DE3725854A1 - Luftkissen-lagerschuh - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftkissen-Lagerschuh, der in der Lage ist, eine Last zu tragen, die auf einer im wesentlichen ebenen Führungsfläche mit geringer Reibung be­ wegbar sein soll.

Es sind Luftkissen-Lagerschuhe bekannt mit einer Gleitfläche, die mit der Führungsfläche zusammenwirken kann, und mit Mit­ teln zur Zuführung und Verteilung von Druckluft zwischen diesen Flächen, derart, daß ein tragendes Luftkissen zwischen den Flächen selbst erzeugt wird. Solche Lagerschuhe finden überwiegend Anwendung in Präzisionssystemen, z.B. Meßmaschi­ nen, Positioniersystemen usw., in denen die Reibungskräfte zwischen den in Relativbewegung befindlichen Teilen die Ge­ nauigkeit und die Dynamik beeinträchtigen. Systeme der erwähn­ ten Art benötigen im allgemeinen Stoppmittel zwischen den in Relativbewegung befindlichen Teilen, da die alleinige Unter­ brechung der Druckluftzufuhr zu den Schuhen nicht ausreicht, eine stabile unmittelbare und präzise Positionierung zwischen diesen Teilen sicherzustellen.

Solche Stoppmittel, von mechanischer oder elektromagnetischer Art, bestehen in der Regel aus einer von den Lagerschuhen getrennten Einheit. Aufgrund der Abmessungen der Lagerschuhe und der Stoppeinheit bedingt dies einen relativ großen Raum­ bedarf. Außerdem braucht man mehr Schuhe und/oder Stoppein­ heiten, wenn man zwei Kräftesysteme (Trage- bzw. Stoppkräfte) erhalten will, deren jeweilige Resultierende eine gemeinsame Wirkungslinie besitzen. Diese Bedingung ist nämlich notwendig, damit das System einer reinen Kraft (Trage-oder Stoppkraft abhängig vom Überwiegen der einen der beiden Resultierenden) unterliegt, die in einer Ebene senkrecht zu den das Luftkissen begrenzenden Flächen einwirken, d.h. ohne störende Momente.

Aufgabe der Erfindung ist es also, einen Luftkissen-Lagerschuh anzugeben, dessen Stoppmittel in den Schuh selbst integriert sind und der somit die erwähnten Nachteile zu beseitigen erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Luftkissen-La­ gerschuh mit mindestens einer Gleitfläche, die unter geringer Reibung über eine Führungsfläche gleiten soll, und mit Mitteln zur Zuführung und Verteilung von Druckluft, die ein tragendes Luftkissen zwischen der Gleitfläche und der Führungsfläche erzeugen, dadurch gelöst, daß Magnetmittel vorgesehen sind, die eine Anziehungskraft zwischen dem Schuh und der Führungs­ fläche erzeugen, und daß das Luftkissen eine resultierende Kraft wirksam werden läßt, die der Anziehungskraft entgegen­ gerichtet ist und diese übersteigt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele mithilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines Luftkissen-Lagerschuhs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung von unten.

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt im Detail durch den Schuh gemäß Fig. 1 entlang der Linie III-III.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht eines eine zweite Ausführungsform der Erfindung bildenden Luftkissen-Lagerschuhs.

Fig. 5 ist ein Schnitt entlang der Linie V-V aus Fig. 4.

Fig. 6 ist ein vergrößerter Schnitt eines Details aus Fig. 4 entlang der Linie VI-VI.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Luftkissen-Lagerschuh 1 ge­ zeigt, der am unteren Bereich eines schematisch in unterbro­ chenen Linien angedeuteten Elements 15 befestigt ist, das auf einer Führungsfläche 4 entlang bewegt werden soll.

Der Schuh 1 enthält einen im wesentlichen zylindrischen Körper 2, dessen glatte Unterseite als Gleitfläche 3 ausgebildet ist, die mit der entsprechenden Führungsfläche 4 zusammenwir­ ken kann. Ein zentraler Bereich 5 der Gleitfläche 3 besitzt vier um jeweils 90° versetzte Löcher 6, die im Inneren des Körpers 2 mit einem in radialer Richtung in eine Seitenfläche 8 des Körpers 2 eingebrachten Sackloch 7 in Verbindung stehen. Das Sackloch 7 besitzt eine mit Gewinde versehene Mündung 9, die dicht mit einem Gewindestopfen 10 verschlossen ist. Das Sackloch steht mit einem weiteren Loch 11 in Verbindung, das in axialer Richtung in eine flache Oberseite 12 des Körpers 2 eingebracht ist. Ein Druckluftstecker 13, beispielsweise ein Schnellkopplungsstecker, ist in eine mit Gewinde versehene Mündungszone des Lochs 11 eingeschraubt und stellt die Ver­ bindung des Schuhs 1 mit einem Druckluftversorgungskreis über eine flexible Leitung 14 her, die nur teilweise gezeigt ist.

