DE3641179A1 - Hydrostatic or aerostatic bearing - Google Patents

Hydrostatic or aerostatic bearing

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Abstract

In a bearing of this kind, a rotor (1) is rotatably mounted on a stator (2). The rotor (1) is on the one hand rigidly connected by means of an intermediate piece (8) to a rotationally symmetrical bearing element (5) in the form of a ball, the convex bearing surface (6) of which is supported on a corresponding concave bearing surface (7) of the stator (2). On the other hand, the rotor (1) is supported by means of a flat bearing surface (13) on a corresponding bearing surface (14) of the stator (2). The provision of the ball (5) gives this bearing better truth of running (concentricity). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches oder aerostatisches Lager gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.The invention relates to a hydrostatic or aerostatic bearing according to the preamble of the An saying 1.

Derartige Lager werden beispielsweise bei hochge­ nauen Rundtischen und Teilköpfen eingesetzt.Such bearings are, for example, at hochge precise rotary tables and dividing heads.

Aus der US-PS 35 37 763 ist ein Luftlagersystem be­ kannt, bei dem ein Rotor mit zwei rotationssymme­ trischen Lagerelementen fest verbunden ist, deren sphärische Lagerflächen auf korrespondierenden sphä­ rischen Lagerflächen eines Stators gelagert sind. Zur Einstellung optimaler Luftlagerspalte sind die beiden koaxial zentrierten Lagerelemente durch ein Verbindungselement in einem konstanten Abstand starr miteinander verbunden. Die beiden Lagerelemente mit einander zugewandten sphärischen Lagerflächen sind symmetrisch zu einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotors angeordnet. Dieses Luftlagersystem be­ sitzt einen relativ schwierig herzustellenden Stator; zudem ist die Genauigkeit der Herstellung der Lager­ flächen der beiden Lagerelemente begrenzt, so daß die Rundlaufgenauigkeit des Luftlagersystems hohen Genauigkeitsanforderungen nicht immer genügt.From US-PS 35 37 763 an air bearing system be knows, in which a rotor with two rotationally symmetrical trical bearing elements is firmly connected, the spherical bearing surfaces on corresponding spherical Rical bearing surfaces of a stator are stored. To set optimal air bearing gaps are the two coaxially centered bearing elements by one Connection element rigid at a constant distance connected with each other. The two bearing elements with are spherical bearing surfaces facing each other symmetrical to a plane perpendicular to the axis of rotation arranged of the rotor. This air storage system be sits a relatively difficult to manufacture stator;  also the accuracy of the manufacture of the bearings areas of the two bearing elements limited, so that the concentricity of the air bearing system is high Accuracy requirements are not always sufficient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydro­ statisches oder aerostatisches Lager anzugeben, das einfacher in der Herstellung ist und eine verbesser­ te Rundlaufgenauigkeit aufweist.The invention has for its object a hydro static or aerostatic bearing to indicate that is easier to manufacture and an improvement te concentricity.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the kenn Drawing features of claim 1 solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Vereinfachung im Aufbau und in der Herstellung ein preiswertes Lager geschaffen wird. Da der Stator nur eine trotz höchster Genauigkeit einfach herzustellende planare Lagerfläche sowie eine konkave Lagerfläche aufweist, deren Genauig­ keitsanforderungen unkritisch sind, bereitet die Her­ stellung des Stators keine fertigungstechnischen Schwierigkeiten. Da dieses Lager zwei voneinander un­ abhängige Lagerstellen besitzt, von denen die eine Lagerstelle in Form der beiden planaren Lagerflächen des Rotors und des Stators eine Tragefunktion besitzt und nur die andere Lagerstelle in Form der beiden nichtplanaren sphärischen Lagerflächen des Rotors und des Stators die Rundlaufeigenschaft bestimmt, läßt sich die Rundlaufgenauigkeit des vorgeschlage­ nen Lagers wesentlich verbessern.The advantages achieved with the invention exist in particular that the simplification in Construction and manufacture of an inexpensive warehouse is created. Because the stator is only one despite the highest Accuracy of easy to manufacture planar storage area and has a concave bearing surface, the accuracy requirements are not critical, the company prepares position of the stator no manufacturing Difficulties. Since this camp two of each other un has dependent bearings, one of which Bearing point in the form of the two planar bearing surfaces the rotor and the stator has a carrying function and only the other depository in the form of the two non-planar spherical bearing surfaces of the rotor and the stator determines the concentricity, the runout accuracy of the suggested NEN camp significantly improve.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.Advantageous developments of the invention can be seen the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention is based on the drawing explained in more detail.

