DE9421536U1

DE9421536U1 - Aerostatisches Lager

Info

Publication number: DE9421536U1
Application number: DE9421536U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-10
Filing date: 1994-10-10
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2004-10-11

Description

Bei aerostatischen Lagern wird Luft mit Hilfe einer externen Druckluftquelle über eine oder mehrere Drosselstellen (Düsen) in den Lagerspalt zwischen den beiden Lagerflächen gedrückt. Auf diese Weise wird ein Luftpolster geschaffen, in dem ein so hoher Luftdruck herrscht, daß eine Last von diesem getragen werden kann. Der Druck fällt im Lagerspalt vom Düsendruck p_± am Düsenrand zum Umgebungsdruck Pa am Lagerrand rasch ab. Deshalb muß zur Erhöhung der Tragfähigkeit die Anzahl der Düsen vergrößert werden. Dem steht jedoch eine wirtschaftliche Fertigung im Wege. Abhilfe schaffen Kammern und Kanäle um die einzelnen Düsen, die zur Verteilung der Luft im Lagerspalt und damit zur Erhöhung der Tragkraft dienen; sie sind nach strömungstechnischen Gesichtspunkten dimensioniert. Von Nachteil ist das sogenannte Totvolumen dieser Kammern und Kanäle, das die Neigung der Lager zu selbsterregten Schwingungen erhöht.

Sehr viele einzelne Mikrodüsen besitzen sogenannte poröse Lager, bei denen das Lagermaterial porös und damit für Luft durchlässig ist. Im allgemeinen sind diese luftdurchlässigen Stellen gleichmäßig über die Lagerfläche verteilt, so daß man ein einheitliches Druckprofil über den gesamten Lagerspalt erhält und damit eine hohe Tragkraft. Liegt bei diesen Lagern der engste Querschnitt der Mikrodüsen nicht unmittelbar in der Lagerfläche, so erhält man wie bei Düsenlagern mit Kammern und Kanälen ein für den dynamischen Betrieb ungünstiges Totvolumen. Aus diesem Grund wurden Verfahren entwickelt, bei denen das poröse Material an der Lagerfläche bis in eine gewisse Schichttiefe entweder gezielt verdichtet wird (DE-PS 43 39 648) oder aber vollständig verschlossen wird (US-PS 5 110 520, DE-PS 32 30 232), um diese Schicht anschließend wieder definiert zu öffnen. Die erforderlichen Prozesse sind insgesamt gesehen schwer zu beherrschen, insbesondere, wenn bestimmte Strömungswiderstände der Drosselschicht eingestellt werden sollen und zugleich eine gleichmäßige Verteilung der Drosselstellen über der Lagerfläche erreicht werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem geringen fertigungstechnischen Aufwand ein aerostatisches Lager zu schaffen, das gute statische sowie dynamische Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Anzahl der Düsen in der Lagerfläche so groß ausgeführt werden kann, daß die guten statischen

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Eigenschaften eines aerostatischen Lagers aus porösem Werkstoff näherungsweise erreicht werden. Weiterhin können die guten dynamischen Eigenschaften eines oberflächenverdichteten porösen Lagers dadurch erreicht werden, daß sich der engste Querschnitt der Düsen unmittelbar an der Lagerfläche befindet. Gemäß der Erfindung werden also mit einem geringen fertigungstechnischen Aufwand die Vorteile der verschiedenen aerostatischen Lagertypen nutzbar.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Bohren der Düsen mittels eines Lasers auch bei ungünstigen geometrischen Verhältnissen, wie z.B. bei Zylinderlagern mit kleinem Durchmesser möglich ist.

Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch die gezielte Materialschwächung im Bereich der Düsen die Herstellung der Düsen mittels eines Lasers durchgeführt werden kann, bei dem sich durch die Steuerung des Laserstrahls beim Bohren der Löcher auf einfache Weise die Strömungswiderstände in der Lagerfläche mit einer hohen Reproduzierbarkeit einstellen lassen. Dadurch kann der Luftverbrauch einer Einzeldüse so niedrig gehalten werden, daß eine große Anzahl Düsen für eine hohe statische Tragkraft eingebracht werden kann, ohne daß der Gesamtluftverbrauch der Lager derart hoch ausfällt, daß ein wirtschaftlicher Betrieb aufgrund der Betriebskosten nicht mehr möglich ist. Weiterhin kann durch die Bearbeitungsrichtung, nämlich von der Lagerrückseite her, und eine gezielte Energiezufuhr durch den Laserstrahl erreicht werden, daß die Düsen unmittelbar an der Lagerfläche ihren engsten

Querschnitt besitzen und an der Lagerseite gratfrei sind, so daß eine Nachbearbeitung der Lagerfläche zur Einhaltung der Form- und Oberflächentoleranzen entfallen kann.
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Durch die Bearbeitung mittels Laser lassen sich nahezu beliebige Verteilungen der Düsen in der Lagerfläche erreichen, um die Lager an bestimmte Belastungsfälle anpassen zu können.

