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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberWO1995001590 A1
Publication typeApplication
Application numberPCT/EP1994/002047
Publication date12 Jan 1995
Filing date22 Jun 1994
Priority date2 Jul 1993
Also published asDE4322011C1
Publication numberPCT/1994/2047, PCT/EP/1994/002047, PCT/EP/1994/02047, PCT/EP/94/002047, PCT/EP/94/02047, PCT/EP1994/002047, PCT/EP1994/02047, PCT/EP1994002047, PCT/EP199402047, PCT/EP94/002047, PCT/EP94/02047, PCT/EP94002047, PCT/EP9402047, WO 1995/001590 A1, WO 1995001590 A1, WO 1995001590A1, WO 9501590 A1, WO 9501590A1, WO-A1-1995001590, WO-A1-9501590, WO1995/001590A1, WO1995001590 A1, WO1995001590A1, WO9501590 A1, WO9501590A1
InventorsGerd HÜBNER
ApplicantJenoptik Gmbh
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: Patentscope, Espacenet
Anti-toppling arrangement for drives with gas bearings
WO 1995001590 A1
Abstract
The object of the invention is to create an anti-toppling arrangement for drives with gas bearings which excludes any contact between both gas bearing parts caused by toppling without increasing the inner and outer stiffness of the bearing. For that purpose, the movable gas bearing part of a drive consists of adjacent bearing elements (1, 2) with pairs of parallel edges on which an object to be moved (4) is secured in some sections by regulating means and in other sections by hinges (7, 8). The hinges (7, 8) have axes of rotation perpendicular to the direction of motion of the object and parallel to the fixed gas bearing part (3) of the drive. The extent of the deviation of a bearing element (1, 2) from the parallel orientation in relation to the fixed gas bearing part (3) is used as regulating variable for the regulating means. The invention is suitable for objects moved on gas bearings, in particular table systems moved by means of linear or planar motors.
Claims  translated from German  (OCR text may contain errors)
Patentansprüche claims
1. Einrichtung zur Beseitigung von Verkippungen in Antrieben mit Gaslagern, in denen ein bewegliches und zu einem feststehenden Gaslagerteil (3) parallel ausgerichtetes Gaslagerteil Träger zu bewegender Objekte ist, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Gaslagerteil aus einander benachbarten Trägerteilen (1, 2, 11, 12, 13, 14) mit paarweise zueinander parallelen Kanten besteht, auf denen das Objekt (4) sowohl abschnittsweise über Stellmittel als auch abschnittsweise über Gelenke (7, 8, 16) befestigt ist, deren Drehachsen senkrecht zur 1. means for eliminating tilts in drives with gas bearings, in which a movable and a stationary gas bearing part (3) collimated gas bearing subcarriers is for moving objects, characterized in that the movable gas bearing part from adjacent support parts (1, 2, 11 , 12, 13, 14) with pairs of mutually parallel edges, on which the object (4) both sections of adjusting means as well as sections over the joints (7, 8, 16) is fixed, whose axes of rotation perpendicular to the
Objektbewegungsrichtung und parallel zum feststehenden Gaslagerteil (3) sind, und daß das Maß einer Lageabweichung eines Trägerteils (1, 2, 11, 12, 13, 14) von der parallelen Lage zum feststehenden Gaslagerteil (3) als Regelgröße für die Stellmittel dient. Object movement direction and parallel to the fixed gas bearing part (3), and that the measure of a positional deviation of a support structure (1, 2, 11, 12, 13, 14) from the position parallel to the fixed gas bearing part (3) serves as a control variable for the adjustment means.
2. Einrichtung nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmittel Piezoelemente (15) sind, die eine feste, abstandsveränderliche Verbindung zwischen dem Objekt (4) und den Abschnitten auf den Trägerteilen (1, 2, 11, 12, 13, 14) herstellen. 2. A device according to Anspmch 1, characterized in that the adjusting means are piezo elements comprising a solid, distance variable connection between the object (4) and the sections on the support parts (1, 2, 11, 12, 13, 14) (15) manufacture.
3. Einrichtung nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellmittel Exzenter sind. 3. A device according to Anspmch 1, characterized in that the adjustment means are eccentric.
4. Einrichtung nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellmittel eine auf Gelenkhebelbasis arbeitende Verbindung (6) zwischen dem Objekt (4) und den Trägerteilen (1, 2, 11, 12, 13, 14) vorgesehen ist. 4. A device according to Anspmch 1, characterized in that as adjusting means one at the joint lever base compound (6) is provided between the object (4) and the support parts (14 1, 2, 11, 12, 13,).
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichenet, daß zur Bestimmung der Lageäbweichung mindestens ein Trägerteil (1, 2, 11, 12, 13, 14) mit dem feststehenden Gaslagerteil (3) Paare von Kondensatoren (Cj, C2) bildet, deren Abstandstrecke senkrecht zu einer Drehachse des jeweiligen Trägerteils (1, 2, 11, 12, 13, 14) gerichtet ist und aus deren Kapazitätsdifferenz die Regelgröße für die Stellmittel gebildet wird. 5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized gekennzeichenet that for determining the Lageäbweichung at least one carrier part (1, 2, 11, 12, 13, 14) with the fixed gas bearing part (3) pairs of capacitors (Cj, C2) forms, the spacing distance is perpendicular to a rotation axis of the respective carrier part (1, 2, 11, 12, 13, 14) and from whose capacitance difference the control variable for the adjusting means is formed.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Lageabweichung durch äußere Meßsysteme mittels Autokollimation erfolgt. 6. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the determination of the position deviation is performed by means of external measuring systems autocollimation.
Description  translated from German  (OCR text may contain errors)

