DE2732303C2

DE2732303C2 - Pneumostatic outlet throttle bearing

Info

Publication number: DE2732303C2
Application number: DE19772732303
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Phys. Dr.-Ing. 7771 Frickingen Langenbeck
Original assignee: Kollmorgen Technologies Corp
Current assignee: Kollmorgen Corp
Priority date: 1977-07-16
Filing date: 1977-07-16
Publication date: 1986-02-13
Also published as: DE2732303A1

Description

Das in F i g. 1 dargestellte Lager besteht aus dem Ringkörper 1, der am Umfang eine Nut 2 mit Kreis-Querschnitt, Radius R1, aufweistThe in Fig. The bearing shown in FIG. 1 consists of the ring body 1, which has a groove 2 with a circular cross-section, radius R 1, on the circumference

Am Umfang sind mindestens zwei Lagerschuhe 3 angeordnet, die einzeln durch Schrauben ? zugestellt werden können und im Inneren durch Kugeln 4 verkippbar abgestützt sind, was an sich bekannte Technologie istAt least two bearing shoes 3 are arranged on the circumference, which are individually screwed ? can be delivered and are supported tiltable inside by balls 4, which is known technology

Die Abstützung der Lagerschuhe 3 durch die KugelnThe support of the bearing shoes 3 by the balls

4 und die Stüizschraube 7 sowie das Übertragungsglied4 and the support screw 7 and the transmission link

5 erfolgt an einer Stelle, an der der Lagerschuh 3 sowohl um den Radius R1 (kleiner Radius) als auch um den Radius R 2 (großer Rsdius) kippen kann. Bei Verwendung von drei Stützstellen ergeben sich die bekannten Vorteile der Dreipunktlagerung.5 takes place at a point at which the bearing shoe 3 can tilt both around the radius R 1 (small radius) and around the radius R 2 (large Rsdius). If three support points are used, the known advantages of the three-point mounting result.

Eine weitere Eigenschaft der beschriebenen Lagerung besteht darin, daß die Hochgenauigkeitsführung am äußersten Umfang der rotierenden Scheibe erfolgt und daß der Benutzungsbereich, sei es für tInen in Umdrehung versetzten Diamanten, sei es für eine diamantbelegte Innenlochsäge, an einem kleineren Umfang liegt Bei eventuell trotz Luftlagerung noch auftretenden Schwingungen wird hierdurch die absolute Auslenkung am Ort der Bearbeitung verkleinertAnother property of the storage described is that the high-precision guide takes place on the outermost circumference of the rotating disk and that the area of use, be it for tines in rotation offset diamonds, be it for a diamond-coated inner diameter saw, on a smaller circumference In the event of vibrations still occurring despite air storage, this results in the absolute deflection scaled down at the place of processing

Eine wettere konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lagerung ist die Art des Antriebs, der zugleich als Bremse benutzt werden kann. Dieser Antrieb ist voll mit der Lagerung integriert, was bei der Verwendung von Luftlagern ohnehin die angestrebte Ausführungsform des Antriebs ist Es wird, wie in F i g. 1 dargestellt, ein Scheibenläufer 8 verwendet, der in bekannter Weise durch einen Linearmotor 9 in Umdrehung versetzt wird. Da bei Netzfrequenz die Verwendung von Linearvorschub-Motoren eine Geschwindigkeit von 1,5 m/Sek. im Synchronlauf ergibt, muß u.U. der Durchmesser des Scheibenläufers 8 der gewünschten Drehzahl angepaßt werden. Wo dies nicht möglich ist, kann die Antriebsvorrichtung auch mit Frequenzumformer betrieben werden. Dieser bekannte Wirbelstrom-Antrieb unter Verwendung des Scheibenläufers 8 ermöglicht das Anbringen von mechanischen Bremsen, die im praktischen Betrieb erforderlich sind. Es hat sich erwiesen, daß die Bremsung eines Ringlagers mit großer Masse auf elektrischem Wege allein nur unzureichend möglich ist Die Restbremsung bis zum Stillstand erfolgt zweckmäßigerweise über eine mechanische Klauenbremse. Diese Ausführungsform ist in den Figuren nicht dargestelltA more severe structural design of the storage according to the invention is the type of drive that can also be used as a brake. This drive is fully integrated with the bearing, which is the desired embodiment of the drive anyway when using air bearings. As shown in FIG. 1, a disc armature 8 is used, which is set in rotation in a known manner by a linear motor 9. Since at mains frequency the use of linear feed motors has a speed of 1.5 m / sec. results in synchronous operation, the diameter of the disc armature 8 may have to be adapted to the desired speed. Where this is not possible, the drive device can also be operated with a frequency converter. This known eddy current drive using the disk armature 8 enables the application of mechanical brakes, which are required in practical operation. It has been shown that the braking of a ring bearing with a large mass by electrical means alone is only insufficiently possible. The remaining braking until it comes to a standstill is expediently carried out by means of a mechanical claw brake. This embodiment is not shown in the figures