In jedes der Löcher 6 ist eine Hülse 17 mit kalibriertem Innendurchmesser hineingepreßt, und zwar derart, daß sie bezüglich der Gleitfläche leicht zurückgesetzt ist und einen schmalen Auslaßbereich 6 a jedes Lochs freiläßt.

Die Gleitfläche besitzt weiter vier Gruppen von je drei Kavi­ täten oder Taschen 18 runder Form und trapezförmigem Quer­ schnitt, die in der Nähe des Randes der Gleitfläche 3 verteilt angeordnet sind, derart, daß die mittlere Tasche 18 jeder Gruppe von drei Taschen in radialer Flucht mit einem zugeor­ dneten Loch 6 liegt, während die beiden Seitentaschen 18 winkelmäßig gleich weit entfernt zu beiden Seiten der erstge­ nannten Tasche liegen. Jedes Loch 6 ist mit der zugeordneten Gruppe von drei Taschen 18 über eine Nut 19 verbunden, die in radialer Richtung von dem Bereich 6 a des Loches selbst ausgeht und nach einem kurzen Abschnitt in drei Zweige übergeht, die zu den drei Kavitäten führen. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, ist es günstig, diese Nut mit einem V-förmigen Querschnitt zu versehen.

Die Gleitfläche 3 hat weiter vier Aushöhlungen 20 einer läng­ lichen rechteckigen Form, die je in radialer Richtung zwischen zwei benachbarten Gruppen dreier Taschen 18 und der zugeord­ neten Nuten 19 liegen. Diese Aushöhlungen 20 nehmen Permanent­ magnete 12 einer solchen Form auf, daß die Oberfläche 22 jedes Magneten 21 die von dem Schuh 1 nach außen zeigt, in derselben Ebene wie die Gleitfläche 3 liegt. Insbesondere enthält jeder Magnet 21 äußere Wände 24, die in Kontakt mit entsprechenden Wänden der Aushöhlung 20 aus Weicheisenlamellen stehen, und einen Innenbereich 25, der aus Elektromagneten 26 eines bekannten Typs alternierend mit Weicheisenlamellen 27 besteht.

In den Fig. 4 und 5 ist ein zweiter Luftkissen-Lagerschuh 1′ dargestellt. Nachfolgend werden dieselben Bezugszeichen für gleiche oder entsprechende Teile wie im ersten Ausfüh­ rungsbeispiel verwendet.

Der Schuh 1′ besitzt einen aus zwei Teilen 2 a und 2 b bestehen­ den zylindrischen Körper 2. Der obere Teil 2 a, in Form einer kreisförmigen Platte, besitzt eine ringförmige Rille 31 eines im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitts, die in die Unter­ seite 32 des oberen Teils 2 a eingeschnitten ist. Ein Druck­ luftanschluß 13, beispielsweise ein Schnellkopplungsstecker, ist in ein durchgehendes Loch 3 eingeschraubt, das in axialer Richtung bis in die ringförmige Rille 31 reicht und den An­ schluß des Schuhs 1 an die Druckluftversorgung über eine Leitung 14 erlaubt, deren Ende dargestellt ist. Der obere Teil 2 a enthält außerdem zwei Ringnuten 34 und 35, die zur ringförmigen Rille 31 konzentrisch sind und zu beiden Seiten dieser Rille liegen. In diesen Nuten sitzen Dichtungsringe 36 und 37.

Der untere Teil 2 b hat ebenfalls die Form einer kreisförmigen Platte und besitzt am Rand nach oben zeigende Verlängerungen 38, innerhalb deren der obere Teil 2 a so angeordnet ist, daß die ringförmige Rille 31 in Verbindung mit der ihr gegenüber­ liegenden Oberseite 39 des unteren Teils 2 b eine Ringkammer 40 begrenzt.

Die beiden Teile 2 a und 2 b sind über eine Vielzahl von gleich­ mäßig über den Umfang verteilten Schrauben außerhalb der Dichtung 37 miteinander verbunden.

