DE8632304U1 - Hydrostatic or aerostatic bearing - Google Patents
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Description
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• · I· I
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DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 28. April 1988DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 28 April 1988
Hydrostatisches oder aerostatisches LagerHydrostatic or aerostatic bearing
Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches odsr aerostatisches Lager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .The invention relates to a hydrostatic or aerostatic bearing according to the preamble of claim 1.
Derartige Lager werden beispielsweise bei hochgenauen Rundtischen und Teilköpfen eingesetzt.Such bearings are used, for example, in high-precision rotary tables and dividing heads.
In der DE-OS 23 04 241 ist ein hydrostatisches Lager beschrieben, dessen Spindel mittels einer planaren Lagerfläche und einer sphärischen Lagerfläche an korrespondierenden Lagerflächen eines Stators gelagert ist; die beiden Lagerflächen der Spindel werden durch zwei Membranen gebildet. Die die sphärische Lagerfläche bildende Membran ist an einem kegelförmigen Teil der Spindel befestigt und wird durch den Druck des Strömungsmittels zwischen dieser Membran und dem kegelförmigen Teil der Spindel an die korrespondierende konkave sphärische Lagerfläche des Stators angedrückt. Dieses Lager ist relativ aufwendig aufgebaut und die Herstellungsgenauig-DE-OS 23 04 241 describes a hydrostatic bearing whose spindle is supported by means of a planar bearing surface and a spherical bearing surface on corresponding bearing surfaces of a stator; the two bearing surfaces of the spindle are formed by two membranes. The membrane forming the spherical bearing surface is attached to a conical part of the spindle and is pressed against the corresponding concave spherical bearing surface of the stator by the pressure of the fluid between this membrane and the conical part of the spindle. This bearing is relatively complex in construction and the manufacturing accuracy
keit der sphärischen Membran begrenzt.ity of the spherical membrane.
In der US-PS 3,672,733 ist ein hydrostatisches Lager offenbart, bei dem eine Welle mittels einer planaren Lagerfläche und einer spärischen Lagerfläche an korrespondierenden Lagerflächen eines Stators gelagert ist. Die sphärische Lagerfläche wird durch einen Kugelausschnitt gebildet, durch den die Welle hindurchgeht. Die Genauigkeit der Herstellung dieser kreisringförmigen sphärischen Lagerfläche ist jedoch begrenzt.US Patent 3,672,733 discloses a hydrostatic bearing in which a shaft is supported on corresponding bearing surfaces of a stator by means of a planar bearing surface and a spherical bearing surface. The spherical bearing surface is formed by a spherical cutout through which the shaft passes. However, the accuracy of manufacturing this annular spherical bearing surface is limited.
Aus der US-PS 3 537 763 ist ein Luftlagersysteni bekannt, bei dem ein Rotor ir.it zwei rotaticnssymmetrischen Lagerele~.er.ten fest verbunden ist, deren sphärische Lagerflächen auf korrespondierenden sphärischen 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 besitzt einer, relativ schwierig herzustellenden Stator; zudem ist die Genauigkeit der Herstellung der Lagerflächen der beiden Lagerelemente begrenzt, so daß die Rundlaufgenauigkeit des Luftlagersystems hohen Genauigkeitsanforcerungen nicht immer genügt.An air bearing system is known from US-PS 3,537,763, in which a rotor is firmly connected to two rotationally symmetrical bearing elements, the spherical bearing surfaces of which are mounted on corresponding spherical bearing surfaces of a stator. To set optimal air bearing gaps, the two coaxially centered bearing elements are rigidly connected to one another by a connecting element at a constant distance. The two bearing elements with spherical bearing surfaces facing one another are arranged symmetrically to a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor. This air bearing system has a stator that is relatively difficult to manufacture; in addition, the accuracy of the manufacture of the bearing surfaces of the two bearing elements is limited, so that the concentricity of the air bearing system does not always meet high accuracy requirements.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches oder aerostatisches Lager anzugeben, das einfacher in der Herstellung ist und eine verbesserte Rundlaufgenauigkeit aufweist.The invention is based on the object of specifying a hydrostatic or aerostatic bearing which is easier to manufacture and has improved concentricity.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1.
