DE10013045A1

DE10013045A1 - Linear motor drive uses air-bearings for supporting mobile unit provided by slide and mobile linear motor element from guide body and/or stationary motor element

Info

Publication number: DE10013045A1
Application number: DE2000113045
Authority: DE
Inventors: Stefan Brueckl; Georg Slotta; Michael Muth
Original assignee: Aerolas GmbH
Current assignee: Aerolas GmbH
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-27

Abstract

The linear motor drive has a stationary guide body (2') and a relatively displaced slide (3), with at least one linear motor (8,9) positioned symmetrically relative to the displacement path. The linear motor has a stationary motor element and a mobile motor element connected to the slide, with the mobile unit provided by the slide and the mobile motor element supported by air-bearings (12,14,16,18) from the guide body and/or the stationary motor element. The effective centre of gravity of the driving forces of the linear motor coincides with the centre of gravity of the mobile unit.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb mit zumindest einem stationären Führungskörper und einem vom Führungskörper zumindest teilweise umgriffenen und entlang einer vom Führungskörper bestimmten Bewegungsbahn in Richtung seiner Längsachse translatorisch bewegbaren Schlitten.The invention relates to a linear drive with at least a stationary guide body and one from the guide body at least partially encircled and along one of the Guide body determined trajectory in the direction of its Longitudinal slide translationally movable.

Linearantriebe sind allgemein bekannt. Beim Beschleunigen und Abbremsen eines Linearantriebs wirken Momentenbelastungen auf den Schlitten, die daher rühren, daß die im Linearmotor erzeugten Beschleunigungskräfte über Stützlager und Führungslager des Schlittens abgestützt werden, so daß sich zwischen dem Angriffsort der Beschleunigungskräfte am Schlitten und dem Angriffsort der Abstützkräfte am Schlitten Biegespannungen aufbauen. Je höher die Beschleunigung des Linearantriebs ist, desto höher sind die auf den Schlitten wirkenden Momentenbelastungen, so daß ein Linearantrieb für hohe Beschleunigungen mit einem entsprechend steifen und damit auch schweren Schlitten ausgestattet werden muß, um eine Formänderung des Schlittens zu verhindern. Die damit verbundene hohe Masse des Schlittens steht aber der Erzielung einer hohen Beschleunigung wieder entgegen. Linear drives are generally known. When accelerating and Braking a linear drive affects moment loads the carriage that stirs that in the linear motor generated acceleration forces via support bearings and Guide bearing of the carriage are supported so that between the point of attack of the acceleration forces at Carriage and the location of the support forces on the carriage Build up bending stresses. The higher the acceleration of the Linear drive is, the higher are those on the sled acting moment loads, so that a linear drive for high accelerations with a correspondingly stiff and so that heavy sleds must be equipped to prevent a change in the shape of the slide. The one with it associated high mass of the sled is the achievement against a high acceleration again.

Um hohe Beschleunigungen eines Linearantriebs zu erzielen, ist es außerdem anzustreben, die Reibung in den Stützlagern und den Führungslagern des Schlittens zu minimieren. Im Gegensatz dazu können bei wälzgelagerten Führungen die Wälzkörper aufgrund ihrer Trägheit bei hohen Beschleunigungen nicht mehr gemäß ihrer Kinematik abrollen, sondern beginnen zu gleiten, wodurch an den Wälzlagern ein erhöhter Verschleiß auftritt. Der Linearantrieb besitzt daher bei hohen Beschleunigungen den entscheidenden Vorteil, daß er berührungslos arbeitet.To achieve high accelerations of a linear drive, it is also desirable to reduce the friction in the support bearings and to minimize the slide guide bearings. in the In contrast, the can be used with roller bearing guides Rolling elements due to their inertia at high accelerations no longer roll according to their kinematics, but start to slide, causing increased wear on the rolling bearings occurs. The linear drive therefore has high Accelerations the decisive advantage that he works without contact.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearantrieb mit zumindest einem ringförmigen, stationären Führungskörper und einem vom Führungskörper umgebenen und entlang einer vom Führungskörper bestimmten Bewegungsbahn in seiner Längsrichtung translatorisch bewegbaren Schlitten anzugeben, der für sehr hohe Beschleunigungen ausgelegt ist.It is the object of the present invention, one Linear drive with at least one annular, stationary Guide body and one surrounded by the guide body and along a movement path determined by the guide body in its longitudinal direction translationally movable carriage to be specified, which is designed for very high accelerations.

