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Dokumentenidentifikation DE10251714A1 19.05.2004
Titel Bewegliche Lageranbindung
Anmelder Durner, Heinz, 82041 Oberhaching, DE
Erfinder Durner, Heinz, 82041 Oberhaching, DE
DE-Anmeldedatum 06.11.2002
DE-Aktenzeichen 10251714
Offenlegungstag 19.05.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.2004
IPC-Hauptklasse F16C 32/06

Beschreibung[de]

Will man bei der Anbindung von Luftlagern an einen Schlitten die Zahl der Sonderabmessungen reduzieren, so muss die Lageranbindung einer ebenen Lagerung zwei rotatorische Freiheitsgrade besitzen und den Freiheitsgrad des Abstandes möglichst steif unterbinden. Dies geschieht üblicherweise durch ein Kugel/Kegel- oder Kugel/Kugel-Gelenk.

Die Anforderungen an das Gelenk sind eine hohe Steifigkeit in Abstandsrichtung, ein möglichst verschwindendes Reaktionsmoment bei Verkippung des Lagers (zugelassener Freiheitsgrad), und eine großflächige Krafteinleitung in das Lager.

Eine hohe Steifigkeit muss gefordert werden um eine hohe Gesamtsteifigkeit der Lagerung zu gewährleisten (Serienschaltung der Steifigkeiten!).

Ein Kippmoment, insbesondere Stick-Slip behaftet, gefährden die Funktion des Luftlagers (Kippsteifigkeit des Luftlagers begrenzt, eine Verkippung des Luftlagers ist stets ungünstig).

Die großflächige Krafteinleitung in das Luftlager ist wichtig, um das Aufbiegen des Lagers bei Belastung, wegen seiner begrenzter Biegesteifigkeit (begrenzte Bauteilhöhe), zu verringern.

Bekannte Gelenke erfüllen die ersten Forderungen entweder nur alternativ (kleiner Kugeldurchmesser ⟹ niedriges Kippmoment aber geringe Steifigkeit, großer Kugeldurchmesser ⟹ höhere Steifigkeit aber hohes Kippmoment) und/oder nicht ideal (wenig steif und hoch Stick-Slip behaftet). Die Forderung einer großflächigen Krafteinleitung läßt sich mit den bekannten Gelenken aufgrund des begrenzten zulässigen Kippmomentes, nicht erfüllen.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegen diese Probleme zugrunde. Sie werden durch das im Patentanspruch 1 aufgeführtem Merkmal, der Verbindung durch ein Fluid, gelöst. Die weitgehende Inkomressiblilität und die Fliessfähigkeit des eingesetzten Fluids ermöglichen das steife aber kippweiche Gelenk. Für die technische Ausführung muß noch eine volumensteife und kippweiche Abdichtung nach außen gefunden werden. Eine Möglichkeit hierzu ist im Patentanspruch 2 angegeben. Ein torusförmiges, dünnwandiges Blech bildet hier die Aussenwand und verbindet eine hohe Volumensteifigkeit mit weitgehender Kippweichheit. Diese Ausführung eines Lageransatzes zeichnet sich durch hohe Abstandssteifigkeit bei gleichzeitig geringem Kipprückstellmoment aus. Der Verlauf des Kipprückstellmomentes über dem Kippwinkel ist insbesondere monoton von Null ansteigend. Dies führt zu dem Vorteil verschwindender Rückstellmomente nahe der Neutralstellung (= unbelastete Position der Anordnung). Die Ausführung ist desweiteren Stick-Slip frei.

Der Patentanspruch 3 lässt sich zweckmäßigerweise mit einem zentralen Zapfen in der oberen Platte, der mit ausreichendem Spiel in einer Bohrung der unteren Platte sitzt, realisieren. Die Eigenschaften des Ansatzes werden dadurch nicht eingeschränkt, sondern zusätzlich erweitert um die Eigenschaft der Aufnahmefähigkeit hoher Seitenkräfte (kleine Seitenkräfte werden von der Aussenwand aufgenommen).

Mit Hilfe des Patentanspruchs 4 lässt sich die wichtige Abstandsjustierung ohne Einbußen von Steifigkeit montagefreundlich realisieren, beispielsweise in Form eines Kolbens, der mit einer Einstellschraube bewegt wird. Durch das hohe Übersetzungsverhältnis des entstehenden hydrostatischen Getriebes wird eine Hochpräzessionsjustage möglich.

Schließlich wird mit Patentanspruch 5 möglich, eine bisher nicht realisierbare Eigenschaft von bekannten Luftllageranbindungen zu erzielen, nämlich die Fähigkeit Schwingungen zu dämpfen. Beispielsweise lässt sich diese Wirkung erzielen durch eine im inneren einer Platte angebrachten federnde Membran, die durch eine kleine Bohrung mit dem Restvolumen verbunden ist. Bei Drucksschwankung wird durch den energiezehrenden Bohrungskanal Fluidvolumen mit dem Hauptvolumen austauscht und so die Dämpfungswirkung erzielt.

Ein mit obigen Merkmalen ausgeführter Lageransatz kann als standardisiertes Maschinenelement kostengünstig in verschiedenen Größen hergestellt und montiert werden. Der Lageransatz wird mit Hilfe eines Gewindebolzens auf das Lager geschraubt. Die Verbindung zum Schlitten wird durch eine Verschraubung von der Schlittenseite aus hergestellt.


Anspruch[de]
  1. Verbindungselement zwischen zwei Körpern, das nahe einer Neutralstellung, nur den Freiheitsgrad des Abstandes der beiden Körper steif unterbindet, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Platten durch ein zwischen ihnen befindliches Fluid getrennt und abgestützt werden.
  2. Verbindungselement nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Einschließung des Fluids durch ein torusförmiges dünnwandiges Blech gebildet wird, wodurch, durch eine hohe Volumensteifigkeit des Torus, eine hohe Abstandssteifigkeit, bei gleichzeitigem niedrigem Kipprückstellmoment der Verbindung, erreicht wird.
  3. Verbindungselement nach Patentanspruch 1 und Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Platte durch Formschluss mit der unteren Platte seitliche Kräfte ab einer bestimmten Größe aufnimmt und so die Seitenwand vor Überlastung schützt. (Bis zu geringen Seitenkräften sind die Platten weiterhin komplett durch das Fluid getrennt)
  4. Verbindungselement nach Patentanspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abstand der Körper durch die Veränderung des eingeschlossenen Fluidvolumens, zum Beispiel mit Hilfe einer integrierten Vorrichtung, eingestellt werden kann.
  5. Verbindungselement nach Patentanspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine integrierte strömungsmechanische Vorrichtung eine Dämpfungswirkung in Abstandsrichtung erzielt.
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