D^e mit der Erfindung gezielten Vorteile bestehenThe advantages targeted by the invention are
'1 insbesondere darin, daß durch die Vereinfachung im'1 in particular that the simplification in the
"i 5 Aufbau und in der Herstellung ein preiswertes Lager "i 5 Structure and manufacture of an inexpensive bearing
;m geschaffen wird. Da der Stator nur eine trotz höchster ; m is created. Since the stator only has one despite the highest
'j. Genauigkeit einfach herzustellende planare Lagerflä-'j. Accuracy easy to manufacture planar bearing surfaces
i?i ehe sowie eine konkave Lagerfläche aufweist, dereni?i ehe and a concave bearing surface whose
'■·, Gtnauigkeitsanforderungen unkritisch sind, bereitet '■·, accuracy requirements are not critical,
.- 10 die Herstellung des Stators keine fertigungstechniöchön.- 10 the manufacture of the stator no manufacturing technology
£ Schwierigkeiten. Da dieses Lager zwei voneinander un-£ Difficulties. Since this camp consists of two separate
&igr;'· abhängige Lagerstellen besitzt, von denen die eine&igr;'· dependent bearings, of which one
* Lagerstelle in Form der beiden planaren Lagerflachen* Bearing in the form of the two planar bearing surfaces
.. des Rotors und des Stators eine Tragefunktion besitzt.. the rotor and the stator have a supporting function
15 und nur die andere Lagerstelle in Form der beiden sphärischen Lagerflächen der Kugel und des Stators
die Rundlauf eigenschaft bestimmt, läßt sich die Rundlaufgenauigkeit des vorgeschlagenen Lagers wesentlich
verbessern.
2015 and only the other bearing point in the form of the two spherical bearing surfaces of the ball and the stator determines the concentricity property, the concentricity of the proposed bearing can be significantly improved.
20
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims.
"ti"ti
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing.
In der Figur ist in einem Querschnitt ein aerostatisches 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.The figure shows a cross-section of an aerostatic bearing in a rotary table. 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 is used 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 angeordneten 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 zylinderförmiges Zwischenstück 8 in Form eines Gewindebolzens am einen Ende in nicht gezeigter Weise - beispielsweise 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 Gewindescheibe 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 verschraubt ist und die eine konkave sphärische Lagerfläche 7a aufweist, die mit der konvexen sphärischen Lagerfläche 6 des Lagerelements 5 korrespondiert.The rotor 1 is rigidly connected on its underside to a rotationally symmetrical bearing element 5 in the form of a ball, the convex spherical bearing surface 6 of which is mounted on a concave spherical bearing surface 7 arranged centrally in the stator 2, which surrounds the lower half of the ball 5. For the rigid connection of the ball 5 to the rotor 1, a cylindrical intermediate piece 8 in the form of a threaded bolt is attached at one end in a manner not shown - for example by gluing or screwing to the top of the ball 5 and engages at the other end with its thread in a continuous: central threaded hole 9 in the rotor 1. At a certain distance above the intermediate piece 8, a threaded disk 10 is provided in the threaded hole 9 of the rotor 1, which is connected to the intermediate piece 8 via two screws 11. The part of the upper half of the ball 5 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 7a which corresponds to the convex spherical bearing surface 6 of the bearing element 5.
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Der Rotor 1 ist zum anderen mit einer kreisringförmigen planaren Lagerfläche 13 auf einer kreisringförmigen planaren Lagerfläche 14 des Stators gelagert; die beiden korrespondierenden planaren Lagerflächen 13, 14 sind konzentrisch zum Lagerelement 5 angeordnet.On the other hand, the rotor 1 is supported by a circular planar bearing surface 13 on a circular planar bearing surface 14 of the stator; 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, 7a des Stators 2 und de-· 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 Zwischenstück 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 Einstellvorgang werden die beiden Schrauben 11 festgezogen, so daß ein eventuelles Gewindespiel zwischen dem Zwischenstück 8 und der Gewindebohrung 9 des Rotors ausgeschaltet wird; es ergibt sich somit eine starre Verbindung zwischen dem Lagerelement 5 und dem Rotor 1.To set the optimal air bearing gaps between the convex bearing surface 6 of the bearing element 5 and the corresponding concave bearing surfaces 7, 7a of the stator 2 and the bearing shell 12 as well as 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 intermediate piece 8 and the threaded disk 10 are rotated together via the two screws 11 using an adjustment 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 hole 9 of the rotor is eliminated; this results in a rigid connection between the bearing element 5 and the rotor 1.