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst von einem Linearantrieb mit zumindest einem stationären Führungskörper und einem vom Führungskörper zumindest teilweise umgriffenen und entlang einer vom Führungskörper bestimmten Bewegungsbahn in Richtung seiner Längsachse translatorisch bewegbaren Schlitten, wobei der Schlitten mittels in den Innenflächen des Führungskörpers vorgesehener Gaslagerelemente berührungsfrei gelagert ist, wobei der Schlitten an zwei voneinander abgewandten Längsseiten mit jeweils zumindest einer Magnetanordnung versehen ist, die sich jeweils parallel zur Längsachse des Schlittens erstreckt, wobei zwei seitliche, zueinander parallele, stationäre, Spulen aufweisende Motorelemente vorgesehen sind, die jeweils einer Magnetanordnung gegenübergelegen sind, wobei die Magnetanordnungen, in Richtung der Längsachse des Schlittens gesehen, deutlich kürzer sind als die Motorelemente, so daß Motorelemente und Magnetanordnungen zwei parallel zueinander angeordnete Linearmotoren bilden.This object is achieved by one Linear drive with at least one stationary guide body and one at least partially encompassed by the guide body and along a path of movement determined by the guide body movable translationally in the direction of its longitudinal axis Carriage, the carriage by means of in the inner surfaces of the guide body provided gas bearing elements is mounted contact-free, the slide on two Long sides facing away from each other with at least a magnet arrangement is provided, each parallel extends to the longitudinal axis of the carriage, two lateral, parallel, stationary, coils having engine elements are provided, each one Magnet arrangement are opposite, the Magnet arrangements, in the direction of the longitudinal axis of the carriage seen, are significantly shorter than the motor elements, so that Motor elements and magnet arrangements two parallel to each other form arranged linear motors.

Durch die Lagerung des Schlittens mittels Gaslagerelementen innerhalb des Führungskörpers wird Reibung in den horizontal verlaufenden Stützlagern und den vertikal verlaufenden Führungslagern des Linearantriebs minimiert, so daß der Schlitten berührungsfrei bewegbar ist. Die seitliche Anordnung zweier parallel zueinander gelegener Linearmotoren sorgt dafür, daß die auf den Schlitten vom Linearmotor einwirkenden Kräfte auf beiden Seiten des Schlittens gleichzeitig und gleichmäßig angreifen, so daß Momente um die Hochachse des Schlittens, die bei einem einseitig angebrachten Linearmotor auftreten würden, vermieden werden. Allein durch diese beidseitige symmetrische Anordnung der Linearmotoren wird bereits ein Verkanten des Schlittens in den Führungslagern (Gierbewegung) vermieden. Der Aufbau der Linearmotoren mit den stationär angeordneten, die Spulen aufweisenden Motorelementen und den am Schlitten angebrachten Permanentmagnetanordnungen ermöglicht, daß alle Versorgungsleitungen für die Linearmotoren (Stromversorgung, Wasserkühlung) sowie die Versorgungsleitungen für Druckgas für die in den stationären Führungskörpern befindlichen Gaslagerelemente gestellfest sind und somit nicht bewegt werden müssen. Der Schlitten kann daher äußerst leicht aufgebaut werden, so daß sehr hohe Beschleunigungen des Schlittens möglich sind.By storing the slide using gas bearing elements inside the guide body there is friction in the horizontal running support bearings and the vertically running Guide bearings of the linear drive minimized so that the The carriage can be moved without contact. The side Arrangement of two parallel linear motors ensures that the on the slide from the linear motor forces acting on both sides of the carriage attack simultaneously and evenly, so that moments around the Vertical axis of the sled, one-sided attached linear motor would be avoided. Simply by this symmetrical arrangement of the two sides Linear motors will already tilt the slide in the guide bearings (yaw movement) avoided. The structure of the Linear motors with the stationary arranged, the coils having motor elements and those attached to the slide Permanent magnet arrangements allow everyone Supply lines for the linear motors (power supply, Water cooling) and the supply lines for compressed gas for those in the stationary guide bodies Gas bearing elements are fixed to the frame and therefore not moved Need to become. The sled can therefore be extremely light be built up so that very high accelerations of the Sledges are possible.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Führungskörper U-förmige Gestalt auf und umgreift den Schlitten an drei Seiten und der Schlitten ist gegenüber dem Führungskörper unterdruckvorgespannt. Diese Unterdruckvorspannung, die durch ein an Bereiche der Innenfläche des mittleren Schenkels des U-förmigen Führungskörpers oder an separat vorgesehene Unterdrucklager angelegtes Vakuum erfolgen kann, verhindert ein Abheben des Schlittens vom Führungskörper, da durch die Unterdruckvorspannung die im Stützlager entstehenden Gasdruck-Abstoßungskräfte durch die vom Unterdruck erzeugten Anziehungskräfte kompensiert werden.In an advantageous embodiment, the Guide body U-shaped shape and encompasses the Sled on three sides and the sled is opposite to that Guide body preloaded under vacuum. This Vacuum preload created by areas of the Inner surface of the middle leg of the U-shaped Guide body or to separately provided vacuum bearings applied vacuum prevents lifting of the Slide from the guide body, because of the Vacuum preload that occurs in the support bearing Gas pressure repulsive forces by those generated by the negative pressure Attractive forces can be compensated.