Eine Gleitfläche 3 des Schuhs 1′, die mit einer Führungsfläche 4 zusammenwirken kann, besitzt drei Aushöhlungen 20 mit je­ weils 120° Winkelabstand, in denen Permanentmagneten 21 voll­ kommen gleicher Art wie für den Schuh 1 beschrieben angeordnet sind. Die Gleitfläche 3 besitzt weiter mehrere Querlöcher 42, die mit der Ringkammer 40 in Verbindung stehen und in Randbe­ reichen 43 der Gleitfläche zwischen den Magneten 21 gleich­ mäßig verteilt angeordnet sind.

In einen Auslaßbereich 44 jedes Lochs 42 ist eine zylindrische Hülse 45 eingesetzt, die im einzelnen in Fig. 6 zu sehen ist. Diese Hülse 45 besitzt ein Innenloch 46 mit einem Bereich 47 eines kalibrierten kleinen lichten Durchmessers. Dieser Be­ reich geht in eine äußere Kavität 48 der Hülse 45 über, die im wesentlichen die Form einer sich zur Gleitfläche 4 öffnen­ den Kugelkalotte besitzt.

Die Wirkungsweise des oben beschriebenen Schuhs 1 ist folgen­ de:

Solange keine Druckluft zugeführt wird, sitzt der Schuh 1 aufgrund der Permanentmagnete 21 auf der Führungsfläche 4 fest. Sobald die Druckluft eingeschaltet wird, gelangt diese von der Leitung 14 durch den Stecker 13 und das Sackloch 7 in die Löcher 6 und wird von diesen durch die Nuten 19 auf die Taschen 18 verteilt.

Solange die Gleitfläche 3 auf der Führungsfläche 4 aufsitzt, bilden die Nuten 19 Druckluftkanäle, die zu den geschlossenen Kammern führen, die durch die Taschen 18 und die diesen ge­ genüberliegenden Bereiche der Führungsfläche 4 gebildet wer­ den. Die kalibrierten Hülsen 17 sichern die richtige Vertei­ lung der Druckluft zu den verschiedenen Taschen 18. Die Ge­ samtfläche der Taschen ist so gewählt, daß der in diesem Bereich wirksam werdende Luftdruck eine resultierende Kraft nach oben auf den Schuh 1 ausübt, die ausreicht, um die An­ ziehungskraft der Magnete 21 zu überwinden und eine erste Trennung des Schuhs 1 von der Führungsfläche 4 herbeizuführen. Danach ist die vom Magneten 21 ausgeübte Anziehungskraft deutlich geringer.

Nach dieser Trennung bildet sich ein im wesentlichen konstan­ tes Luftkissen geringer Dicke zwischen den Flächen 3 und 4 aufgrund de kontinuierlichen Luftströmung vom Zentrum zur Peripherie des Schuhs. Dadurch verringert sich die Gleitrei­ bung des Schuhs 1 auf der Führungsfläche 4 bis auf die Resul­ tierende der Strömungskräfte, die zwischen der Gleitfläche 3 und dem Luftkissen ausgetauscht werden, so daß der Schuh 1 auf der Führungsfläche 4 schon aufgrund von sehr schwachen Querkräften bewegt werden kann.

Das Anhalten des Schuhs ergibt sich praktisch verzögerungsfrei durch die Magneten 21, indem lediglich die Zufuhr von Druck­ luft gesperrt wird.

Die Wirkungsweise des Schuhs 1′ ist vollkommen dieselbe. In diesem Fall ist die Funktion der Taschen 18 durch die Kavitä­ ten 48 der Hülsen 45 ersetzt und die Verteilung der Druckluft erfolgt im Inneren durch die Ringkammer 40.

Der Schuh 1 erfordert Führungsflächen 4 mit hoher Oberflächen­ qualität, da Oberflächenunregelmäßigkeiten (Erhöhungen, Ver­ tiefungen) den Fluß der Druckluft durch die Nuten 19 wegen derer geringen Tiefe deutlich verändern, so daß die Druckluft ungleichmäßig in die verschiedenen Taschen 18 gelangt.

Dagegen kann der Schuh 1′ auf Führungsflächen 4 mit verhält­ nismäßig großer Rauhheit verwendet werden. Da die Verteilung der Luft zwischen den verschiedenen Löchern 42 innerhalb des Schuhs 1′ erfolgt, wird sie durch die Oberflächengüte der Führungsfläche 4 in keiner Weise beeinflußt. Wenn eines der Löcher 42 mit einer Unregelmäßigkeit der Oberfläche fluchtet, dann wird die Höhe des Abhebens verändert, aber da diese Erscheinung nur ein einziges Loch betrifft, ergibt sich daraus keine merkbare Störung der Wirkungsweise des Schuhs 1′.