In F i g. 2 sind mögliche Ausführungsformen der Lagersehuhe 3 dargestellt Wie bei den bekannten flachen und auch konischen Lagerschuhen, müssen die Oberflächen der Lauffläche und des Schuhes einander angepaßt sein. Im vorliegenden Fall besteht eine mögliche Ausführungsform des Lagerschuhes 3 darin, daß sowohl Radius R1 als auch Radius R 2 den entsprechenden Werten des scheibenförmigen Rotors gleich sind. Durch geringfügiges Zurücksetzen des Lagerschuhes 3 ergibt sich hierbei ein in beiden Richtungen sichelförmig verlaufender Raum, der für die Luft die erforderliche Tasehe bildet In einer weiteren Ausführungsform wird der Radius Λ 2 am Schuh kleiner gewählt, damit die Ausbildung der Tasche in Umfangsrichtung mehr hervorgehoben werden kann. Die Art der Lagerung ist hierbei eine sogenannte Auslaßdrossel-Lagerung.In Fig. 2 possible embodiments of the bearing shoes 3 are shown. As in the case of the known flat and also conical bearing shoes, the surfaces of the running surface and of the shoe must be adapted to one another. In the present case, one possible embodiment of the bearing shoe 3 consists in that both the radius R 1 and the radius R 2 are equal to the corresponding values of the disk-shaped rotor. By slightly resetting the bearing shoe 3, there is a crescent-shaped space in both directions, which forms the necessary bag for the air . The type of storage is a so-called outlet throttle storage.

Das Neuartige der beschriebenen Ausführungsform besteht darin, daß der Lagerschuh aufgrund seiner zweiachsigen sphärischen Krümmung die Lagerfunktion in radialer und axialer Richtung übernimmtThe novelty of the described embodiment is that the bearing shoe due to its biaxial spherical curvature, the bearing function in takes over radial and axial direction

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 2 The manufacture of large-area wafers is extremely demanding: a delicate and costly process, although today diameters of 100, 125 and even 150 mm are

1. Pneumostatisches, in radialer und axialer Rieh- aus wünschenswert angenommen werden müssen. Bei tung tragendes Auslaßdrossel-Lager für eine schei- 5 einer Dicke von nur 0,3 mm müssen diese Scheiben hinbenförmige Welle in einem Gehäuse, in welches mit sichtlich Ebenheit, Mikrorauhigkeit und Freiheit von dem Luftspalt entsprechendem radialen Abstand Einzeldefekten wie Porenkratzern und Riefen, höchsten drei oder mehrere Lagerglieder kippbar nach Art Anforderungen genügea1. Pneumostatic, in radial and axial Rieh- must be assumed to be desirable. at outlet throttle bearing for a disk with a thickness of only 0.3 mm, these disks have to be in the form of a shaft in a housing, in which with visible flatness, micro-roughness and freedom from The radial distance corresponding to the air gap, individual defects such as pore scratches and grooves, at the highest three or more bearing links tiltable according to type requirements meet a

der mehrflächigen Kippsegment-Lager eingesetzt Es ist bekannt, daß Luftlagerung vorteilhaft einge-of the multi-surface tilting segment bearings used. It is known that air bearings are advantageously used