Alternativ weist der Führungskörper ringförmige Gestalt auf und umgreift den Schlitten umfangsmäßig, wobei dann keine Unterdruckvorspannungs-Lagerung erforderlich ist.Alternatively, the guide body has an annular shape and encompasses the carriage circumferentially, in which case none Vacuum preload storage is required.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich eine Verbindungslinie der jeweiligen Wirkungsschwerpunkte der beidseitig vom Schlitten angeordneten Linearmotoren, im Querschnitt des Schlittens betrachtet, durch den Schwerpunkt des Schlittens erstreckt. Durch diese Lage der gemeinsamen Mittelebene der beiden links und rechts vom Schlitten befindlichen Linearmotoren wird gewährleistet, daß die auf den Schlitten vom Linearmotor einwirkenden Kräfte beim Beschleunigen keine Momente um die Querachse des Schlittens hervorrufen, so daß ein Verkanten des Schlittens auf den horizontal verlaufenden Stützlagern (Nickbewegung) ebenfalls ausgeschlossen ist. Der auf diese Weise konstruierte erfindungsgemäße Linearantrieb ermöglicht somit eine Beschleunigung des Schlittens ohne Nick- und Gierbewegungen des Schlittens, so daß keine Momentenlasten auf den Schlitten wirken. Dies wiederum ermöglicht es, den Schlitten leicht zu bauen, wodurch ein Erreichen hoher Beschleunigungen des Linearantriebs weiter erleichtert wird.It is particularly advantageous if there is a connecting line the respective focal points of action on both sides of Linear motors arranged in slide, in cross section of the Sled viewed through the center of gravity of the sled extends. Due to this location of the common middle level of the both to the left and right of the sled Linear motors ensure that the on the carriage forces acting on the linear motor when accelerating none Cause moments around the cross axis of the carriage so that tilting of the sled on the horizontal Support bearings (pitching movement) is also excluded. The linear drive according to the invention constructed in this way thus enables the sled to be accelerated without Nodding and yawing movements of the sled so that none Moment loads act on the sled. this in turn allows the sled to be built easily, creating a Reaching high accelerations of the linear drive continues is facilitated.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Führungskörper vorgesehen, von denen einer im Bereich eines jeweiligen ersten Endes der parallel angeordneten Motorelemente und der andere im Bereich des jeweiligen zweiten Endes der parallel angeordneten Motorelemente vorgesehen ist, wobei beide Führungskörper koaxial miteinander ausgerichtet sind und wobei die Längserstreckung des Schlittens größer ist als der Abstand zwischen den beiden Führungskörpern. Diese Ausführungsform sorgt für eine hochpräzise Lagerung des Schlittens und ermöglicht einen Translationsweg des Schlittens, der der Länge eines Motorelements abzüglich der Länge einer Magnetanordnung entspricht. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für Linearantriebe geeignet, die äußerst schnelle und stark beschleunigte Hubbewegungen durchführen müssen, wie dies beispielsweise in Bestückungsautomaten für die Fertigungstechnik oder in der Meßtechnik erforderlich ist.In a preferred embodiment there are two guide bodies provided, one of which is in the range of each first of the parallel engine elements and the others in the area of the respective second end of the parallel arranged motor elements is provided, both Guide bodies are coaxially aligned and the longitudinal extent of the slide being greater than that Distance between the two guide bodies. This Embodiment ensures high-precision storage of the Carriage and enables a translation path of the Carriage, the length of a motor element minus the Length corresponds to a magnet arrangement. This configuration is particularly suitable for linear drives that are extremely perform fast and strongly accelerated lifting movements need, as for example in pick and place machines for the manufacturing technology or measurement technology required is.

Vorzugsweise ist der Schlitten als Hohlrohr ausgebildet, wodurch aufgrund dieser Materialeinsparung eine weitere Gewichtsreduzierung des Schlittens ermöglicht wird. Das Hohlrohr des Schlittens kann dabei aus Leichtmetall oder aus einem Verbundwerkstoff wie einem Kohlefaser-Verbundwerkstoff oder einem Glasfaser-Verbundwerkstoff bestehen, wodurch noch eine weitere Gewichtsreduzierung erreicht werden kann.The slide is preferably designed as a hollow tube, which due to this material saving another Weight reduction of the sled is made possible. The Hollow tube of the slide can be made of light metal or a composite such as a carbon fiber composite or a fiberglass composite, which still a further weight reduction can be achieved.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Schlitten einen rechteckigen, vorzugsweise quadratischen, Querschnitt auf und auch der beziehungsweise die Führungskörper ist beziehungsweise sind als Rechteck-U beziehungsweise als Rechteckring, vorzugsweise als Quadratring, mit einem an den Querschnitt des Schlittens angepaßten Öffnungsquerschnitt zur Aufnahme des Schlittens ausgebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, daß der Schlitten verdrehungsfrei translatorisch bewegbar ist.In an advantageous embodiment, the carriage has a rectangular, preferably square, cross section on and also the leadership body (s) or are as rectangle U or as Rectangular ring, preferably as a square ring, with one on the Cross-section of the slide adapted opening cross-section for Recording the sled trained. This configuration enables the carriage to be twisted is translationally movable.

Vorzugsweise umfassen die Motorelemente eisenbehaftete Spulen.The motor elements preferably comprise iron-bearing ones Do the washing up.