In der Figur ist in einem Querschnitt ein aerosta­ tisches Lager in einem Rundtisch dargestellt. Das Lager weist einen rotationssymmetrischen Rotor 1 auf, der an einem rotationssymmetrischen Stator 2 drehbar gelagert ist. Die ebene Oberfläche 3 des Rotors 1 dient zur Aufnahme eines Werkstücks 4, das vermessen oder bearbeitet werden soll.In the figure, an aerostatic table in a rotary table is shown in a cross section. The bearing has a rotationally symmetrical rotor 1 which is rotatably mounted on a rotationally symmetrical stator 2 . The flat surface 3 of the rotor 1 serves to hold a workpiece 4 that is to be measured or machined.

Der Rotor 1 ist an seiner Unterseite zum einen mit einem rotationssymmetrischen Lagerelement 5 in Form einer Kugel starr verbunden, deren konvexe sphärische Lagerfläche 6 an einer im Stator 2 zentrisch angeord­ neten konkaven sphärischen Lagerfläche 7 gelagert ist, die die untere Hälfte der Kugel 5 umgibt. Zur starren Verbindung der Kugel 5 mit dem Rotor 1 ist ein zylin­ derförmiges Zwischenstück 8 in Form eines Gewinde­ bolzens am einen Ende in nicht gezeigter Weise - bei­ spielsweise durch Kleben oder durch Verschraubung - an der Oberseite der Kugel 5 befestigt und greift am anderen Ende mit seinem Gewinde in eine durchgehende zentrische Gewindebohrung 9 im Rotor 1 ein. In einem gewissen Abstand über dem Zwischenstück 8 ist in der Gewindebohrung 9 des Rotors 1 noch eine Gewinde­ scheibe 10 vorgesehen, die über zwei Schrauben 11 mit dem Zwischenstück 8 verbunden ist. Der vom Zwischenstück 8 nicht belegte Teil der oberen Hälfte der Kugel 5 wird von einer Lagerschale 12 umgeben, die mit dem Stator 2 in nicht gezeigter Weise ver­ schraubt ist und die eine konkave sphärische Lager­ fläche 7 a aufweist, die mit der konvexen sphärischen Lagerfläche 6 des Lagerelements 5 korrespondiert. The rotor 1 is connected at its underside on the one hand with a rotationally symmetrical bearing member 5 in the form of a ball rigidly with its convex spherical bearing surface is mounted on a centrally angeord Neten in the stator 2 concave spherical bearing surface 7 6, which surrounds the lower half of the ball. 5 For rigid connection of the ball 5 with the rotor 1 is a cylin-shaped intermediate piece 8 in the form of a threaded bolt at one end in a manner not shown - for example by gluing or screwing - attached to the top of the ball 5 and engages with the other end its thread into a continuous central threaded bore 9 in the rotor 1 . At a certain distance above the intermediate piece 8 , a threaded washer 10 is also provided in the threaded bore 9 of the rotor 1 , which is connected to the intermediate piece 8 by two screws 11 . The part of the upper half of the ball 5 which is not occupied by the intermediate piece 8 is surrounded by a bearing shell 12 which is screwed to the stator 2 in a manner not shown and which has a concave spherical bearing surface 7 a , which has the convex spherical bearing surface 6 of the bearing element 5 corresponds.

Der Rotor 1 ist zum anderen mit einer kreisring­ förmigen planaren Lagerfläche 13 auf einer kreis­ ringförmigen planaren Lagerfläche 14 des Stators 2 gelagert; die beiden korrespondierenden planaren Lagerflächen 13, 14 sind konzentrisch zum Lagerele­ ment 5 angeordnet.The rotor 1 is mounted on the other hand with an annular planar bearing surface 13 on a circular annular planar bearing surface 14 of the stator 2 ; the two corresponding planar bearing surfaces 13 , 14 are arranged concentrically to the bearing element 5 .

