im allgemeinen ca. 0,1 mm -, den Druck p und den Umfang des Gleiters ist der Luftbedarf l(Liter/Sekunde) des Gleiters bestimmt. Man wird ihn empirisch bestimmen.
  • Der Luftbedarf L der ganzen Trägerplatte ist dann sicher weil an der vom Gleiter nicht bedeckten Trägerfläche (F-f) eine größere Druckdifferenz liegt als an dem bedeckten Teil der Platte.
  • Wenn der Druck unter der Trägerplatte P ist, dann liegt an dem vom Gleiter bedeckten Trägerstück die Druckdifferenz P-p. Sie ist proportional der durch die Trägerfläche f hindurc welieferten Luftmenge 1. Der Proportionalitätsfaktor a ist eine Konstante der Trägerplatte. Es gilt 1 = a . (P-p) . f Der Luftbedarf des nicht bedeckten Trägerplattenteils F-f ist näherungsweise 1, f und F sind gegebene, nicht beeinflussbare Größen. Die einzige beeinflussbare Größe ist der Nenner des zweiten Bruchstriches im Kiammerausdruck. Je größer dieser Nenner, desto kleiner der Luftbedarf. Der Nenner wird umso größer, je größer P gegen p ist.
  • Da F im allgemeinen groß gegen f ist und da, wie man sieht, der zweite Bruchstrich in der Klammer 1 ausfällt, kann auch der Summand 1 in der Klammer vernachlässigt werden. Dann wird Es gibt also einen Mindestluftbedarf 1 Foff, vermehrt um einen Faktor, der nur vom Verhältnis p zu P abhängt. Dieser Korrekturfaktor konvergiert mit wachsendem P gegen 1. Von einem gewissen Midestdruck P an bringt eine weitere Druckerhöhung kaum noch Vorteile im Luftbedarf, ist aber mit erhöntem Aufwand für die Erzeugung des Drucks P verbunden.
  • Für die Luftversorgung ist ein Aufwand zu treiben, der von dem zu liefernden Luftvolumen abhängt, und weiterer Aufwand zu treiben für die Kompression. Bei nicht sehr erheblichen Luftdurchsätzen, um die es sich ja immer handeln wird, kann angenommen werden, daß der Aufwand nicht von der gesamten zu fördernden Luftmasse sondern vom Produkt aus Luftvolumen und Luftdruck abhängt. Die Nachrechnung zeigt, daß dieses Produkt proportional ist zu Für P nur geringfügig größer als p ist dieser Ausdruck sehr groß. Für Drucke P=,)pp ist er proportional P. Es muß irgendwo ein Minimum geben. Dieses Minimum findet man durch Differenzieren dieses Ausdrucks nach P und findet für den Differentialquotienten DisrA sdruck wird Null für 2 p2 - 2 Pp - p2 = O bzw.
  • P = 2 p Unter den Voraussetzungen dieser Rechnung ist es also anzustreben, daß der Arbeitsdruck unter der Trägerplatte gleich zweimal dem für das Tragen des Gleiters erforderlichen Drucks ist. Porösität (Körnung) und Stärke der Trägerplatte ist so zu wählen, daß diese Bedingung etwa erfüllt wird.
  • Starke Abweichungen von dieser Regel werden unnötige Betriebskosten machen.
  • In der Figur ist als Beispiei für eine erfindungsgemäße Einrichtung für die Erzeugung eines Luftkissens ein schematisch dargestellter Luftkissentisch gewählt worden. Dieser Luftkissentisch 1 besteht aus den Seitenwänden 2,3,4 und 5, der Bodenplatte 6 und der oberen Wandung 7, über der ein Luftkissen für den Gleiter 8 erzeugt werden soll. Die genannten Platten bilden mit der Wandung 7 eine Kammer 9, der über die Zuleitung 10 Druckluft in solcher Menge zugeführt wird, daß dort ein bestimmter Überdruck ständig aufrecht erhalten wird.
  • Die Wandung 7 besteht erfindungsgemäß aus porösem Material.
  • Die Porigkeit dieser Wandung und der Druck in der Kammer 9 sind so gewählt, daß die unterhalb desGleiters 8 aus der Wandung 7 austretende Luft ein dem Gleiter 8 tragendes Luftkissen biidet.
  • Leerseite

Claims (7)

  1. Einrichtung für die Erzeuy-ung einesLuftkissens für Gleit- oder Drehkörper AZU'SPHflCHE bEinrichtung für die Erzeugung eines Luftkissens für Gleit- oder Drehkörper mit einer mit Druckluft versorgten Klammer, deren Wandung dort, wo das Luftkissen erzeugt werden soll, Öffnungen für den Durchtritt der Luft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die luftdurchiässigen Wandungsteile (7) der Kammer (9) aus porösem Material bestehen.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die luftdurchlässigen Wandungsteile (7) von nach der Sintertechnik hergestellten Körpern gebildet werden.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die luftdurchlässigen Wandungsteile (7) von aus Glas oder Keramik bestehenden Sinterkörpern gebildet werden.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die luftdurchlässigen Wandungsteile (7j von aus Kunststoff z.B. nach Art der Sintertechnik hergestellten Körpern gebildet werden.
  5. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der chemischen Technik bekannte porige Filtersubstanzen auf der Basis von Glas, Keramik oder Kunststoff Verwendung finden.
  6. 6. Einrichtung nach einemder vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Luftkissentisch, Luftkissenfahrbann oder Luftlager ausgebildet1 ist.
  7. 7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Porösität und Stärke der luftdurchlässigen Wandungsteile so gewählt sind, daß der Druck in der Kammer doppelt so groß ist, wie der für das Tragen des Gleiters erforderliche Druck.
DE19772722732 1977-05-20 1977-05-20 Einrichtung fuer die erzeugung eines luftkissens fuer gleit- oder drehkoerper Withdrawn DE2722732A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3415810A1 (de) * 1983-04-27 1984-10-31 Kb Solving Ky, Jakobstad Luftkissenelement fuer luftkissen-transportgeraet
US7107792B2 (en) 2000-09-14 2006-09-19 Schott Ag Method and device for retaining and transporting flat glass in a contactless manner

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3415810A1 (de) * 1983-04-27 1984-10-31 Kb Solving Ky, Jakobstad Luftkissenelement fuer luftkissen-transportgeraet
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