DD248849A5

DD248849A5 - Lageraufbauten

Info

Publication number: DD248849A5
Application number: DD86293356A
Authority: DD
Inventors: Anthony B Barnaby
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1985-08-02
Filing date: 1986-08-01
Publication date: 1987-08-19
Also published as: CN86104920A; EP0214729B1; CN1005352B; DK367086D0; GB2178805A; JPH0545802B2; EP0214729A1; RU1771523C; DE3668484D1; JPS6237515A; DK367086A; US4794289A; GB8519460D0; IN165427B

Abstract

Eine vorzugsweise zur Lagerung eines Drehtisches (4) in messtechnischen Einrichtungen bestimmte Lagerkonstruktion umfasst sowohl ein Zapfenlager (34, 36, 38) als auch ein Drucklager (56, 66). Das Zapfenlager besteht aus drei Trockenpolstern (34, 36, 38), von denen das eine (38) radial verstellbar ist. Das Drucklager (56, 66) umfasst ein erstes und ein zweites Luftlager. Die Drehachse des Lagers ist vertikal, und das untere (66) der Luftlager ist weniger steif als das obere (56). Fig. 2

Description

1701656

Lagerkonstruktionen Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft Lagerkonstruktionen und insbesondere, aber nicht ausschließlich, Lagerkonstruktionen für Drehtische mit Werkstückauflage in meßtechnischen Einrichtungen wie Drehmeßtischen (rate tables), VVinkelmeßeinrichtungen und Geräten für die Messung von Profilfehlern einschließlich Rundheit, Geradheit und Oberflächenstruktur.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik;

Es besteht ein dringender Bedarf an einem Genauigkeitslager, zum Beispiel für den Drehtisch mit Werkstückauflage in meßtechnischen Einrichtungen, das eine relativ hohe Belastung aufnehmen kann, steif ist in dem Sinne, daß radiale, axiale und Winkelverschiebungen des durch das Lager getragenen Teils im wesentlichen vermieden werden, geringe Reibung aufweist, so daß das Teil frei drehbar ist, und Schwingungsdämpfung vorsieht. In der Vergangenheit wurden verschiedene Formen von Lagern für meßtechnische Einrichtungen vorgeschlagen. Zum Beispiel wird bei einer Lagerkonstruktion, die im großtechnischen Maßstab

-3.10.86- 3777S7

produziert wird, die senkrecht angeordnete Welle eines Werkstückauflagetisches am unteren Ende mittels eines halbrunden Trockendrucklagers und in der Nähe des oberen Endes mittels eines Zapfens getragen, der trockene, in die zylindrische Oberfläche der Welle eingreifende Polster umfaßt. Bei dieser Trockenlagerkonstruktion besteht das Problem, daß sie nur eine geringe Belastbarkeit besitzt und daß die Welle länger sein muß, als es für die Sicherung der erforderlichen Genauigkeit erwünscht ist.

ölhydrostatische Lacjer wurden ebenfalls vorgeschlagen. Bei einem Beispiel eines solchen Lagers wird Öl kontinuierlich in den Raum zwischen konischen Flächen an der Welle und einem umgebenden festen Halteteil gepumpt. Obwohl dieser Lagertyp hohe Belastungen aufnehmen kann, ist er sehr teuer, da er eine beträchtliche Menge an Zusatzausrüstungen wie eine Pumpe, einen Ölbehälter und dazugehörige Rohrleitungen erfordert.

Es werden auch Luftlager verwendet, aber diese sind instabil, so daß in meßtechnischen Einrichtungen große Konizitätsfehler besonders dann auftreten würden, wenn die Last in bezug auf die Drehachse des Werkstückauflagetisches versetzt ist.

Ziel der Erfindung:

Mit der Erfindung sollen die aufgezeigten Mängel des Standes der Technik beseitigt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Nach einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird ein Verbundlager zur Verfügung gestellt, bei dem erste und zweite Elemente zum Zwecke der relativen Drehbewegung gelagert werden, wobei ein Lager eines ersten Typs dazu vorgesehen ist, die Elemente an der Axialbewegung zu hindern, und ein Lager eines

zweiten Typs dazu vorgesehen ist, die Elemente an der Radialbewegung zu hindern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lager des ersten Typs ein Luftlager und das Lager des zweiten Typs ein Trockenreibungslager.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um eine Lagerkonstruktion, die Luftlagereinrichtungen umfaßt, welche erste und zweite relativ drehbare Elemente an der Axialbewegung hindern, und ein Lager anderer Art, welches eine Radialbewegung der Elemente verhindert.

Nach einem weiteren möglichen Aspekt der Erfindung wird ein Verbundlager zur Verfügung gestellt, das erste und zweite relativ drehbare Elemente umfaßt, die radial verlaufende Lagerflächen und zylindrische Lagerflächen mit Trockenreibungslagereinrichtungen, die zwischen den zylindrischen'Flächen wirken, und Luftlagereinrichtungen, die zwischen den axialen Flächen wirken, besitzen.

Mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Lagerkonstruktion mit geringer Reibung, hoher Steifigkeit, einem hohen Stabilitätsgrad und einem hohen Schwingungsdampfungsgrad zu relativ niedrigen Kosten hergestellt werden.

AusfOhrunqsbeispiel;

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer meßtechnischen Einrichtung, die die Erfindung enthalten kann;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung in eine Einrichtung nach Anspruch 1 eingebauten Lagerkonstruktion;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie IH-III₁ aber mit Auslassung verschiedener Teile;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Teils der Einrichtung von Figur 2 und 3;

Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 2, aber mit genauerer Darstellung von Teilen der Einrichtung einschließlich eines Elektromotors; und

Fig. 6 einen Teil der Wicklung des in Fig. 5 gezeigten Motors.

Gemäß Fig. 1 umfaßt die insbesondere zur Messung der Rundhei.t vorgesehene meßtechnische Einrichtung eine Bank 2, in der sich eine Rahmenkonstruktion (nicht dargestellt) befindet, die einen Drehtisch 4 mittels eines mit Bezug auf Fig. 2 bis 5 genau beschriebenen Lagers trägt. Der Drehtisch 4 ist dazu vorgesehen, ein Werkstück, dessen Oberfläche gemessen werden soll, aufzunehmen. Neben dem Drehtisch 4 wird ein Ständer 6 ebenfalls auf der Rahmenkonstruktion aufgenommen. ,Ein Wagen 8 wird zur Vertikalbewegung auf Ständer 6 befestigt und trägt einen Wandler (nicht dargestellt), der zum Beispiel induktiv sein kann, und mit dem ein Taster 10· verbunden ist. Bei Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung wird ein Werkstück so auf dem Drehtisch montiert, daß es durch Drehung des Drehtisches 4 relativ zu dem Taster 10, der so angebracht ist,, daß er die zu messende Werkstückoberfläche berührt, gedreht werden kann. Wahlweise kann ein berührungsloser Wandler verwendet werden. Die.Einrichtung umfaßt auch signalverarbeitende Mittel (nicht dargestellt) zur Verarbeitung der Signalausgabe durch den Wandler, um Informationen über die Eigenschaften, wie zum Beispiel die Rundheit des Werkstückes, zu liefern.

Die Lagerkonstruktion, auf der der Drehtisch 4 befestigt ist, wird in Fig. 2 im Schnitt gezeigt. Sie umfaßt einen Rotor 12, der zur Drehung um eine vertikale Achse durch einen Stator 14

getragen wird, der in bezug auf den Rahmen der bei 16 schematisch dargestellten Einrichtung fixiert ist. Der Rotor 12 umfaßt eine Spindel 18 und obere und untere, mittels Schrauben 24 und 26 (nur jeweils eine ist in Fig. 2 gezeigt) an der Spindel 18 befestigte Scheiben 20, 22.

Der Stator umfaßt ein ebenfalls in Fig. 3 und 4 gezeigtes Teil 28 mit einer zylindrischen Bohrung 30, in der sich die Spindel 18 befindet. In der Bohrung 30 nahe des oberen Endes wird eine ringförmige Aussparung 32 gebildet und enthält drei Trockenreibungslagerelemente 34, 3fr und 38, die aus einem Plastmaterial mit geringer Reibung bestehen, wie zum Beispiel einem Azetalkopolymer mit einem PTFE-Füllstoff, und die in einen auf der Spindel 18 gebildeten Ringansatz 40 eingreifen, um die Spindel, an der Radialbewegung zu hindern. Die Elemente 34, 36 und 38 sind im gleichen Winkel in Abständen angeordnet und mittels der Schrauben 42 gesichert. Das Element 38 umfaßt zwei dünne Abschnitte 38a, die ermöglichen, daß sich der Mittelabschnitt 38b radial bewegt. Teil 28 enthält eine Stellschraube 44 und eine Druckfeder 46 zur Einstellung der Kraft, mit der der Mittelabschnitt 38b des Elementes 38 gegen die Spindel 18 gedrückt wird. Die Elemente 34, 36 und 38 bestimmen genau die radiale Lage der Spindel 18, während sich die Spindel 18 relativ zu Teil 28 drehen kann.