In der planaren Lagerflache 14 des Stators 2 sind gleichmäßig peripher verteilte Luftdüsen 15 vorgesehen, die in einen gemeinsamen Ringkanal- 16 im Stator 2 münden; der Ringkanal 16 ist mit einer externen Luftdruckleitung 17 verbunden. Desgleichen ist auch die konkave Lagerfläche 7 des Stators 2 mit gleichmäßig peripher verteilten Luftdüsen 18 versehen/ die im Stator 2 in einen gemeinsamen Ringkanal 19 münden, der mit einer weiteren externenIn the planar bearing surface 14 of the stator 2, air nozzles 15 are provided which are evenly distributed around the periphery and open into a common ring channel 16 in the stator 2; the ring channel 16 is connected to an external air pressure line 17. Likewise, the concave bearing surface 7 of the stator 2 is also provided with air nozzles 18 which are evenly distributed around the periphery and open into a common ring channel 19 in the stator 2, which is connected to another external
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 Vakuumleitung 22 verbunden ist.Air pressure line 20 is connected. In addition, in the planar bearing surface 14 of the stator 2, next to the air nozzles 15, a peripheral vacuum channel 21 can 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 aufweisen, kommt den Lagerflächen 6, 7, 7a des Lagerelements 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 supporting function, the bearing surfaces 6, 7, 7a of the bearing element 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 Lagerfläche 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 Rundheitsabweichungen auszusuchen und diese günstigste Drehachse 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, 7a des Stators 2 und der Lagerschale 12 können durch Drehen, feinoptisches Schleifen oder durch Abformen hergestellt werden; die Rundheitsgenaui^- keit dieser konkaven LagerflXchen 7, 7a des Stators· 2 und der Lagerschale 12 ist gegenüber der Rundheitsgenauigkeit 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 as well as the convex bearing surface 6 of the ball 5 are the surfaces that can be manufactured with the greatest precision. With the ball 5, there is also the possibility of selecting the most favorable axis of rotation with the smallest roundness deviations by means of roundness measurements and of allowing this most favorable axis of rotation of the ball 5 to coincide with the axis of rotation of the rotor 1 when the rotor 1 is rigidly connected to the ball 5. The concave bearing surfaces 7, 7a of the stator 2 and the bearing shell 12 can be manufactured by turning, fine optical grinding or by molding; The roundness accuracy of these concave bearing surfaces 7, 7a of the stator 2 and the bearing shell 12 is of lesser importance for the concentricity of this bearing than the roundness accuracy of the convex bearing surface 6 of the ball 5.
Die Einstellung der Vorspannung zwischen den planaren Lagerflächen 13, 14 des Rotors 1 und des Stators 2The adjustment of the preload between the planar bearing surfaces 13, 14 of the rotor 1 and the stator 2
• ··· ·····■■ J1 J• ··· ·····■■ Y 1 Y
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.is carried out by adjusting the intermediate piece 8 as described above and/or if necessary by a corresponding adjustment of 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 Lagerschalen mit zwei konkaven Lagerflächen, die zur Erzielung optimaler Luftlagerspalte zwischen der konvexen Lagerfläche der Kugel und den beiden konkaven Lagerflächen der beiden Lagerschalen im Stator einstellbar angeordnet sind.In a manner not shown, the bearing element can be formed by a ball that is directly rigidly connected to the rotor. The stator contains two bearing shells with two concave bearing surfaces that are adjustably arranged in the stator to achieve optimal air bearing gaps between the convex bearing surface of the ball and the two concave bearing surfaces of the two bearing shells.
Das vorgeschlagene Lager kann auch hydrostatisch betrieben werden.The proposed bearing can also be operated hydrostatically.
Claims (8)
(18) versehen sind.6. Bearing according to claims 1 and 5, characterized in that the planar bearing surface (14) of the stator (2) is provided with peripherally distributed air nozzles (15) and the concave bearing surface (7) of the stator (2) is provided with peripherally distributed air nozzles
(18) are provided.
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