sind, welche ihrerseits Gasdurchlässe zu dem durch io setzt wird, um bei der schleifenden Bearbeitung, hier diese gasgefüllten Ringspalt zwischen Kippsegmen- mittels einer Innenlochsäge, eine Oberfläche zu erhalten und Welle aufweisen, durch den die Welle gela- ten, die infolge der Vorteile der Luftlagerung so glatt ist, gert ist, und die Lagerung der Welle durch die toroi- daß man von einem Opierschliff spricht Der Wegfall dische Fläche sowohl in axialer als auch in radialer von Abrollschwingungen, Ratterschwingungen oder Richtung durch nur eine einzige zusammenhängen- is auch antriebsseitig bedingten Schwingungen ist absolut de Lauffläche gegeben ist, dadurch gekenn- erforderlich, um eine Oberfläche zu erhalten,die prakz : i c h η e t, daß die Segmente Lagerschuhe mit der tisch die notwendige Nachpolitur zum Erzeugen eines scheibenförmigen Welle einen sphäroidischen Spalt Hochglanzes nur noch in ganz geringem Umfang und sowohl in Wellenumfangrichtung als auch gleichzei- möglichst ohne Materialverlust erfordert tig über eine Winkelzone von mindestens 170° senk- 20 Ein anderes Anwendungsbeispiel sind ringförmige recht zur Umfangrichtung — also in Mantellinien- Lager, deren innerer axialer Durchgang so groß ist, daß richtung der Welle — bilden, wobei die Lauffläche sie über Walzenkörper zum Zwecke deren Bearbeitung der rotierbaren Welle eine toroidförmige Räche mit hinweggeschoben werden können. Zur spanabhebennach außen weisendem Radius bildet den oder schleifenden Bearbeitung übernimmt hierbeiare, which in turn sets gas passages to the one through io, in order to be used in the grinding process, here this gas-filled annular gap between tilting segments - using an inner diameter saw to obtain a surface and have a shaft through which the shaft runs, which is so smooth due to the advantages of the air bearing, gert is, and the bearing of the shaft by the toroi- that one speaks of an opierschliff the omission dical surface both in the axial and in the radial from rolling vibrations, chatter vibrations or Direction due to only one related vibration caused by the drive is absolute de running surface is given, thereby marked required to obtain a surface that is precisely: i c h η e t that the segments bearing shoes with the table the necessary polishing to produce a disc-shaped shaft a spheroidal gap high gloss only to a very small extent and required both in the circumferential direction of the shaft and at the same time, if possible without any loss of material 20 Another application example is ring-shaped right to the circumferential direction - that is, in surface line bearings, the inner axial passage of which is so large that direction of the shaft - form, the running surface they over roller bodies for the purpose of their processing the rotatable shaft can be pushed away with a toroidal area. For the cutting radius pointing outwards, the or grinding machining takes over here

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- 25 das ringförmige Lager die Umdrehung, während die net, daß die scheibenförmige Welle mit einem aus- Walze stationär bleibt Das Verfahren bietet große Vorreichend großen axialen inneren Durchgang verse- teile, weil unwuchtbedingte Schwingungen bei der WaI-hen ist, so daß sie zum Zweck der Bearbeitung von ze entfallen.2. Bearing according to claim 1, characterized gekennzeich- 25 the annular bearing the revolution, while the The process offers large, sufficiently large axial inner passages, because vibrations caused by unbalance are present in the process, so that they are omitted for the purpose of machining tools.

Walzenkörpern über diese hinweggeschoben wer- Es handelt sich also hier um Anwendungen, bei denenRoller bodies are pushed over these. It is therefore about applications in which

den kann. 30 die Belastungsrichtung überwiegend radial ist, währendcan. 30 the load direction is predominantly radial, while

3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- in axialer Richtung eine geringere Last auftritt Bekannt net, daß die scheibenförmige Welle an ihrem Um- sind Segmentlager und Mehrflächen-Gleitlager, bei defang mit einer Nut mit kreisförmigem Querschnitt nen jede einzelne Fläche separat vorgespannt wird. Bei versehen ist den bekannten Lagern dieser Bauart werden jedoch zu-3. Bearing according to claim 1, characterized in that a lower load occurs in the axial direction The fact that the disk-shaped shaft is around its segment bearing and multi-surface plain bearing, with defang with a groove with a circular cross-section, each individual surface is preloaded separately. at the known bearings of this type are provided, however,

35 meist zwei Lagerflächen verwendet, wie z. B. bei den35 mostly two storage areas are used, such as B. at the

Wellenlagern mit zwei konischen Ringflächen, die sowohl nach außen wie nach innen weisen können. Bei der Ausführung nach der Erfindung eines ringför-Shaft bearings with two conical ring surfaces that can point both outwards and inwards. In the execution according to the invention of a ring conveying

Die Erfindung bezieht sich auf ein pneumostatisches, migen Lagers wird nur eine einzige rotationssymmetriin radialer und axialer Richtung tragendes Auslaßdros- 40 sehe Lagerfläche verwendet, die leicht in hoher Präzisel-Lager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. sion mit einfachen Mitteln herzusteilen ist und die inThe invention relates to a pneumostatic, moderate bearing, only a single rotationally symmetrical outlet throttle bearing surface in the radial and axial direction is used, which is easy to manufacture in high precision bearings according to the preamble of claim 1. sion with simple means and which in