Die Motorelemente sind in einer bevorzugten Ausführungsform fluidgekühlt, vorzugsweise wassergekühlt, wodurch vermieden wird, daß eine Aufheizung der Motorelemente auftritt, die wiederum durch Strahlungswärme eine Aufheizung und damit eine Verformung des Schlittens und der Führungskörper bewirken würde. Da der dünnwandige Schlitten aus anderem Material besteht als die Führungskörper würde bei einer Aufheizung dieser Elemente eine ungleichmäßige Wärmeausdehnung auftreten, so daß eine sichere Lagerung und Führung des Schlittens in den Führungskörpern nicht mehr gewährleistet sein könnte. Eine Fluidkühlung der Motorelemente vermeidet diese Problematik.The motor elements are in a preferred embodiment fluid cooled, preferably water cooled, thereby avoiding is that heating of the engine elements occurs, the in turn, heating up by radiant heat and thus one Deform the carriage and the guide body would. Because the thin-walled sled made of a different material exists when the guide body would heat up uneven thermal expansion of these elements occur so that safe storage and management of the Carriage no longer guaranteed in the guide bodies could be. Avoids fluid cooling of the motor elements this problem.

In einer bevorzugten Weiterbildung weisen die Gaslagerelemente in ihrer jeweiligen Lagerfläche eine Mehrzahl von Gasaustrittsdüsen auf, die von einem Druckgas beaufschlagt sind, so daß ein aus den Gasaustrittsdüsen austretender Gasstrom ein homogenes Gaspolster zwischen dem jeweiligen Gaslagerelement und der jeweiligen Oberfläche des Schlittens bildet. Als Gas wird vorzugsweise Druckluft verwendet.In a preferred development, the Gas bearing elements in their respective storage area Plurality of gas outlet nozzles on by a pressurized gas are acted upon so that one from the gas outlet nozzles escaping gas flow a homogeneous gas cushion between the respective gas bearing element and the respective surface of the Sledge forms. Compressed air is preferably used as the gas used.

Vorzugsweise sind dabei die Gasaustrittsdüsen in der Lagerfläche eines jeweiligen Gaslagerelements von mittels eines energiereichen Strahls gebohrten Mikrolöchern gebildet, die vorzugsweise kegelförmig ausgebildet sind, wobei deren engster Querschnitt an der Mündung in die Lagerfläche gelegen ist. Diese von Mikrolöchern gebildeten Gasaustrittsdüsen sorgen für ein äußerst gleichmäßiges und homogenes Gaspolster. Diese Ausgestaltung der Gasaustrittsdüsen, die an sich bereits aus der DE 44 36 156 C1 bekannt ist, besitzt den Vorteil, daß der Luftverbrauch der Einzeldüsen äußert niedrig ist und daß eine große Anzahl Düsen für eine hohe statische Tragkraft in den Lagerkörper eingebracht werden kann, ohne dadurch den Gesamtgasverbrauch in unwirtschaftliche Bereiche steigen zu lassen. The gas outlet nozzles are preferably in the Storage area of a respective gas storage element by means of an energetic beam of drilled microholes, which are preferably conical, their narrowest cross-section located at the mouth of the storage area is. These gas outlet nozzles formed by microholes ensure an extremely even and homogeneous Gas cushion. This design of the gas outlet nozzles that is already known from DE 44 36 156 C1, has the Advantage that the air consumption of the individual nozzles is extremely low is and that a large number of nozzles for a high static Load capacity can be introduced into the bearing body without thereby the total gas consumption in uneconomical areas to let go.

Vorzugsweise werden die beiden seitlichen Linearmotoren von einer gemeinsamen Regelungseinrichtung beaufschlagt. Dadurch werden regelungsbedingte Asymmetrien im Antriebs- und Beschleunigungsverhalten der beiden Linearmotoren vermieden, was zusätzlich für eine Vermeidung von Momenten im Schlitten sorgt.The two lateral linear motors are preferably of a common control device. Thereby are asymmetries in the drive and Acceleration behavior of the two linear motors avoided what additional for avoiding moments in the sled worries.

Des weiteren ist es von Vorteil, wenn der Schlitten an einer Außenfläche mit einem Maßstab versehen ist, der sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Schlittens in Richtung der Längsachse erstreckt, wobei dem Maßstab gegenüber gelegen zumindest ein gestellfester Lesekopf zur Abtastung der Einteilung des Maßstabs angeordnet ist und wobei das vom Lesekopf gebildete Signal an die Regelungseinrichtung zur Regelung des Vorschubs des Schlittens geleitet wird. Durch diese Integration des Maßstabs in den Schlitten wird dieser an einer idealen Lage positioniert, da zwischen dem Maßstab und dem bewegten Schlitten keine zusätzlichen Elemente vorgesehen sind, die eine unerwünschte Elastizität in das aus Schlitten und Maßstab gebildete bewegte System einbringen könnten, so daß die Regelung des Schlittenvorschubs mit minimierter Dämpfung erfolgen kann.Furthermore, it is advantageous if the carriage on one Outside surface is provided with a scale that is preferably over the entire length of the slide in Extends in the direction of the longitudinal axis, the scale Opposite, at least one read head fixed to the frame Scanning the graduation of the scale is arranged and the signal formed by the read head to the Control device for regulating the feed of the Sled is headed. By integrating the The scale in the sled will be at an ideal location positioned because between the scale and the moving Sled no additional elements are provided that an undesirable elasticity in that from sledges and Moving system formed scale could introduce, so that the regulation of the carriage feed with minimized damping can be done.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in dieser zeigt:The invention is described below using an example Reference to the drawing explained in more detail in this shows:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Linearantriebs, Fig. 1 is a perspective view of a linear actuator according to the invention,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Linearantrieb und Fig. 2 is a plan view of a linear drive according to the invention and

Fig. 3 eine Rückansicht des erfindungsgemäßen Linearantriebs in Richtung des Pfeiles III in Fig. 1. Fig. 3 is a rear view of the linear actuator according to the invention in the direction of arrow III in FIG. 1.