Zum Einstellen optimaler Luftlagerspalte zwischen der konvexen Lagerfläche 6 des Lagerelements 5 und den korrespondierenden konkaven Lagerflächen 7, 7 a des Stators 2 und der Lagerschale 12 sowie zwischen der planaren Lagerfläche 13 des Rotors 1 und der korrespondierenden planaren Lagerfläche 14 des Stators 2 für den Betriebszustand werden das Zwi­ schenstück 8 und die Gewindescheibe 10 über die beiden Schrauben 11 gemeinsam mittels eines nicht gezeigten Einstellwerkzeugs bei gelockertem Zustand der beiden Schrauben 11 verdreht; nach dem Einstell­ vorgang werden die beiden Schrauben 11 festgezogen, so daß ein eventuelles Gewindespiel zwischen dem Zwischenstück 8 und der Gewindebohrung 9 des Rotors 1 ausgeschaltet wird; es ergibt sich somit eine starre Verbindung zwischen dem Lagerelement 5 und dem Rotor 1.To set optimal air bearing gaps between the convex bearing surface 6 of the bearing element 5 and the corresponding concave bearing surfaces 7 , 7 a of the stator 2 and the bearing shell 12 and between the planar bearing surface 13 of the rotor 1 and the corresponding planar bearing surface 14 of the stator 2 for the operating state the inter mediate piece 8 and the threaded washer 10 are rotated together via the two screws 11 by means of an adjusting tool, not shown, when the two screws 11 are loosened; after the adjustment process, the two screws 11 are tightened so that any thread play between the intermediate piece 8 and the threaded bore 9 of the rotor 1 is turned off; this results in a rigid connection between the bearing element 5 and the rotor 1 .

In der planaren Lagerfläche 14 des Stators 2 sind gleichmäßig peripher verteilte Luftdüsen 15 vorge­ sehen, die in einen gemeinsamen Ringkanal 16 im Stator 2 münden; der Ringkanal 16 ist mit einer ex­ ternen Luftdruckleitung 17 verbunden. Desgleichen ist auch die konkave Lagerfläche 7 des Stators 2 mit gleichmäßig peripher verteilten Luftdüsen 18 ver­ sehen, die im Stator 2 in einen gemeinsamen Ring­ kanal 19 münden, der mit einer weiteren externen Luftdruckleitung 20 verbunden ist. Zusätzlich kann in der planaren Lagerfläche 14 des Stators 2 neben den Luftdüsen 15 noch ein peripherer Vakuumkanal 21 vorgesehen sein, der mit einer externen Vakuumlei­ tung 22 verbunden ist.In the planar bearing surface 14 of the stator 2 uniformly peripherally distributed air nozzles 15 are easily seen, which open into a common ring channel 16 in the stator 2 ; the ring channel 16 is connected to an ex-internal air pressure line 17 . Likewise, the concave bearing surface 7 of the stator 2 is seen with uniformly peripherally distributed air nozzles 18 , which open into the stator 2 in a common ring channel 19 which is connected to a further external air pressure line 20 . In addition, in the planar bearing surface 14 of the stator 2, in addition to the air nozzles 15 , a peripheral vacuum channel 21 can also be provided, which is connected to an external vacuum line 22 .

Während die beiden planaren Lagerflächen 13, 14 des Rotors 1 und des Stators 2 eine Tragefunktion auf­ weisen, kommt den Lagerflächen 6, 7, 7 a des Lager­ elements 5 und des Stators 2 eine Rundlauffunktion zu.While the two planar bearing surfaces 13 , 14 of the rotor 1 and the stator 2 have a carrying function, the bearing surfaces 6 , 7 , 7 a of the bearing elements 5 and the stator 2 have a concentricity function.