Der Stator 14 umfaßt ein weiteres Teil 48, das am unteren Abschnitt des Teiles 28 befestigt ist und letzteres umgibt. Zwischen den Teilen 28 und 48 befindet sich ein ringförmiger Luftzuführungskanal 50, der durch eine in Teil 48 hergestellte Radialbohrung 54 an eine Luftversorgungsleitung 52 angeschlossen ist. Der Kanal 50 ist mit dem Raum 56 zwischen der oberen, sich radial ausdehnenden Fläche des Teiles 28 und der unteren, sich radial ausdehnenden Fläche der Scheibe 20 durch Radialgrundbohrungen 58 und in Teil 28 hergestellte, nach oben gerichtete Bohrungen 60, verbunden, so daß in dem sich radial aus-

dehnenden Raum zwischen der oberen Fläche des Teiles 28 und der unteren Fläche der Scheibe 20 ein Luftlager gebildet wird. In den Bohrungen 60 sind Durchflußbegrenzer 62 angeordnet. In Teil 28 sind auch nach unten gerichtete Bohrungen 64 angeordnet, die mit den Grundbohrungen 58 in Verbindung stehen, so daß ein Luftlager in dem sich radial ausdehnenden Raum zwischen der unteren Radialfläche des Teiles 28 und der oberen Fläche der Scheibe 22 entsteht. Die Bohrungen 64 enthalten Durchflußbegrenzer 68 und sind leicht radial nach innen in bezug auf die Bohrung 60 angeordnet, so daß die Steifigkeit des Luftlagers in Raum 66 geringer ist als die in Raum 56. Die Breite der Räume 56 und 66 liegt vorzugsweise in dem Bereich von 10 bis 15 Mikron, zum Beispiel bei 12 Mikron, so daß die Luftlager den Rotor 12 wirksam und beständig gegen Axialbewegung in bezug auf den Stator 28 sichern. Das untere Lager verhindert vertikale Schwingung des Rotors.

Die Luft in den Zwischenräumen 56 und 66 kann sich sowohl radial nach innen als auch radial nach außen bewegen. Die sich radial nach innen bewegende Luft wird durch die Kanäle 70 abgesaugt, die radial durch die Spindel 18 hindurch zu einem zwischen der Innenfläche der Spindel 18 und einem in der Spindel 18 angebrachten Absaugblock 74 gebildeten ringförmigen Raum verlaufen. Der Raum 72 ist durch einen Kanal 78 in Block 74 mit einer Absaugeinrichtung 76 verbunden, die einen Schalldämpfer enthält.

Eine an einer Konstruktion 82, die an den Teilen 28 und 48 angebracht ist, befestigte aufblasbare Klemme 80 umgibt die Scheibe 20 und kann durch Zufuhr eines fließenden Mediums, wie zum Beispiel Luft, durch die Kanäle 84 hindurch aufgeblasen werden, so daß der Rotor 12 in bezug auf den Stator 14 arretiert wird.

Ein am Boden des Stators 14 befestigtes Gehäuse 86 (Fig. 2

und 5) enthält einen Gleichstrommotor. Der Motor umfaßt einen in dem Gehäuse 86 befestigten und wechselseitig angeordnete Nord- und Südpole umfassenden Ringmagnet 88, eine durch Schrauben 92 an der Scheibe 22 des Rotors 12 befestigte Welle 90 und eine Isolierscheibe 94 mit darauf in der Art einer gedruckten Schaltung angebrachten Leitern 96, wobei die Leiter 96 die Wicklungen des Motors darstellen. Die Form der Leiter 96 ist in Fig. 6 zu sehen. Die Scheibe 94 wird fest zwischen Isolierringen 98 mittels eines Zapfens 100, der mittels Schrauben 102 an der Welle 90 befestigt ist, geklemmt, so daß die Scheibe 94 in bezug auf Welle 90 fixiert ist. Die Wicklung 96 wird über in dem Gehäuse 86 angebrachte Bürsten 104 mit Strom versorgt. Die Motorwelle 90 bildet also eine Verlängerung der Spindel 18, die deshalb direkt durch den Motor angetrieben werden kann. Vorzugsweise ist der Motor für 0.03 bis 10 U/min, ausgelegt.

Zwischen verschiedenen Teilen des Rotors und des Stators sind Luftabdichtungen 106 vorgesehen. Zwischen der Scheibe 20 und der Spindel 18 ist ein Zentrierring 108 angeordnet, und zwischen der Welle 90 und der Scheibe 22 ein weiterer Zentrierring 110. Ein mehradriges elektrisches Kabel 112 verläuft durch die Mitte des Rotors 12 und der Motorwelle 90 hindurch, um den Drehtisch 4 zur Zentrierung und Ausrichtung mittels Einrichtungen (nicht dargestellt) mit Strom- und Steuersignalen zu versorgen. Strom und Signale gelangen zu Kabel 112 über eine Gleitringanordnung (nicht dargestellt), die mit dem unteren Ende der Motorwelle verbunden ist.

Die mit Bezug auf Fig. 2 bis 6 der Zeichnungen beschriebene. Konstruktion ist relativ billig, hoch belastbar, stabil und gut gedämpft, und der direkte Motorantrieb sichert, daß ungewollte Schwingungen, wie sie bei Verwendung eines Riemenantriebs auftreten können, vermieden werden.