In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Linearantriebs dargestellt. Ein aus einem Vierkantrohr mit quadratischen Querschnitt bestehender Schlitten 3 ist axial verfahrbar in zwei in Axialrichtung voneinander beabstandeten Führungskörpern 2, 2' mittels horizontaler und vertikaler Gasdrucklager gelagert. An seiner Vorderseite ist der Schlitten 3 mit einer zu bewegenden Nutzlast 10 versehen. Im dargestellten Beispiel ist dies ein Hohlspiegel.In Fig. 1 a perspective view is shown of a linear actuator according to the invention. A carriage 3 consisting of a square tube with a square cross section is axially movable in two axially spaced guide bodies 2 , 2 'by means of horizontal and vertical gas pressure bearings. On its front side, the carriage 3 is provided with a payload 10 to be moved. In the example shown, this is a concave mirror.

Zwischen dem vorderen Führungskörper 2 und dem hinteren Führungskörper 2' sind, parallel zum Schlitten 3, ein linkes Motorelement 4 und ein rechtes Motorelement 5 vorgesehen, die, wie die Führungskörper 2, 2', stationär sind. Das erste, vordere Ende 4', 5' des jeweiligen Motorelements 4, 5 ist dem vorderen Führungskörper 2 benachbart gelegen und das zweite, hintere Ende 4", 5" des jeweiligen Motorelements 4, 5 ist dem hinteren Führungskörper benachbart gelegen.Between the front guide body 2 and the rear guide body 2 ', a left motor element 4 and a right motor element 5 are provided, parallel to the slide 3 , which, like the guide bodies 2 , 2 ', are stationary. The first, front end 4 ', 5 ' of the respective motor element 4 , 5 is located adjacent to the front guide body 2 and the second, rear end 4 ", 5 " of the respective motor element 4 , 5 is located adjacent to the rear guide body.

In den Führungskörpern 4, 5 sind in dem Fachmann bekannter Weise Erregerspulen eines Linearantriebs vorgesehen. Des weiteren sind die Motorelemente 4, 5 wassergekühlt. Die Anschlüsse für die Stromversorgung und die Wasserversorgung der Motorelemente 4, 5 sind zur Vereinfachung in den Zeichnungen nicht dargestellt.Excitation coils of a linear drive are provided in the guide bodies 4 , 5 in a manner known to those skilled in the art. Furthermore, the motor elements 4 , 5 are water-cooled. The connections for the power supply and the water supply of the motor elements 4 , 5 are not shown in the drawings for simplicity.

Zwischen den Motorelementen 4, 5 und dem Schlitten 3 sind Magnetanordnungen 6, 7 vorgesehen, die am Schlitten 3 befestigt sind und die sich mit diesem bewegen können. Zwischen den seitlichen die Flächen der Magnetanordnungen 6, 7 und der zum Schlitten 3 weisenden inneren Fläche des jeweiligen Motorelements 4, 5 ist ein Luftspalt gebildet.Between the motor elements 4 , 5 and the carriage 3 , magnet arrangements 6 , 7 are provided which are fastened to the carriage 3 and which can move with it. An air gap is formed between the lateral surfaces of the magnet arrangements 6 , 7 and the inner surface of the respective motor element 4 , 5 facing the slide 3 .

Die Länge 1 der Magnetanordnungen 6, 7, in Richtung der Schlittenachse Z gesehen, ist kürzer als die Länge L eines Motorelement 4, 5, so daß sich der Schlitten 3 zwischen den Führungskörpern 2, 2' in Axialrichtung hin- und herbewegen kann. In den Fig. 1 und 2 ist der Schlitten in seiner nach vorne maximal ausgefahrenen Position gezeigt.The length 1 of the magnet arrangements 6 , 7 , seen in the direction of the slide axis Z, is shorter than the length L of a motor element 4 , 5 , so that the slide 3 can move back and forth between the guide bodies 2 , 2 'in the axial direction. In Figs. 1 and 2, the carriage is shown in its maximum forward extended position.

Das jeweilige Motorelement 4, 5 und die diesen zugeordnete Magnetanordnung 6, 7 bilden jeweils einen Linearmotor 8, 9. Die Anordnung der Linearmotoren 8, 9, des Schlittens 3 und der Führungskörper 2, 2' ist spiegelsymmetrisch zu einer durch die Schlittenachse Z verlaufenden Symmetrieebene Y, die im gezeigten Beispiel vertikal verläuft.The respective motor element 4 , 5 and the magnet arrangement 6 , 7 assigned to them each form a linear motor 8 , 9 . The arrangement of the linear motors 8 , 9 , the slide 3 and the guide body 2 , 2 'is mirror-symmetrical to a plane of symmetry Y running through the slide axis Z, which in the example shown runs vertically.

In Fig. 2 ist zu sehen, daß die Magnetanordnungen 6, 7 aus einem am Schlitten 3 angebrachten Magnetträger 6', 7' sowie aus einer Mehrzahl von Magneten 6", 7" bestehen, die auf der vom Schlitten 3 abgewandten Außenseite des jeweiligen Magnetträgers 6', 7' in Axialrichtung nebeneinander angeordnet sind. Die jeweilige Magnetanordnung 6, 7 bildet mit dem jeweiligen Motorelement 4, 5 einen Linearmotor 8, 9.In Fig. 2 it can be seen that the magnet arrangements 6 , 7 consist of a magnet carrier 6 ', 7 ' attached to the carriage 3 and a plurality of magnets 6 ", 7 " which are on the outside of the respective magnet carrier facing away from the carriage 3 6 ', 7 ' are arranged side by side in the axial direction. The respective magnet arrangement 6 , 7 forms a linear motor 8 , 9 with the respective motor element 4 , 5 .

Jeder Linearmotor 8, 9 besitzt, im Querschnitt gesehen, jeweils einen Wirkungsschwerpunkt S₁, S₂, in welchem die Antriebskräfte auf die jeweils zugeordnete Magnetanordnung 6, 7 und damit auf dien Schlitten 3 wirken. Unter einem Wirkungsschwerpunkt S₁, S₂ wird der Punkt verstanden, an dem die Resultierende der im Linearmotor 6, 7 auf die jeweils zugehörige Magnetanordnung 6, 7 einwirkenden Antriebskräfte angreift.Viewed in cross section, each linear motor 8 , 9 has a center of action S ₁ , S ₂ , in which the driving forces act on the respectively associated magnet arrangement 6 , 7 and thus on the slide 3 . A focus of action S ₁ , S ₂ is understood to mean the point at which the resultant of the driving forces acting in the linear motor 6 , 7 acts on the associated magnet arrangement 6 , 7 .

Die Verbindungslinie V des Wirkungsschwerpunktes S₁ des linken Linearmotors und des Wirkungsschwerpunktes S₂ des rechten Linearmotors verläuft im gezeigten Beispiel horizontal, und erstreckt sich durch den Schwerpunkt S₀ des Schlittens 3. Räumlich betrachtet bilden die jeweiligen Wirkungsschwerpunkte S₁, S₂ des jeweiligen Linearmotors 8, 9 jeweils eine Gerade WL₁, WL₂, die sich im gezeigten Beispiel parallel zur Längsachse Z des Schlittens 3 erstreckt, so daß beim gezeigten Beispiel die räumliche Bedingung gilt, daß die Verbindungsebene der jeweiligen Wirkungsschwerpunktsgeraden WL₁ und WL₂ durch die von Querschnitts-Schwerpunkten S₀ des Schlittens 3 gebildete, ebenfalls zur Längsachse Z parallele Schwerpunktslinie WL₀ erstreckt. Hierdurch wird gewährleistet, daß beim Beschleunigen des Schlittens keine Nickmomente entstehen.The connecting line V of the center of action S _{1 of} the left linear motor and the center of action S _{2 of} the right linear motor runs horizontally in the example shown, and extends through the center of gravity S _{0 of} the slide 3 . Spatially, the respective centers of action S ₁ , S _{2 of} the respective linear motor 8 , 9 each form a straight line WL ₁ , WL ₂ , which in the example shown extends parallel to the longitudinal axis Z of the slide 3 , so that the spatial condition applies in the example shown, that the connecting plane of the respective line of focus WL ₁ and WL ₂ extends through the center of gravity line WL ₀ formed by cross-sectional center of gravity S _{0 of} the carriage 3 and also parallel to the longitudinal axis Z. This ensures that there are no pitching moments when the sled is accelerated.

Die Ansicht der Fig. 3 zeigt auch die Lage der Gaslagerelemente 12, 14, 18, 16. Obwohl in Fig. 3 nur der hintere Führungskörper 2' zu sehen ist, gilt der nachfolgend beschriebene Aufbau auch für den vorderen Führungskörper 2.The view in FIG. 3 also shows the position of the gas bearing elements 12 , 14 , 18 , 16 . Although only the rear guide body 2 'can be seen in FIG. 3, the structure described below also applies to the front guide body 2 .

Die Gaslagerelemente 12, 14, 16, 18 sind auf den Innenflächen des quadratringförmigen Führungskörpers 2' vorgesehen. Ein oberes Gaslagerelement 12 und ein unteres Gaslagerelement 16 verlaufen horizontal und ein rechtes Gaslagerelement 14 sowie ein linkes Gaslagerelement 18 verlaufen vertikal. Die - nicht gezeigten - Gasaustrittsdüsen der Gaslagerelemente 12, 14, 16, 18 weisen in Richtung der zugeordneten oberen, unteren, linken beziehungsweise rechten Seitenfläche des im Querschnitt quadratischen Schlittens 3. Die Gaslagerelemente 12, 14, 16, 18 können entweder als eigenständige Bauteile auf die zugeordnete Innenfläche eines Führungskörpers mit entsprechend größer ausgebildeter Durchtrittsöffnung aufgebracht sein, sie können aber auch integral in den Führungskörper eingearbeitet sein.The gas bearing elements 12 , 14 , 16 , 18 are provided on the inner surfaces of the square ring-shaped guide body 2 '. An upper gas bearing element 12 and a lower gas bearing element 16 run horizontally and a right gas bearing element 14 and a left gas bearing element 18 run vertically. The gas outlet nozzles (not shown) of the gas bearing elements 12 , 14 , 16 , 18 point in the direction of the assigned upper, lower, left or right side surface of the slide 3 which is square in cross section. The gas bearing elements 12 , 14 , 16 , 18 can either be applied as independent components to the associated inner surface of a guide body with a correspondingly larger passage opening, but they can also be integrally incorporated into the guide body.

Der Schlitten 3 ist an seiner Unterseite mit einem Maßstab 20 versehen, der entweder steif und fest mit dem Schlitten 3 verbunden ist oder der an der unteren Fläche des Schlittens 3 unmittelbar aufgebracht ist. Bei dem Maßstab 20 handelt es sich vorzugsweise um einen Linearmaßstab mit einer Vielzahl von gleich voneinander beabstandeten Einteilungen. Unterhalb des Schlittens 3 ist zumindest ein Lesekopf 22 gestellfest und damit stationär angeordnet, der die Einteilungen des Maßstabs 20 erfaßt, wenn sich der Schlitten 3 über den Lesekopf 22 bewegt und der daraus ein Signal für die Bewegung des Schlittens 3 bildet, welches an eine - nicht gezeigte - Regelungseinrichtung für den Schlittenvorschub geleitet wird. Auf diese Weise kann der Schlitten 3 mit einer sehr hohen Genauigkeit sowohl bezüglich der Wegstrecke als auch bezüglich der Geschwindigkeit verfahren werden. Diese stationäre Anordnung des Lesekopfes 22 besitzt den Vorteil, daß keine bewegten Kabelverbindungen für die Spannungsversorgung zum und die Datenübertragung vom Lesekopf 22 erforderlich sind, wie dies sonst der Fall wäre, wenn der Lesekopf 22 am bewegten Schlitten 3 angebracht wäre.The carriage 3 is provided on its underside with a scale 20 which is either rigidly and firmly connected to the carriage 3 or which is applied directly to the lower surface of the carriage 3 . The scale 20 is preferably a linear scale with a large number of equally spaced graduations. Below the carriage 3 , at least one reading head 22 is fixed to the frame and thus stationary, which detects the graduations of the scale 20 when the carriage 3 moves over the reading head 22 and which forms a signal for the movement of the carriage 3 , which signals a not shown - control device for the carriage feed is directed. In this way, the carriage 3 can be moved with a very high accuracy both with regard to the distance and with regard to the speed. This stationary arrangement of the read head 22 has the advantage that no moving cable connections for the voltage supply to and the data transmission from the read head 22 are required, as would otherwise be the case if the read head 22 were attached to the moving carriage 3 .

Die Führungskörper können auch U-förmig ausgebildet sein, wobei der Schlitten dann über von Unterdruck beaufschlagte Gaslagerelemente im jeweiligen mittleren Schenkel der U-förmigen Führungskörper gegen den Führungskörper vorgespannt wird, um ein Abheben des Schlittens vom Führungskörper zu verhindern. Alternativ können die dort vorgesehenen Gaslagerelemente auch als kombinierte Überdruck-/Unterdrucklager ausgebildet sein.The guide bodies can also be U-shaped, the carriage then being pressurized by vacuum Gas bearing elements in the respective middle leg of the U-shaped guide body against the guide body is biased to lift the slide from the To prevent the guide body. Alternatively, they can be there provided gas storage elements as a combined Overpressure / vacuum bearing be formed.

Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, die lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dienen. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen. The invention is not based on the above embodiments limited, which is only the general explanation of the Core idea of the invention serve. As part of the Rather, the scope of the device according to the invention can also other than the embodiments described above accept. The device can, in particular, have features have a combination of the respective Represent individual features of the claims.

Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken. Reference signs in the claims, the description and the Drawings are only for a better understanding of the Invention and are not intended to limit the scope.

Reference list

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Linearantrieb
linear actuator

22

Führungskörper
Guide body

22

' Führungskörper
'' Guide body

33rd

Schlitten
carriage

44

linkes Motorelement
left engine element

44

' linkes vorderes Ende
'left front end

44

" linkes hinteres Ende
"left rear end

55

rechtes Motorelement
right engine element

55

' rechtes vorderes Ende
'right front end

55

" rechtes hinteres Ende
"right rear end

66

linke Magnetanordnung
left magnet arrangement

66

' linker Magnetträger
'' left magnetic carrier

66

" Magnet
"Magnet

77

rechte Magnetanordnung
right magnet arrangement

77

' rechter Magnetträger
'right magnetic carrier

77

" Magnet
"Magnet

88th

linker Linearmotor
left linear motor

99

rechter Linearmotor
right linear motor

1010th

Nutzlast
payload

1212th

oberes horizontales Gaslagerelement
upper horizontal gas bearing element

1414

rechtes vertikales Gaslagerelement
right vertical gas bearing element

1616

unteres horizontales Gaslagerelement
lower horizontal gas bearing element

1818th

linkes vertikales Gaslagerelement
left vertical gas bearing element

2020th

Maßstab
scale

2222

Lesekopf
S₀ Read head
S ₀

Schwerpunkt
S₁ main emphasis
S ₁

Wirkungsschwerpunkt
S₂ Main focus
S ₂

Wirkungsschwerpunkt
V Verbindungslinie
WL₁ Main focus
V connecting line
WL ₁

Wirkungsschwerpunktsgerade
WL₂ Straight line of action
WL ₂

Wirkungsschwerpunktsgerade
Y Symmetrieebene
Z Achse
Straight line of action
Y plane of symmetry
Z axis

Claims

1. Linear actuator (1) having at least 'and the guide body (2, 2 a stationary guide body (2, 2)') at least partially embraced and along one of the guide body (2, 2 ') given movement path in the direction of its longitudinal axis (Z) translatable carriage ( 3 ),

the slide ( 3 ) is mounted contact-free by means of gas bearing elements ( 12 , 14 , 16 , 18 ) provided in the inner surfaces of the guide body ( 2 , 2 '),
the slide ( 3 ) is provided on two longitudinal sides facing away from each other with at least one magnet arrangement ( 6 , 7 ), each of which extends parallel to the longitudinal axis (Z) of the slide,
- Two lateral, mutually parallel, stationary, coil-containing motor elements ( 4 , 5 ) are provided, each of which is opposite a magnet arrangement ( 6 , 7 ),
- The magnet arrangements ( 6 , 7 ), seen in the direction of the longitudinal axis (Z) of the slide, are significantly shorter than the motor elements ( 4 , 5 ), so that motor elements ( 4 , 5 ) and magnet arrangements ( 6 , 7 ) two in parallel form linear motors ( 8 , 9 ) arranged to each other.

2. Linear drive according to claim 1, characterized in that the guide body ( 2 , 2 ') has a U-shaped shape and engages around the carriage ( 3 ) on three sides and that the carriage ( 3 ) relative to the guide body ( 2 , 2 ') is vacuum-biased.

3. Linear drive according to claim 1, characterized in that the guide body ( 2 , 2 ') has an annular shape and surrounds the carriage ( 3 ) circumferentially.

4. Linear drive according to one of claims 1 to 3, characterized in that there is a connecting line (V) of the respective centers of action (S ₁ , S ₂ ) of the linear motors ( 8 , 9 ) arranged on both sides of the slide ( 3 ), in cross section of the slide ( 3 ) viewed, extends through the center of gravity (S ₀ ) of the carriage ( 3 ).

5. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in

- That two guide bodies ( 2 , 2 ') are provided, one of which ( 2 ) in the area of a respective first end ( 4 ', 5 ') of the parallel arranged motor elements ( 4 , 5 ) and the other ( 2 ') in the area the respective second end ( 4 ", 5 ") of the parallel arranged motor elements ( 4 , 5 ) is provided, both guide bodies ( 2 , 2 ') being aligned coaxially with one another, and
- That the longitudinal extent of the carriage ( 3 ) is greater than the distance between the two guide bodies ( 2 , 2 ').

6. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the carriage ( 3 ) is designed as a hollow tube.

7. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the slide ( 3 ) has a rectangular, preferably square, cross-section and that the guide body (s ) ( 2 , 2 ') as a rectangular U or as a rectangular ring, preferably as a square ring, is or are designed with an opening cross section adapted to the cross section of the slide ( 3 ) for receiving the slide ( 3 ).

8. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the motor elements ( 4 , 5 ) comprise iron-covered coils.

9. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the motor elements ( 4 , 5 ) are fluid-cooled, preferably water-cooled.

10. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the gas bearing elements ( 12 , 14 , 16 , 18 ) have in their respective bearing surface a plurality of gas outlet nozzles, which are acted upon by a compressed gas, so that a gas stream emerging from the gas outlet nozzles forms a homogeneous gas cushion between the respective gas bearing element ( 12 , 14 , 16 , 18 ) and the respective surface of the slide ( 3 ).

11. Linear drive according to claim 10, characterized in that the gas outlet nozzles in the bearing surface of a respective gas bearing element ( 12 , 14 , 16 , 18 ) are formed by micro-holes drilled by means of a high-energy beam, which are preferably conical, the narrowest cross-section of which Estuary is located in the storage area.

12. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the two lateral linear motors ( 8 , 9 ) are acted upon by a common control device.

13. Linear drive according to claim 12, characterized in

- That the carriage ( 3 ) is provided on an outer surface with a scale (20), which preferably extends over the entire length of the carriage ( 3 ) in the direction of the longitudinal axis (Z),
- That the scale (20) opposite at least one frame-fixed read head ( 22 ) for scanning the graduation of the scale (20) is arranged and
- That the signal formed by the reading head ( 22 ) is passed to the control device for controlling the feed of the carriage ( 3 ).