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine geeignete statisch bestimmter Lage nur in einer Richtung zustellpneumostatische Lagerung zur Aufnahme radialer und bare Lagerschuhe erfordertThe object of the invention is to provide a suitable, statically determined position that requires pneumatic delivery support in only one direction to accommodate radial and bare bearing shoes

axialer Lasten bei gleichzeitig höchster Anforderung an Es ist zwar bekannt sphärische Kalottenlager zuraxial loads at the same time with the highest demands on it is known spherical spherical bearings for

den Ruhiglauf bei höheren Drehzahlen und an die Ge- 45 Aufnahme radialer und zugleich axialer Lasten zu vernauigkeit des Lagers zu schaffen. Diese Aufgabe wird wenden. Abweichend hiervon und doch unter Beibehalgemäß den kennzeichnenden Teilen des Anspruchs 1 tung der Vorteile sphärischer Geometrie trägt bei dem gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus Lager nach der Erfindung eine Scheibe an ihrem Umden Unteransprüchen. In DE-OS 21 58 179 wurde be- fang eine Nut mit kreisförmigem Querschnitt In die reits ein Gleitlager beschrieben, das eine teilweise hohl- 50 Toroidnut tauchen Luftlagerschuhe ein, wobei der Luftkugelförmige Fläche in gleitender Berührung mit einer spalt zwischen Lagerschuh und Scheibe in Umfangsteilweise kugelförmigen Lagerfläche aufweist; die Flä- wie in Tangentialrichtung kreisbogenförmig ist ehe der Lagerschale ist mit einem Dichtsteg ausgerüstet Durch diese Geometrie können bei dem Lager nachTo create the smooth running at higher speeds and to the capacity of the bearing to accommodate radial and at the same time axial loads. This task will turn. Notwithstanding this, and yet while retaining the characterizing parts of claim 1 direction of the advantages of spherical geometry contributes to the Advantageous further developments result from the bearing according to the invention, a disk at its subclaims. In DE-OS 21 58 179 a groove with a circular cross-section was caught in the already described a sliding bearing, which has a partially hollow 50 toroidal groove dipping air bearing shoes, wherein the air-spherical surface in sliding contact with a gap between the bearing shoe and disk in the peripheral partially spherical bearing surface; the surface is like a circular arc in the tangential direction before the bearing shell is equipped with a sealing bar

der einen Flächenbereich umgibt, welcher zur Aufnah- der Erfindung die Vorteile der Abstützung durch sphärime der Lagerlast mit einem Hochdruckmedium beauf- 55 sehe Kalotten voll genutzt werden. Es sei darauf hingeschlagtwird. wiesen, daß dieser Vorteil darin besteht, daß bei derwhich surrounds a surface area which, in order to accommodate the invention, fully utilizes the advantages of support by spherical bearing load with a high pressure medium. Let it be struck. showed that this advantage is that in the

Das Lager nach der Erfindung besteht notwendiger- Paarung sphärischer Flächenabschnitte die für die Luftweise aus einem Gehäuse mit der darin drehbar ange- lager-Funktion wichtige Taschenbildung selbsttätig erordneten Scheibe. Unter Anwendung bekannter Tech- folgt, d. h., die Auslaßdrosselung erfolgt an der Periphenik sind im Gehäuse Stützstellen zur Aufnahme von 60 rie der segmentförmigen Lagerschuhe, kippbaren Lagersegmenten vorgesehen, wobei die Zu- Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich ausThe bearing according to the invention consists of a necessary pairing of spherical surface sections and the disk, which is automatically arranged for the air mode from a housing with the pocket formation, which is important for the bearing function so that it can rotate therein. Using known technology, i. i.e. the outlet is throttled at the periphery, there are support points in the housing to accommodate 60 rows of the segment-shaped bearing shoes, tiltable bearing segments are provided, with the additional details of the invention emerge from

fuhr des Druckmediums zum Lagerspalt durch die am der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungs-Umfang verteilten Lagerstellen erfolgt. beispiele sowie der Zeichnungen.drove the pressure medium to the bearing gap through the bearing points distributed on the following description of some execution scope. examples as well as the drawings.

Die Verwendung eines ringförmigen Lagers soll hier F i g. 1 zeigt in Querschnitt und Ansicht das scheiben-The use of an annular bearing is intended here in FIG. 1 shows in cross section and view the disk

besonders anhand der Herstellung großflächiger Silizi- 65 förmige Lager mit toroidförmigem Lagerspalt um-Wafer, dem heute wesentlichen Ausgangsprodukt F i g. 2 stellt die Geometrie der Lagerschuhe dar.especially on the basis of the production of large-area silicon-shaped bearings with a toroidal bearing gap um wafer, today's essential starting product F i g. 2 shows the geometry of the bearing shoes.

bei der Herstellung von Halbleitern und integrierten F i g. 3 zeigt eine mögliche Lösung zum Antrieb desin the manufacture of semiconductors and integrated F i g. 3 shows a possible solution for driving the

Schaltungen, beschrieben werden. Lagers.Circuits to be described. Camp.