Die hohe Rundlaufgenauigkeit dieses Lagers ist darin begründet, daß die planaren Lagerflächen 13, 14 des Rotors 1 und des Stators 2 sowie die konvexe Lager­ fläche 6 der Kugel 5 die mit größter Genauigkeit herstellbaren Flächen sind. Bei der Kugel 5 kommt noch die Möglichkeit hinzu, durch Rundheitsmessungen die günstigste Drehachse mit den geringsten Rundheits­ abweichungen auszusuchen und diese günstigste Dreh­ achse der Kugel 5 mit der Drehachse des Rotors 1 bei der starren Verbindung des Rotors 1 mit der Kugel 5 zusammenfallen zu lassen. Die konkaven Lagerflächen 7, 7 a des Stators 2 und der Lagerschale 12 können durch Drehen, feinoptisches Schleifen oder durch Abformen hergestellt werden; die Rundheitsgenauig­ keit dieser konkaven Lagerflächen 7, 7 a des Stators, 2 und der Lagerschale 12 ist gegenüber der Rundheits­ genauigkeit der konvexen Lagerfläche 6 der Kugel 5 für die Rundlaufgenauigkeit dieses Lagers von geringerer Bedeutung.The high concentricity of this bearing is due to the fact that the planar bearing surfaces 13 , 14 of the rotor 1 and the stator 2 and the convex bearing surface 6 of the ball 5 are the surfaces that can be produced with the greatest accuracy. In the case of the ball 5 there is also the possibility of choosing the cheapest axis of rotation with the smallest roundness deviations by roundness measurements and allowing this cheapest axis of rotation of the ball 5 to coincide with the axis of rotation of the rotor 1 in the rigid connection of the rotor 1 with the ball 5 . The concave bearing surfaces 7 , 7 a of the stator 2 and the bearing shell 12 can be produced by turning, fine-optical grinding or by molding; the roundness accuracy of these concave bearing surfaces 7 , 7 a of the stator, 2 and the bearing shell 12 is less important than the roundness of the convex bearing surface 6 of the ball 5 for the concentricity of this bearing.

Die Einstellung der Vorspannung zwischen den planaren Lagerflächen 13, 14 des Rotors 1 und des Stators 2 erfolgt durch das oben beschriebene Verstellen des Zwischenstücks 8 und/oder gegebenenfalls durch eine entsprechende Einstellung des Unterdrucks zwischen den planaren Lagerflächen 13, 14 des Rotors 1 und des Stators 2 mittels des Vakuumkanals 21.The pretension between the planar bearing surfaces 13 , 14 of the rotor 1 and the stator 2 is adjusted by adjusting the intermediate piece 8 described above and / or, if appropriate, by correspondingly adjusting the negative pressure between the planar bearing surfaces 13 , 14 of the rotor 1 and the stator 2 by means of the vacuum channel 21 .

In nicht gezeigter Weise kann das Lagerelement durch eine Kugel gebildet sein, die mit dem Rotor direkt starr verbunden ist. Der Stator enthält zwei Lager­ schalen mit zwei konkaven Lagerflächen, die zur Er­ zielung optimaler Luftlagerspalte zwischen der kon­ vexen Lagerfläche der Kugel und den beiden konkaven Lagerflächen der beiden Lagerschalen im Stator ein­ stellbar angeordnet sind.In a manner not shown, the bearing element can a ball can be formed that directly with the rotor is rigidly connected. The stator contains two bearings bowls with two concave bearing surfaces leading to the Er aiming for optimal air bearing gaps between the con vexen bearing surface of the ball and the two concave Bearing surfaces of the two bearing shells in the stator are arranged adjustable.

Anstelle der beiden sphärischen Lagerflächen des Rotors und des Stators können in nicht dargestellter Weise der Rotor und der Stator auch korrespondierende kegelförmige Lagerflächen aufweisen.Instead of the two spherical bearing surfaces of the The rotor and the stator can be shown in a manner not shown Way the rotor and the stator also corresponding have conical bearing surfaces.

Das vorgeschlagene Lager kann auch hydrostatisch betrieben werden.The proposed bearing can also be hydrostatic operate.

Claims (11)