Innerhalb des Geltungsbereiches der Erfindung sind verschiedene Modifikationen möglich. Obwohl das Lager bei der bevorzugten

Ausführungsform zum Beispiel so angebracht ist, daß die Drehung um eine vertikale Achse erfolgt, könnte es auch in einer anderen Stellung angeordnet werden, um zum Beispiel Drehung um eine horizontale Achse zu gestatten. Obwohl die Trockenreibungslager so ausgelegt sind, daß sie zwischen einer Innenfläche des Stators und einer Außenfläche des Rotors wirken, könnte das Lager innerhalb des Geltungsbereiches der Erfindung derart umgestaltet werden, daß die Trockenlager zwischen einer Außenfläche des Stators und einer Innenfläche des Rotors wirken.

Weiterhin wäre es innerhalb des Geltungsbereiches der Erfindung möglich, die Luftlager zwischen kegelförmigen Flächen zu bilden, obwohl die Luftlager bei der dargestellten Ausführungsform zwischen sich radial ausdehnenden ebenen Flächen gebildet werden. Oedoch werden die in den Zeichnungen gezeigten Anordnungen, bei denen das Luftlager zwischen ebenen Flächen ausgebildet wird, bevorzugt, da sie einfacher sind und jedes Lager nur die eine Funktion erfüllt, entweder in radialer oder in axialer Richtung zu hemmend zu wirken.

Obwohl die Luftlager in dem Ausführungsbeispiel als Drucklager wirken und das Trockenreibungslager ein Zapfen ist, wobei das Ausführungsbeispiel für derartige Anwendungsfälle gedacht ist, wo starke Längskräfte, aber geringe Radialkräfte auftreten, kann die Erfindung bei einer solchen Anordnung angewendet werden, wo geringe Längskräfte, aber starke Radialkräfte auftreten können, wobei das Luftlager vorzugsweise als ein Zapfen und das Trockenreibungslager als ein Drucklager ausgebildet wird.

Ein besonderer Vorteil der in den Zeichnungen gezeigten Anordnung besteht darin, daß der Drehtisch ohne Verlust seinergeometrischen Lage in Ruhestellung gebracht werden kann. Dies ist mit bisherigen Lagerarten schwer zu erreichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Lagerkonstruktion, die ein erstes und ein zweites Element umfaßt, die zum Zwecke der Drehung zueinander durch erste Lagereinrichtungen zur Sicherung der Elemente gegen relative Radialbewegung und zweite Lagereinrichtungen zur Sicherung der Elemente gegen relative Axialbewegung getragen werden, gekennzeichnet dadurch, daß eine der Lagereinrichtungen (34, 36, 38) ein Trockenreibungslager und das andere ein Luftlager (56) ist.
2. Konstruktion nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Luftlager (56) die Elemente (12, 14) gegen relative Axialbewegung sichert und das Trockenreibungslager (34, 36, 33) die Elemente (12, 14) gegen relative Radialbewegung sichert.
3. Konstruktion nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Luftlager (56) zwischen radial verlaufenden ebenen Flächen der Elemente wirkt.
4. Konstruktion nach Anspruch 2 oder 3, die das erste und das zweite Luftlager umfaßt, gekennzeichnet dadurch, daß das eine Luftlager die Elemente gegen relative Axialbewegung in eine Richtung und das andere die Elemente gegen relative Axialbewegung in die entgegengesetzte Richtung sichert.
5. Konstruktion nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Steifigkeit eines der Luftlager (56, 66) geringer ist als die des anderen.
6. Konstruktion nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Drehachse senkrecht angeordnet ist.
7. Konstruktion nach Anspruch 6 in Abhängigkeit von Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Steifigkeit der Luftlager (56, 66) am größten ist.
8. Konstruktion nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß das Trockenreibungslager drei Lagerelemente (34, 36, 38) umfaßt, die in auseinanderliegenden Winkelstellungen angeordnet sind.
9. Konstruktion nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Elemente (34, 36) fest sind und das dritte (38) radial verstellbar ist.
10. Konstruktion nach einer der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß sie eine Absaugeinrichtung (76) mit einem Schalldämpfer zum Absaugen der Luft aus der Luftlagereinrichtung (56) umfaßt.
11. Konstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dadurch, daß sie einen Elektromotor (88, 96) mit einer Welle (90) umfaßt, die direkt mit einem der Elemente gekoppelt ist, um dieses Element relativ zu dem anderen Element zu drehen.
12. Konstruktion nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Wicklungen (96) des Motors Leiter umfassen, die als gedruckte Schaltung auf einer Isolierscheibe (97) ausgebildet sind, wobei die Scheibe (94) an der Welle (90) des Motors befestigt ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen.