L u f t l a g e r t e c h n i k

Luftlagertechnik reitz-micro-contact Ihr Spezialist für: Sensoren, Halbleiterrelais, Luftlager und Positioniertechnik r-m-c liefert IntOp-Plan-Luftl...
Author: Thomas Becke
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Luftlagertechnik reitz-micro-contact

Ihr Spezialist für: Sensoren, Halbleiterrelais, Luftlager und Positioniertechnik

r-m-c liefert IntOp-Plan-Luftlager (IPL). Diese IPL dienen dem Aufbau höchstgenau ebener und gerader Führungen von Messmaschinen und von Sondermaschinen für die Feinstbearbeitung. IPL gleiten berührungslos, ratterfrei und verschleiß frei auf einem Luftschmierfilm von wenigen µm über ihre Führungsbahn. Die Güte des Luftlagers wird durch seine vom Druck abhängige Tragkraft, seine Steife und von der Genauigkeit der Führungsbahn bestimmt. Die Tragkraft eines Plan-Luftlagers wird außer vom Luftdruck durch seine Konstruktion bestimmt. Die dem Betriebsdruck entsprechende Flächentragkraft wird aus physikalischen Gründen nie voll erreicht. Darum sind die Lagerflächen stets etwa 50% größer als es dem Last / Druck-Verhältnis entspricht. Die Steife des Lagers, d. h. seine Spaltänderung bei Belastungsänderung, nimmt bei konstantem Luftdruck mit kleiner werdendem Luftspalt stark zu; bei einem Spalt von 2 µm ergibt sich bereits ein Wert von 0,001 µm / N Laständerung. Kleine Spalte werden wegen des geringeren Luftverbrauches angestrebt. Hohe Steife und geringe Spaltweiten erfordern entsprechend plane Lagerflächen. Zwar mittelt der Luftfilm über die Mikro-Rauhigkeit, doch darf die Abweichung von der Planheit nicht größer sein als - 0,5 * Spaltweite / größte Lagerlänge -, also beispielsweise 1 µm / l0 cm. Darum werden die IPL optischinterferometrisch auf Ebenheit geprüft. Der Einsatz von Luftlagern bringt folgende Vorteile: • • • • • •

Keine mechanische Berührung der bewegten Teile Î kein Verschleiß sehr niedrige Reibungskoeffizienten Î sehr geringe Antriebskräfte Î hohe Dynamik höchste Linearität höchste Positioniergenauigkeit extrem vibrations- und schwingungsarm außer Luft werden keine Schmiermittel benötigt Î hohe Umweltverträglichkeit

Wir unterscheiden folgende Typen von Grund-LuftLager-Elementen: • • • •

Alle Lager benötigen ein Gegenlager. Diese Gegenlager können aus folgenden Materialien bestehen: • • • •

Granit Glas Keramik Stahl

Diese Lager gibt es mit und ohne Vakuumtaschen, d. h. sie können nicht nur abstoßende Kräfte sondern auch anziehende Kräfte erzeugen. Die Führungsbahn wird in der Regel vom Kunden gestellt. r-m-c übernimmt jedoch auch die Lieferung der Luftlager-Führungsbahnen und empfiehlt hierzu GranitBauelemente. In Sonderfällen übernimmt r-m-c / IntOp die optische Prüfung bestehender Führungsbahnen, die auf Luftlager umgerüstet werden sollen. Das IPL wird dann der gegebenen Oberfläche und der gewünschten Führungsgenauigkeit angepasst. Die Betriebsluft muss gereinigt (1 µm Filter) und getrocknet sein (Taupunkt bei –10 °C). Nur für kurzfristigen Betrieb empfiehlt sich die Luftversorgung aus der Pressluftflasche. Beratung über käufliche Trocken- und Reinigungsanlagen gehört zum r-m-cKundendienst. Geeignete Anlagen können auch direkt über r-m-c bezogen werden. Extrem gute Führungen bei starken Lastwechseln erfordern eine Regelung der Lagersteife mit Hilfe des Luftdrucks, der hierfür im Lager direkt gemessen werden muss. Die Steuerungsanlage wird auf Wunsch von r-m-c für jede Lageranwendung konstruiert und geliefert. Eine solche Steuerung empfiehlt sich z. B. als Überlastschutz.

Preise können wegen der großen Vielfalt der LagerAnwendungen – einige Standard-Luftlager ausgenommen - und wegen der kundenspezifischen Ausführung nicht listenmäßig, sondern nur nach konstruktiver Berücksichtigung der Kunden-Spezifikationen angegeben werden.

P-Lager bzw. Planlager = Tragplatte L-Lager bzw. Winkel-Lager U-Lager bzw. Reiter Zylinder bzw. umschlüssige Lager Seite 1

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Postanschrift: Auf dem Kalwes 239

Ingenieurbüro für Hard- und Software

D-44801 Bochum

Dipl.-Ing. Gert-J. Reitz TA-Luftlagertechnik-2004-07-01.doc

01.07.2004

Telefon: +49 (0) 2 34 / 9 70 14-79 Telefax: +49 (0) 2 34 / 9 70 14-78 PC-Fax: +49 (0) 2 34 / 30 76 50-06 http://www.reitz-mc.de E-Mail: [email protected]

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Bei der Auswahl von Applikationslösungen mit Luftlagern sollten Sie folgende Parameter berücksichtigen: Lagerart:

Planlager --------------------------- … Linearlager ------------------------

…

Rotationslager --------------------- … Lager mit Vakuum-Vorspannung … Bewegungslänge [ mm ] -------------------- _________ Grundlast oder ------------------------------------------ …

Beispiel für Stand-Planluftlager mit Vakuumtaschen (Luftlagertragplatte LL-TP) Type:

LL-TP-100-V1

Wechsellast ---------------------------------------------- … Führungsgenauigkeit [ µm ] --------------- _________ Art der Luftversorgung: -- _____________________ Geschwindigkeit der Rotation [ 1/min ] ----------------------

_________

oder Translation [ m/s ] --------------------

_________

Antrieb: --------------------

_____________________

Steuerung: -----------------

_____________________

Positionsanzeige: ---------

_____________________

Überlastschutz: ------------ _____________________

Ansicht von oben

Umweltbedingungen: ----- _____________________ Temperatur: ---------------- _____________________ Gegenlager: ---------------- _____________________

Ansicht von unten Seite 2 reitz-micro-contact Industrie-Komponenten und -Systeme

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Standard-Planfuftlager mit Vakuumtaschen (Luftlagertragplatte LL-TP)

Speisedruck 0,4-0,5 MPa, trocken; ölfrei, µm gefiltert Luftanschlüsse über Standard M5 Schlauchanschlussnippel

Technische Daten: Bezeichnung

[ Dim ]

Type:

Wert LL-TP-100-V1

Tragkraft: bei einem Speisedruck von:

[N]

500

[ MPa ]

0,4

auf einer ebenen Lauffläche aus Hartgestein mit einem Genauigkeitsgrad von 00 bzw. 0 nach DIN 876 T1 / Aug. 1984. Die Steifigkeit ist stark von der Wahl des Arbeitspunktes auf der Kennlinie abhängig. Die Einstellung des Verhältnisses zwischen Arbeitsdruck und Unterdruck der Vakuumtasche bestimmen die Steifigkeit. Steifigkeit: Luftverbrauch Normliter:

[ N/µm ]

300

[ Nl ]

≤ 20

Die Vorspannkraft ist abhängig von dem erzeugten Unterdruck PU und dem Speisedruck der LL-TP. Mit Ejektoren werden realistische Unterdrücke von 50 % erreicht. Hieraus folgt die max. Vorspannkraft: Vakuumtaschen-Fläche Vorspannkraft (50 %):

[ cm ² ] [N]

28,27 141

Mit Vakuum-Pumpen sind besserer Unterdrücke zu erreichen. Diese können realistisch bis auf 20 % heruntergehen. Hieraus folgt dann die max. Vorspannkraft: Vakuumtaschen-Fläche Vorspannkraft (20 %):

[ cm ² ] [N]

Varianten: Die kleinsten Luftlagertragplatte können ab 4 cm² (speziell auch kleiner) bis zu einigen dm² geliefert werden. Vorteile: geringste Schwingungsneigung hochgenau kostengünstig vielseitig einsetzbar

28,27 226

Der Vorteil unserer LL-TP besteht in der nicht zentrischen und verteilten Anordnung der Luftaustrittsdüsen (Einlassdrosseln). Hierdurch wird die Kippsteifigkeit der TP gegenüber denen mit zentrischen Luftaustritts-Düsen wesentlich erhöht.

Typische Anwendungen: Verschiebung schwerer Teile auf einer Messplatte mit Anschließender Klemmung durch Vakuum hochgenaue Maschinenführungen

Zeichnung und Abmessungen der LL-TP-100-V1: Länge: Breite: Höhe:

[ mm ] [ mm ] [ mm ]

99,5 99,5 20,0

Vakuum-Taschen Radius

[ mm ]

30,0 Seite 3

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Rotationsluftlager mit H-Geometrie Technische Daten: Bezeichnung Type:

[ Dim ]

Wert

IntOp-H-Luftlager LLH 40-40

Freier Durchlass: Radialkraft: Kraft-Angriffspunkt Entfernung vom Lager Axialkraft:

[ mm ]

20

[N]

max. 200

[ mm ]

max. 100

[N]

max. 100

Ausführung in Aluminium mit Harteloxal-Schutzschicht. Rotordurchmesser:

[ mm ]

40

Rotorlänge:

[ mm ]

40

Planscheibendurchmesser: [ mm ]

60

Spindeldrehzahl:

[ rpm ]

bis 60.000

Für Spezialanwendungen können auch Luftlager für größere Umdrehungszahlen gebaut werden. Antriebsoptionen: Piezodirektantrieb für langsame Drehungen und Winkelstellbewegung bis in den Bogensekundenbereich bürstenloser elektromagnetischer Antrieb z. B. als hochtourige Spindel

Zeichnung und Abmessungen der LLH 40-40: Länge: Breite: Höhe:

[ mm ] [ mm ] [ mm ]

80,0 80,0 60,0

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L-Lager bzw. Winkel-Lager Mess-Schlitten mit Vakuum-Vorspannung und Winkelausgleich Dieses Winkel-Lager (Mess-Schlitten) besteht aus zwei einzelnen Tragplatten, die durch eine spezielle Verbindungskonstruktion (Festkörpergelenk) winkelig miteinender verbunden sind. An den Kanten einer rechtwinkeligen Granit-Platte (mit RechtwinkeligkeitsAbweichungen von ±1 grad) kann dieser Mess-Schlitten selbsthaltend (automatisches Ansaugen) bewegt werden. Mess-Taster können über einen 16 mm Standard-Klemmenhalter befestigt werden.

Vakuumtaschen-Fläche Vorspannkraft (20 %):

[ cm ² ] [N]

ca. 40 320

Der Vorteil unserer LL-TP besteht in der nicht zentrischen und verteilten Anordnung der Luftaustrittsdüsen (Einlassdrosseln). Hierdurch wird die Kippsteifigkeit der TP gegenüber denen mit zentrischen Luftaustritts-Düsen wesentlich erhöht.

Abmessungen der LL-L160-V2-wa: Länge: [ mm ] Breite des Einzelschenkels: [ mm ] Höhe: [ mm ]

160 100 28

Technische Daten: Bezeichnung

[ Dim ]

Type: Material:

Wert LL-L160-V2-wa

Aluminium mit Eloxalschutzschicht

Tragkraft: bei einem Speisedruck von:

[N]

500

[ MPa ]

0,4

auf einer ebenen Lauffläche aus Hartgestein mit einem Genauigkeitsgrad von 00 bzw. 0 nach DIN 876 T1 / Aug. 1984. Wird die Kraft zentrisch eingeleitet, kann die Tragkraft erhöht werden. Die Steifigkeit ist stark von der Wahl des Arbeitspunktes auf der Kennlinie abhängig. Die Einstellung des Verhältnisses zwischen Arbeitsdruck und Unterdruck der Vakuumtasche bestimmen die Steifigkeit. Steifigkeit: Luftverbrauch Normliter:

[ N/µm ]

300

[ Nl ]

≤ 30

Die Vorspannkraft ist abhängig von dem erzeugten Unterdruck PU und dem Speisedruck der LL-TP. Mit Ejektoren werden realistische Unterdrücke von 50 % erreicht. Hieraus folgt die max. Vorspannkraft: Vakuumtaschen-Fläche Vorspannkraft (50 %):

[ cm ² ] [N]

ca. 40 200

Mit Vakuum-Pumpen sind besserer Unterdrücke zu erreichen. Diese können realistisch bis auf 20 % heruntergehen. Hieraus folgt dann die max. Vorspannkraft: Seite 5 reitz-micro-contact Industrie-Komponenten und -Systeme

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Umschlüssige Lager Technische Daten: Bezeichnung

[ Dim ]

Type: Material:

Wert LL-Q 50-50-500

Aluminium mit Eloxalschutzschicht

Abmessungen der LL-Q-50-50-500: Länge: Breite: Höhe:

[ mm ] [ mm ] [ mm ]

500 50 50

5

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