Die vorgeschlagenen Verfahren ermöglichen eine automatisierte Fertigung. Die Produktionskosten können so niedrig gehalten werden, daß der Einsatz für Großserien möglich wird.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Figur 1 ein erfindungsgemäß ausgestaltetes aerostatisches Lager,

Figur 2 einen Ausschnitt aus Figur 1,

Figur 3 eine der in Figur 2 dargestellten Düse im Detail und

Figur 4 einen Ausschnitt eines weiteren aerostatischen Lagers.

Das aerostatische Lager gemäß Figur 1 ist ein kombiniertes Axial- und Radiallager. Der Lagerkörper 1 weist eine axiale Ringnut 2a sowie zwei radiale Nuten 2b, 2c auf, durch die eine gezielte Verringerung der Materialstärke im Bereich der Löcher 3 - welche die Düsen bilden - erreicht wird. In diese gezielt geschwächten Bereiche werden die kegelig geformten Löcher 3 am Umfang verteilt mit einem Laser von der Lagerrückseite 4a, 4b in die Lagerflächen 5a, 5b gebohrt. Der Lagerkörper 1 sitzt in einem Ring 6, mit einer Zuführöffnung 7, über die die Luftzufuhr erfolgt. Die Welle 8 wird somit von einer axial und zwei radial angeordneten Lochreihen auf Luftpolstern getragen. 15

Der in Figur 2 dargestellte Ausschnitt zweier Löcher 3 zeigt, daß in die Lager fläche 5a von der Rückseite 4a aus mehrere flächig verteilt angeordnete Löcher 3 durch eine gezielte Energiezufuhr des Laserstrahls gratfrei gebohrt werden können, so daß diese nicht mehr nachbearbeitet werden muß. Die Löcher 3 sind kegelig geformte Mikrolöcher, die mit ihrem engsten Querschnitt an der Lagerfläche 5a die Düsen des aerostatischen Lagers bilden. 25

In Figur 3 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Loches 3 im Detail dargestellt. Die Energiezufuhr des Laserstrahls ist dabei derart gesteuert, daß am Locheintritt 3a, also auf der Lagerrückseite 4a ein hoher Grat 3b zur Verlängerung der Drosselstelle und damit zur Verringerung von Strömungsturbulenzen entsteht und am Lochaustritt 3c, also an der Lagerfläche 5a ein Grat zur Vermeidung einer Nachbearbeitung verhindert wird. 35

In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Lagerkörper 1 weist ebenfalls im Bereich der Löcher 3 Nuten 2d und 2e auf. Der Unterschied zu dem vorher beschriebenen Beispiel besteht darin, daß die Nuten Durchbrüche bilden. Die geringe Materialstärke im Bereich der Löcher 3 wird durch ein separates Bauteil in Form einer dünnen Metallfolie 9 gebildet. Die Löcher 3 können vor dem Aufbringen der Metallfolie 9 auf den Lagerkörper 1 durch Laserstrahlbohren eingebracht werden, oder nach erfolgter Verbindung beider Körper 1 und 9. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil/ daß der Lagerkörper 1 selbst nur relativ grob bearbeitet werden muß, er kann beispielsweise ein Gußteil oder ein Sinterkörper sein.

Die Erfindung ist auch bei Linearlagern mit Erfolg einsetzbar.

Claims

» t &diams; · Prof.Dr.-Ing. Joachim Heinzl 21. November 1995 Dipl.-Ing. Michael Muth Dipl.-Ing. Bernd Schulz Ansprüche

1. Aerostatisches Lager mit mehreren Mikrolöchern (3) als Düsen, wobei der Bereich unmittelbar um die Mikrolöcher (3) eine dünne Materialstärke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher (3) in diesem dünnen Bereich mittels eines Laserstrahls von der Rückseite (4a, 4b) der Lagerfläche (5a, 5b, 5c) her eingebracht sind und einen kegeligen Querschnitt aufweisen, wobei der engste Querschnitt unmittelbar an der Lagerfläche (5a, 5b, 5c) liegt.

2. Aerostatisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher (3) in den Lagerkörper (1) eingebracht sind, wobei der La-

•(5 gerkörper (1) in unmittelbarer Umgebung der Mikrolöcher (3) eine gezielte MaterialSchwächung aufweist.

3. Aerostatisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolöcher (3) in ein separates dünnes Bauteil (9) eingebracht sind, wobei dieses Bauteil (9) eine Lagerfläche (5c) bildet und mit einem Lagerkörper (1) verbunden ist, der Öffnungen (2d, 2e) zur Speisung der Düsen aufweist, die einen größeren Querschnitt als die Mikrolöcher (3) besitzen.

4. Aerostatisches Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet/ daß das dünne Bauteil eine Metallfolie (9) ist.

5. Aerostatisches Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhr zu den Löchern (3) von der Seite (3a) mit dem größten Durchmesser erfolgt, und daß die Löcher (3) auf dieser Seite (3a) einen die Länge der Löcher verlängernden Grat (3b) aufweisen.