1. Hydrostatisches oder aerostatisches Lager, bei dem ein Rotor an einem Stator drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß einmal der Rotor (1) mit einem rotationssymmetrischen Lagerelement (5) starr verbunden ist, dessen nichtplanare Lager­ fläche (6) an einer korrespondierenden nichtplana­ ren Lagerfläche (7) eines Stators (2) gelagert ist, und daß zum anderen der Rotor (1) mit einer plana­ ren Lagerfläche (13) auf einer planaren Lagerfläche (14) des Stators (2) gelagert ist.1. Hydrostatic or aerostatic bearing, in which a rotor is rotatably mounted on a stator, characterized in that once the rotor ( 1 ) with a rotationally symmetrical bearing element ( 5 ) is rigidly connected, the non-planar bearing surface ( 6 ) on a corresponding non-plana Ren bearing surface ( 7 ) of a stator ( 2 ) is mounted, and that on the other hand, the rotor ( 1 ) with a planar bearing surface ( 13 ) is mounted on a planar bearing surface ( 14 ) of the stator ( 2 ). 2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (5) mit einer sphärischen Lager­ fläche (6) in einer korrespondierenden sphärischen Lagerfläche (7) des Stators (2) gelagert ist.2. Bearing according to claim 1, characterized in that the bearing element ( 5 ) with a spherical bearing surface ( 6 ) in a corresponding spherical bearing surface ( 7 ) of the stator ( 2 ) is mounted. 3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement mit einer kegelförmigen Lager­ fläche in einer korrespondierenden kegelförmigen Lagerfläche des Stators gelagert ist.3. Bearing according to claim 1, characterized in that the bearing element with a conical bearing surface in a corresponding conical Storage area of the stator is stored. 4. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Lagerfläche (6) des Lagerelements (5) konvex und die sphärische Lagerfläche (7) des Sta­ tors (2) konkav ausgebildet ist. 4. Bearing according to claim 2, characterized in that the spherical bearing surface ( 6 ) of the bearing element ( 5 ) is convex and the spherical bearing surface ( 7 ) of the gate ( 2 ) is concave. 5. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (5) durch eine Kugel gebildet ist, die mit dem Rotor (1) durch ein Zwischenstück (8) starr verbunden ist.5. Bearing according to claim 1, characterized in that the bearing element ( 5 ) is formed by a ball which is rigidly connected to the rotor ( 1 ) by an intermediate piece ( 8 ). 6. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (8) aus einem Gewindebolzen be­ steht, der am einen Ende an der Kugel (5) befestigt ist und am anderen Ende mit seinem Gewinde in eine zentrale Gewindebohrung (9) des Rotors (1) eingreift.6. Bearing according to claim 5, characterized in that the intermediate piece ( 8 ) consists of a threaded bolt, which is attached at one end to the ball ( 5 ) and at the other end with its thread in a central threaded bore ( 9 ) of the rotor ( 1 ) intervenes. 7. Lager nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Gewindebohrung (9) des Rotors (1) in einem Abstand vom Zwischenstück (8) eine Gewindescheibe (10) vorgesehen ist, die über Schrauben (11) mit dem Zwischenstück (8) verbunden ist.7. Bearing according to claims 5 and 6, characterized in that in the threaded bore ( 9 ) of the rotor ( 1 ) at a distance from the intermediate piece ( 8 ) a threaded washer ( 10 ) is provided, which via screws ( 11 ) with the Intermediate piece ( 8 ) is connected. 8. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die planaren Lagerflächen (13, 14) des Rotors (1) und des Stators (2) rotationssymmetrisch zum Lager­ element (5) angeordnet sind.8. Bearing according to claim 1, characterized in that the planar bearing surfaces ( 13 , 14 ) of the rotor ( 1 ) and the stator ( 2 ) are arranged rotationally symmetrically to the bearing element ( 5 ). 9. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die planare Lagerfläche (14) des Stators (2) mit peripher verteilten Luftdüsen (15) und die konkave Lagerfläche (7) des Stators (2) mit peripher ver­ teilten Luftdüsen (18) versehen ist.9. Bearing according to claim 8, characterized in that the planar bearing surface ( 14 ) of the stator ( 2 ) with peripherally distributed air nozzles ( 15 ) and the concave bearing surface ( 7 ) of the stator ( 2 ) with peripherally distributed air nozzles ( 18 ) is. 10. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die planare Lagerfläche (14) des Stators (2) zu­ sätzlich mit einem peripheren Vakuumkanal (21) ver­ sehen ist. 10. Bearing according to claim 8, characterized in that the planar bearing surface ( 14 ) of the stator ( 2 ) is additionally seen with a peripheral vacuum channel ( 21 ). 11. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement durch eine Kugel gebildet ist, die mit dem Rotor direkt starr verbunden ist, daß der Stator zwei Lagerschalen mit zwei konkaven Lagerflächen aufweist und daß die Lagerschalen im Stator einstellbar angeordnet sind.11. Bearing according to claim 1, characterized in that the bearing element is formed by a ball, which is rigidly connected directly to the rotor that the stator two bearing shells with two concave Has bearing surfaces and that the bearing shells in Stator are arranged adjustable.
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