Einrichtung zur Beseitigung von Verkippungen, insbesondere in Antrieben mit Gaslagem Eliminating means tilting, especially in drives with Gaslagem

Die Erfindung betriflt eine Einrichtung zur Beseitigung von Verkippungen in Antrieben mit Gaslagem, in denen ein bewegliches und zu einem feststehenden Gaslagerteil parallel ausgerichtetes Gaslagerteil Träger zu bewegender Objekte ist. The invention betriflt means for eliminating tilts in drives with Gaslagem in which a movable and a stationary gas bearing part collimated gas bearing part is support for moving objects.

Gasgeschmierte Lager oder Führungen sind als technische Lösungen besonders geeignet zur Erzielung reibungsarmer Bewegungen. Gas lubricated bearings or bushings are as technical solutions particularly suitable for achieving low friction movements. Geradfuhrungen, Rotoren, Tische und andere Konstruktionelemente erhalten sehr gute Eigenschaften und bei zentraler Krafteinwirkung bestes dynamisches Verhalten. Geradfuhrungen, rotors, tables and other design elements get very good properties and the best in central force dynamic behavior. Konstruktion, Bau, Versorgung und Betrieb sind anderen Lösungen häufig überlegen. Design, construction, supply and operation are often superior to other solutions. Probleme können jedoch beim Einsatz dieser technischen Lösungen für Linear- und Planarantriebe auftreten, bei denen ein Stator und ein Läufer magnetisch so konstruiert sind, daß durch Ein- und Ausschalten der Wickelströme in einzelnen Bereichen die Magnetkräfte (Permanentmagnet) verstärkt oder geschwächt werden. However, problems may occur with the use of these technical solutions for linear and Planar, in which a stator and a rotor are constructed magnetically so reinforced that by switching the winding currents in some areas, the magnetic forces (permanent magnet) or weakened. Bei diesem Kräftespiel enstehen oder ändern sich Kräfte, die die Anziehung von Stator und Läufer betreffen, und Kräfte, die den Antrieb des Läufers, eine Linearbewegung, bewirken. incur In this power play or change forces that affect the attraction of the stator and rotor, and forces which bring about the drive of the rotor, a linear movement. Die Funktion eines derartigen Linearmotors, der beispielsweise in der DE- Patentschrift 31 28 834 beschrieben ist, wird gestört, wenn im Luftlager exzentrisch Kräfte auftreten, die die Eigenstabilität überfordern. The function of such a linear motor, which is described for example in DE Patent 31 28 834 is disturbed, if eccentric forces occur in the air bearing, which overwhelm the intrinsic stability. Das ist der Fall, wenn beim Positionieren oder Beschleunigen außermittig große vertikale Magnetkräfte anfallen und gleichzeitig in Luftlagerspalthöhe horizontale Antriebskräfte auf einen weit entfernten Masseschwerpunkt wirken. This is the case if eccentrically incurred large vertical magnetic forces during positioning or accelerating and act simultaneously in air bearing gap height horizontal drive forces at a distant center of gravity. Dann kippen gelenkig montierte Einzellager und auch fest mit dem bewegten Objekt verbundene Lager weichen vom parallelen Luftspalt ab. Then tilt articulated mounted single bearings and fixed to the moving object bearing deviate from the parallel air gap.