Aus der obigen Beschreibung ergeben sich ohne weiteres die durch die vorliegende Erfindung erzielten Vorteile. Zum einen besitzen die Schuhe 1 und 1′ ihre eigenen Stoppmittel und benötigen somit keine zusätzlichen Stoppeinheiten. Ihre Ab­ messungen sind gering. Weiter ergibt sich aus der symmetri­ schen Anordnung der Schwebe- und Stoppmittel eine resultie­ rende Kraft, die rein vertikal ist und deren Wirkungslinie mit der senkrechten Achse der Schuhe 1 und 1′ zusammenfällt.

Die Erfindung ist nicht auf die beiden dargestellten bevor­ zugten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann die Form der Schuhe 1 und 1′ anders als kreisförmig sein. Die Form, Anzahl und Anordnung der Taschen 18 oder der Kavitäten 48, der Nuten 19 und der Magnete 21 kann ebenfalls ebenso wie die Anzahl und Anordnung der Löcher 6 oder 42 variiert werden. Schließ­ lich können die Permanentmagnete 21 durch Elektromagnete ersetzt werden.

Claims (15)

1. Luftkissen-Lagerschuh mit mindestens einer Gleitfläche, die unter geringer Reibung über eine Führungsfläche gleiten soll, und mit Mitteln zur Zuführung und Verteilung von Druck­ luft, die ein tragendes Luftkissen zwischen der Gleitfläche und der Führungsfläche erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß Magnetmittel (21) vorgesehen sind, die eine Anziehungskraft zwischen dem Schuh (1, 1′) und der Führungsfläche (4) erzeu­ gen, und daß das Luftkissen eine resultierende Kraft wirksam werden läßt, die der Anziehungskraft entgegengerichtet ist und diese übersteigt.

2. Lagerschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Mittel eine Vielzahl von Magneten (21) auf­ weisen.

3. Lagerschuh nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (21) Permanentmagnete sind.

4. Lagerschuh nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (21) in entsprechenden Aushöhlungen (20) in der Gleitfläche (3) angeordnet sind.

5. Lagerschuh nach einem beliebigen der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zuführung und Verteilung von Druckluft (6, 7, 15, 18, 19; 40, 42) min­ destens eine Düse (6, 17; 42, 45) aufweisen, die in der Gleit­ fläche (3) angeordnet ist.

6. Lagerschuh nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (6, 17; 42, 45) ein Loch (6; 42), das in der Gleit­ fläche (3) ausgebildet ist und mit einer Druckluftzuführungs­ kammer (7; 40) in Verbindung steht, und eine kalibrierte Hülse (17; 45) aufweist, die in diesem Loch (6) sitzt.

7. Lagerschuh nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Düsen (6, 17) in einem zentralen Bereich (5) der Gleitfläche (3) angeordnet sind.

8. Lagerschuh nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittel zur Zuführung und Verteilung von Druckluft (6, 7, 13, 18, 19) eine Vielzahl von Kavitäten (18) besitzen, die in der Nähe des Randes der Gleitfläche (3) angeordnet sind und mit der Düse (16, 17) über entsprechende Nuten (19) in der Gleitfläche (3) in Verbindung stehen.

9. Lagerschuh nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kavitäten (18) kreisförmig sind und einen Trapezquerschnitt besitzen.

10. Lagerschuh nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (19) einen V-förmigen Querschnitt besitzen.

11. Lagerschuh nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zahlreiche Düsen (42, 45) vorgesehen sind, die um die Gleitfläche (3) entlang mindestens eines randnahen Umkreises winkelmäßig verteilt angeordnet sind.

12. Lagerschuh nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Druckluftversorgungskammer (40) und den Düsen (42, 45) im Inneren des Schuhs (1′) erfolgt.

13. Lagerschuh nach einem der Ansprüche 6, 11, oder 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die kalibrierte Hülse (45) eine zur Führungsfläche (44) hin offene Kavität (48) aufweist.

14. Lagerschuh nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kavität (48) die Form einer Kugelkalotte besitzt.

15. Lagerschuh nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß er im unteren Bereich eines Elements (15) befestigt ist, das auf der Führungsfläche (4) bewegbar ist.