Das mentale Modell der meisten Menschen eines Lagers besteht aus Metallkugeln oder -rollen, die die Reibung zwischen zwei beweglichen Teilen verringern. Dieses Modell verzichtet vollständig auf Luftlager, die den physischen Kontakt vollständig verhindern. Es klingt fast zu einfach, - eine Oberfläche auf einem dünnen Film aus Druckluft schweben zu lassen, anstatt sie irgendetwas berühren zu lassen -, aber diese Einfachheit ist genau der Grund, warum die Technologie zum Standard in den heute gebauten höchstpräzisen Bewegungssystemen- geworden ist.
Der Grundmechanismus
Bei einem Luftlager wird Druckluft durch eine Reihe kleiner Öffnungen oder ein poröses Drosselmaterial in der Lageroberfläche gedrückt, wodurch ein dünner, kontinuierlicher Luftfilm -, typischerweise einige Mikrometer dick -, zwischen dem Lager und der Oberfläche, auf der es läuft, entsteht. Dieser Film trägt die Last und verhindert, dass die beiden Oberflächen jemals physischen Kontakt haben. Da es keinen Kontakt zwischen Metall-zu-Metall (oder Metall-zu-Stein) gibt, gibt es im Wesentlichen keine Reibung, keinen Verschleiß und kein Stick{8}}Slip-Verhalten - das kleine, ruckartige Zögern, das mechanische Lager bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten oder bei Richtungsänderungen zeigen können.
Drei Dinge machen dies wirklich nützlich und nicht nur elegant:
Keine Reibung bedeutet, dass durch den Kontakt keine Wärme entsteht, was in Systemen, in denen die thermische Stabilität die Messgenauigkeit bestimmt, von enormer Bedeutung ist.
Kein Verschleiß bedeutet keine Verschlechterung im Laufe der Zeit. Ein gut-konstruiertes Luftlager kann jahrelang laufen, ohne dass die Positionierungsgenauigkeit durch mechanischen Verschleiß beeinträchtigt wird, im Gegensatz zu Kugel- oder Rollenlagern, die mit zunehmender Abnutzung von Laufringen und Elementen langsam an Präzision verlieren.
Luftfilme fallen im Durchschnitt natürlich klein ausOberflächenfehlerDies sorgt für eine gleichmäßigere Bewegung, als die meisten mechanischen Alternativen erreichen können.
Warum Luftlager und Granit zusammen auftauchen
Luftlager benötigen zum Fahren eine extrem flache, stabile und kompatible Oberfläche mit geringer{0}}Reibung-, und hier verdient Granit seinen Platz im System und nicht Stahl oder Gusseisen. Granit korrodiert nicht, entwickelt keine mikroskopischen Grate und Oberflächenveränderungen, die bei Metall im Laufe der Zeit auftreten können, und seine Ebenheit bleibt erhalten, da er nicht den Eigenspannungen ausgesetzt ist, die maschinell bearbeitete und geschweißte Metallstrukturen bei der Herstellung mit sich bringen. Eine Granitplattform gepaart mit einem luftgelagerten Tisch ergibt eine Kombination, bei der keine der Komponenten das schwache Glied in Bezug auf Präzision oder Langzeitstabilität darstellt.
Wo Sie diese Kombination tatsächlich finden
Koordinatenmessgeräte (KMGs) und Profilmesssysteme, bei denen sich der Taster oder Sensorschlitten bewegen muss, ohne dass dabei eigene Positionierungsgeräusche entstehen.
Halbleiterinspektions- und Lithografiestufen, bei denen Waferpositionierungstoleranzen in Nanometern gemessen werden.
Präzisionslasersysteme, einschließlich Femtosekunden- und Pikosekunden-Laserplattformen, bei denen die Stabilität des Strahlpfads davon abhängt, dass der mechanische Tisch darunter völlig ruhig bleibt und sich reibungslos bewegt, wenn er sich bewegt.
Linearmotor-XY-Tische, die in allen Bereichen eingesetzt werden, von Leiterplatten-Bohrgeräten bis hin zu Batteriezellen-Inspektionslinien.
Der Trade-Wissenswert
Luftlager sind nicht umsonst - Sie benötigen eine saubere, trockene und regulierte Druckluftversorgung, und wenn diese Versorgung unterbrochen wird, können sich die Lageroberflächen direkt berühren, was im Allgemeinen etwas ist, das das System kurzzeitig aushält, auf das es sich aber nicht verlassen kann. Bei gleicher Tragfähigkeit sind die Anschaffungskosten tendenziell auch höher als bei mechanischen Lagern. Für Anwendungen, bei denen die Anforderungen an die Genauigkeit dies jedoch wirklich erfordern, gibt es kaum einen Ersatz -, und genau aus diesem Grund sind Luftlager in den letzten zwei Jahrzehnten nahezu zur Standardwahl in ultrapräzisen Bewegungssystemen geworden.