Zwar ist dieses Problem durch eine hohe innere und äußere Steifigkeit zu lösen, fuhrt aber zu einem größeren Materialaufwand, bzw. es ist der Einsatz von Wälzlagern erforderlich oder bei Linearmotoren die Anwendung von umfassenden Gaslagern, dh gegenseitig verspannten Doppellagern im Ober- und Unterteil. Although this problem can be solved by a high internal and external rigidity, but leads to greater material costs, and it is the use of rolling bearings required or linear motors, the use of comprehensive gas bearings, ie mutually strained double bearings in the upper and lower parts. Problematisch ist die Lösung bei Planarantrieben, wenn der Antrieb Abmessungen von ca. 100 mm überschreitet, so daß die innere Steifigkeit durch zu großen Materialaufwand realisiert werden muß oder das Risiko einer Zerstörung des Gaslagers durch gegenseitiges Berühren von Läufer und Stator wächst, wenn der Planarantrieb kippt. The problem, the solution is in planar drives when the drive exceeds dimensions of about 100 mm, so that the inner stiffness must be realized by excessive cost of materials or increasing the risk of destroying the gas bearing by mutual contact of rotor and stator when the planar drive tilts , Aufgabe der Erfindung ist es, ein durch Verkippung hervorgerufenes, gegenseitiges Berühren beider Gaslagerteile ohne Erhöhung der inneren und äußeren Steifigkeit auszuschließen. Object of the invention is to eliminate an evoked by tilting, touching each other with both gas bearing parts without increasing the internal and external rigidity.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Einrichtung zur Beseitigung von Verkippungen in Antrieben mit Gaslagem, in denen ein bewegliches und zu einem feststehenden Gaslagerteil parallel ausgerichtetes Gaslagerteil Träger zu bewegender Objekte ist, dadurch gelöst, daß das bewegliche Gaslagerteil aus einander benachbarten Trägerteilen mit paarweise zueinander parallelen Kanten besteht, auf denen das Objekt sowohl abschnittsweise über Stellmittel als auch abschnittsweise über Gelenke befestigt ist, deren Drehachsen senkrecht zur Objektbewegungsrichtung und parallel zum feststehenden Gaslagerteil sind, und daß das Maß einer Lageabweichung eines Trägerteils von der parallelen Lage zum feststehenden Gaslagerteil als Regelgröße für die Stellmittel dient. According to the invention the object is achieved by a device for eliminating tilts in drives with Gaslagem in which a movable and a stationary gas bearing part collimated gas bearing subcarriers is for moving objects, characterized in that the movable gas bearing part of adjacent support members with pairwise parallel edges there, where the object is attached to both sections of adjusting means as well as sections over the joints, whose axes of rotation are perpendicular to the object movement direction and parallel to the fixed gas bearing part, and that the measure of a positional deviation of a support structure of the parallel position to the stationary gas bearing part as a control variable for the adjustment means serves.

Eine gemessene Parallelitätsänderung, also eine Kippung, erzeugt die sofortige, gegen die Änderung gerichtete Drehung der Trägerteile um ihre Drehachsen in dem Maße, daß die Parallelität der Trägerteile untereinander und gegen das feststehende Gaslagerteil erhalten bleibt. A measured parallelism change, ie a tilt that produces immediate, directed against the changing rotation of the support members about their axes of rotation to the extent that the parallelism of the support members will remain with each other and against the fixed gas bearing part.

Vorteilhafterweise sind die Stellmittel bei einem Planarsystem Piezoelemente, Exzenter oa, die eine feste, abstandsveränderliche Verbindung zwischen dem Objekt und den Abschnitten auf den Trägerteilen herstellen. Advantageously, the adjusting means at a Planar piezoelectric elements, eccentric or the like, that produce a fixed distance variable connection between the object and the sections on the support parts.

Außerdem können die Stellmittel auch als eine auf Gelenkhebelbasis arbeitende Verbindung zwischen dem Objekt und den Trägerteilen ausgebildet sein. In addition, the adjusting means can also be formed as one at the lever base hinge connection between the object and the carrier parts.

Für die Bestimmung der Lageabweichung eignet sich eine Lösung, bei der mindestens ein Trägerteil mit dem feststehenden Gaslagerteil Paare von Kondensatoren bildet, deren Abstandstrecke senkrecht zu einer Drehachse des jeweiligen Trägerteils gerichtet ist und aus deren Kapazitätsdi-Serenz die Regelgröße für die Stellmittel gebildet wird. To determine the positional deviation to a solution in which at least one support member forms with the fixed gas bearing part pairs of capacitors, the spacing distance is perpendicular to a rotational axis of the respective support part and from their Kapazitätsdi-Serenz the control variable for the actuator is composed is.

Vorteilhaft ist die Bestimmung der Lageabweichung auch durch äußere Meßsysteme mittels Autokollimation. determining the positional deviation is also advantageous by means of external measuring systems autocollimation. Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. The invention will be further explained with reference to the schematic drawing. Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung mit kapazitiv messender Regelung, und FIG. 1 shows a device according to the invention with capacitive measuring control, and

Fig. 2 ein für Planarsysteme geeignetes bewegtes Lagerteil in perspektivischer Darstellung Fig. 2 a suitable for Planarsysteme moving bearing part in a perspective view

Gemäß Fig. 1 ist ein aus Trägerteilen 1, 2 bestehendes bewegliches Gaslagerteil auf einer als feststehendes Gaslagerteil dienenden Grundplatte 3 durch Gaslagerung abgestützt. According to FIG. 1 a consisting of support parts 1, 2 Portable Gas bearing part is supported on a serving as a fixed gas bearing member base panel 3 by gas storage. Zu bewegendes Objekt ist ein anwendungsbedingt massiv gestalteter Tisch 4, der in aneinandergrenzenden Kantenbereichen der Trägerteile 1, 2 über ein Stellelement 5 und einen Gelenkhebel 6 und in Kantenbereichen ohne angrenzendes Trägerteil über Scharniergelenke 7, 8 mit den Trägerteilen 1, 2 in Verbindung steht. For moving object is an application-conditioned massively framed table 4. In contiguous edge portions of the supporting parts 1, 2 via an actuating element 5 and a hinge lever 6 and in edge areas without adjacent carrier part via hinges 7, 8 is connected to the carrier parts 1, 2 Die Scharniergelenke 7, 8 besitzen zueinander und zur Grundplatte 3 parallele Drehachsen. The hinges 7, 8 have to each other and to the base plate 3 parallel axes of rotation.

Das Stellelement 5 überträgt in Verbindung mit dem Gelenkhebel 6 sowohl die Verstellung der Trägerteile 1, 2 um die Gelenkachsen der Scharniergelenke 7, 8 als auch die Belastung des Tisches 4 auf die Trägerteile 1, 2. The adjusting element 5 transmits in conjunction with the hinge lever 6, both the adjustment of the support members 1, 2 around the hinge axes of the hinge joints 7, 8 and the load of the table 4 to the support parts 1, the second

Mindestens eines der Trägerteile 1, 2 besitzt ein aus Teilflächen der Unterseite des Trägerteils und der Grundplatte 3 gebildes Kondensatorpaar Cl, C2, das Bestandteil eines kapazitiven Meßsystems 9 ist, dessen Meßergebnisse einer mit dem Stellelement 5 in Verbindung stehenden Regelung 10 zugeführt werden. At least one of the support members 1, 2 has a structure from partial areas of the underside of the carrier part and the base plate 3 pair of capacitors Cl, C2, which is part of a capacitive measuring system 9, the measurement results of an in communication with the actuator 5 control 10 are supplied. Im Normalfall sind durch die Gaslagerung zwischen den Trägerteilen 1, 2 und der Grundplatte 3 gebildete Luftspalte h g und h k gleichgroß, so daß die Trägerteile 1, 2 in einer gemeinsamen, zur Grundplatte 3 parallelen Ebene liegen. Normally formed by the gas bearing between the carrier parts 1, 2 and the base plate 3 air gaps h g and h k are the same size so that the carrier parts 1, 2 are in a common, to the base plate 3 parallel plane. Sobald infolge einer einseitigen Mehrbelastung des Tisches 4 eine keilförmige Luftspaltverformung entsteht, z. B. wenn der Luftspalt hj- bei C2 kleiner als der bei Cl wird, liefert das Meßsystem 9 größere Werte für C2 als für Cl. Once a wedge-shaped air gap deformation arises as a result of a one-sided multi-load of the table 4, z. B. when the air gap is smaller than the HJ with Cl at C2, the measuring system 9 supplies larger values for C2 and Cl. Die Regelung ermittelt eine Regelgröße RG = Cl - C2 mit negativem Vorzeichen. The control determines a control variable RG = Cl - C2 with a negative sign. Die negative Regelgröße RG bewirkt eine Verstellung des Stellelementes 5 und des Gelenkhebels 6 solange bis Cl = C2 und somit die Regelgröße RG Null ist, was dem in Fig. 1 dargestellten Zustand entspricht. The negative control variable RG effects an adjustment of the control element 5 and the articulated lever 6 until Cl = C2 and thus the controlled variable RG is zero, which corresponds to the state shown in FIG. 1. Das System ist im Gleichgewicht und obwohl das Trägerteil 2 eine größere Last aufnimmt als das Trägerteil 1, sind die Luftspaltbegrenzungen parallel zueinander. The system is in equilibrium and although the support part 2 receives a larger load than the support part 1, the air gap boundaries are parallel to each other. Eine Beschädigung der Grundplatte durch eine Ecke oder Kante des Trägerteils 2 ist ausgeschlossen. Damage to the base plate through a corner or edge of the support part 2 is excluded. Die für Planarsysteme geeignete Einrichtung in Fig. 2, bei der aus Übersichtsgründen Tisch, Grundplatte sowie Meß- und Regelsystem nicht dargestellt sind, besteht aus vier Trägerteilen 11, 12, 13 und 14 mit paarweise zueinander parallelen Kanten. The suitable for Planarsysteme device in Fig. 2, when are not shown for reasons of clarity table, base plate and measuring and control system consists of four support members 11, 12, 13 and 14 with pairwise parallel edges. Während in aneinandergrenzenden Kantenbereichen, insbesondere in den Ecken, als Piezoelemente 15 ausgebildete Stellmittel vorgesehen sind, besitzen die äußeren Ecken der Trägerteile 11, 12, 13, 14 , die durch Kantenbereiche ohne angrenzendes Trägerteil gebildet werden, mit den Ecken des Tisches befestigte Kugelgelenke 16. Damit sind die Trägerteile 11, 12, 13, 14 um zwei senkrecht zueinander liegende, zu den Kanten der äußeren Ecken und der Grundplatte parallele Achsen kippbar. While in adjacent edge regions, in particular in the corners, as piezo-elements are provided 15 formed locking means, which have outer corners of the support parts 11, 12, 13, 14, which are formed by edge portions without adjacent carrier part, with the corners of the table fixed ball joints sixteenth thus, the support parts 11, 12, 13, 14 tiltable about two mutually perpendicular, parallel to the edges of the outer corners and the base plate axis. Die Piezoelemente 15 stellen eine feste einstellbare Verbindung zum darüber angeordneten Tisch her, mit denen über entsprechende Stellspannungen Rj, S j und Tj der Abstand am Ort der Verbindung eingestellt werden kann. The piezoelectric elements 15 produce a fixed connection to the adjustable arranged above table, each using a corresponding control voltages Rj, S j, and Tj of the distance at the location of the connection can be adjusted. Abstandsänderungen zur Gewinnung einer Regelgröße sind zum Beispiel auf der Basis einer Lösung gemäß Fig. 1 oder durch eine äußere Messung mittels Autokollimation ermittelbar. Changes in distance for obtaining a controlled variable can be determined for example on the basis of a solution according to FIG. 1 or by an external measurement with auto-collimation.

Wird beispielsweise der Tisch um die x-Achse um eine Winkeleinheit und um die y- Achse um zwei Winkeleinheiten gekippt, ergeben sich folgende Spannungsänderungen in Spannungseinheiten an den Piezoelementen 15. For example, when the table is tilted about the x-axis by an angle unit and about the y axis by two angular units, the following voltage changes in voltage units to the piezo elements 15 arise.

Rl = 1 Sl = 1 + 2 = 3 Tl = 0 + 2 = 2 R = 1 S = 1 + 2 = 3 Tl = 0 + 2 = 2

R2 = - 1 S2 = -l + 2 = 1 T2 = 0 + 2 = 2 R2 = - 1 S2 = -l + 2 = 1 T2 = 0 + 2 = 2

R3 = - 1 S3 = 1 - 2 = - 3 T3 = 0 - 2 = - 2 R3 = - 1 S3 = 1 - 2 = - 3 T3 = 0 - 2 = - 2

R4 = 1 S4 = 1 - 2 = - 1 T4 = 0 - 2 = - 2 R4 = 1 S4 = 1 - 2 = - 1 T4 = 0 - 2 = - 2

Unter der Voraussetzung, daß die Spannung abstandsproportional ist, sind in diesem Zustand die Unterseiten der Trägerteile 11, 12, 13, 14 untereinander und zur Grundplatte parallel. Under the condition that the voltage is proportional to distance, the undersides of the support parts 11, 12, 13, 14 with each other and are parallel to the base plate in this state.

Patent Citations
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Classifications
International ClassificationG01B7/14, F16C32/06, B23Q1/38
Cooperative ClassificationG01B7/14, F16C32/0662, B23Q1/385, F16C2322/39
European ClassificationF16C32/06P, G01B7/14, B23Q1/38B
Legal Events
DateCodeEventDescription
12 Jan 1995AKDesignated states
Kind code of ref document: A1
Designated state(s): JP US
12 Jan 1995ALDesignated countries for regional patents
Kind code of ref document: A1
Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE
26 Apr 1995121Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
3 Apr 1996122Ep: pct application non-entry in european phase