DE10219818A1 - Magnetisch gelagerter Transportwagen mit berührungslosem Antrieb durch Linearmotoren - Google Patents

Abstract

Lagerung eines Transportwagens durch Ausnutzung der abstoßenden Kräfte zwischen gleichpoligen Permanentmagneten, derart, daß längs der Fahrbahn permanentmagnetische Tragschienen - mindestens zwei - angeordnet sind. Diesen stehen Tragleisten am Fahrzeug gegenüber, deren Polarität so ist, daß sich gleiche Polaritäten an der Fahrbahn und am Fahrzeug gegenüberstehen. Das System befindet sich bei Symmetrie im labilen Gleichgewicht. Dieses wird durch kleine Führungsrollen aufrechterhalten. Der Antrieb des Fahrzeuges erfolgt durch Linearmotoren. Diese können so angeordnet sein, daß sie längs der gesamten Fahrstrecke vorhanden sind und dem Fahrzeug ständig eine antreibende Kraft zuführen oder so, daß einzelne Statoren in Abständen angeordnet sind, deren jeder dem Fahrzeug einen Antriebsimpuls verleiht, der ausreichend ist, bis zu folgendem Stator das Fahrzeug zu bewegen.

Description

• Transportwagen, sogenannte Carrier, werden beispielsweise in der Clean-Room- Technik mittels Reibrollen angetrieben. Zu diesem Zweck werden die Carrier auf einen zweispurigen Rollenbahn gelagert. In bestimmten Abständen befinden sich von einem Motor-häufig einem Gleichstrommotor-angetriebene Rollenpaare. Die Rollen übertragen mittels Reibung ihr am Umfang wirkendes Drehmoment auf die Unterseite des Carriers erteilen diesem einen Antriebsimpuls, so daß er sich in der gewünschten Fartrichtung bewegt. Die Reibrollen sind so angeordnet, daß noch vor Verlassen des ersten antreibenden Rollenpaares das folgende Rollenpaar zum Eingriff kommt. Diese Lösung hat zwei entscheidende Nachteile:
  
• 1. Zwischen den antreibenden Rollenpaaren und den entsprechenden Berührungsflächen des Carriers tritt ein Schlupf auf, der zum Verschleiß des Reibrollenbelages führt. Es entsteht eine Verunreinigung die durch die Filteranlage des Clean-Rooms zu beseitigen ist.
• 2. Die Gleichstrommotoren besitzen Kohlebürsten. Diese haben infolge der Kommutierungsvorgänge "Bürstenabrieb" der ebenfalls zur Verunreinigung des Clean-Rooms führen.
• Aus den genannten Gründen sind regelmäßige Reinigungszyklen erforderlich. Die Filteranlagen müßen geeignet sein, die genannten Verunreinigungen der Luft zu beseitigen.
• Dies Nachteile zu beseitigen ist die Absicht der nachfolgend beschriebenen Erfindung.
• Der Carrtier wird durch ein magnetisches Lagersystem getragen und geführt. Dieses ist so aufgebaut, daß unter Ausnutzung der abstoßenden Kräfte, die zwischen Magneten gleicher Polarität vorhanden sind der Carrier in einer bestimmten Höhe über einer stehenden Magnetanordnung schwebt. Je eine solche Anordnung befindet sich an den beiden Seiten der Fahrstrecke. An der Unterseite des Carriers befinden sich ebenfalls Magnete deren Polarität an der Unterseite gleich der Polarität der stehenden Magnetanordnung an deren Oberseite ist. Die zwischen den Magnetanordnungen auftretenden abstoßenden Kräfte bewirken, daß der Carrier berührungslos schwebt. Die Anordnung der Magnete ist derart, daß im stehenden Teil, also an der Fahrbahn, Permanentmagneten so angeordnet sind, daß sie eine nahtlose Magnetleiste bilden. Es ist dabei unerheblich welche Polarität die beiden magnetleisten an deren Oberseite besitzen. Sie kann
  an beiden Leisten gleiche oder ungleich Polarität haben. Es kann also so sein, daß beide Magnetleisten oben einen Nord- oder Südpol haben oder, daß eine Leiste oben einen Nord- und die andere einen Südpol hat. Die Polarität der Magneten im Carrier ist dann jeweils entgegengesetzt.
• Die Tragkraft der Magnetanordnung wird durch die Größen des Luftspaltes zwischen den Magneten in der stehenden Leisten und denen im Carrier, den magnetischen Eigenschaften der verwendeten Permanentmagneten und deren goeometrische Abmessungen und deren geometrischer Anordnung bestimmt. Es sind die folgenden geometrischen Anordnungen möglich:
  eine Magnetleiste bestehend aus einem Magneten (Fig. 1).
  eine Magnetleiste bestehend aus zwei oder mehreren paralell liegenden Magneten ohne oder mit Zwischenraum (Fig. 2).
• Entsprechende Magnetanordnungen werden auch im Carrier verwendet. Dabei muß nicht die Geometrie im Carrier und in den Magnetleisten übereinstimmen. Das Tragsystem beruht auf abstoßenden Kräften im magnetischen Feld. Daher befindet es sich in einem labilen Gleiuchgewichtszustand, wenn Magnetleisten und Carrier symmetrisch zueinander stehen. Ist diese Symmetrie nicht vorhanden, so treten Kräfte senkrecht zur Bewegungsrichtung auf. Diese müßen kompensiert werden. Zu diesem Zweck werden Laufrollen verwendet (Fig. 3), die eine Abweichung von der Symmetrie verhindern. Da bei kleiner Unsymmetrie die Querkräfte im Bereich weit unter einem Newton liegen, sind die Laufrollen keinen nennenswerten Kräften unterworfen. Sie werden mit einem clean-roomgeeignetem Belag versehen. Diese Rollen arbeiten verschleißfrei.
• Der Antrieb des Carriers erfolgt mittels Linearmotoren. Hierzu wird ein Einfachstator- (Fig. 4) oder Doppelstatormotor (Fig. 5) verwendet. Die entsprechenden Statoren stehen z. B. zwischen den Tragleisten. Sie können auch seitlich außerhalb angeordnet werden. Das entsprechende Sekundärteil des Linearmotors wird so angeordnet, daß
  
• 1. Beim Einfachstator eine elektrisch leitfähige Platte der Statoroberfläche gegenübersteht Der Stator erzeugt bei Stromeinspeisung ein magnetisches Wanderfeld. Dieses induziert in der genannten Platte eine Spannung die einen Strom antreibt. Dessen Richtung liegt senkrecht zu der des Wanderfeldes. Die Wechselwirkung zwische Wanderfeld und besagtem Strom erzeugt eine Kraft die ihrerseits senkrecht auf den beiden genannten Größen steht und den Carrier antreibt.
  Um das magnetische Feld des Sators möglichst groß zu machen, wird im Carrier ein magnetischer Rückschluß vorgesehen. Dieser besteht aus einem Ferromagnetikum das massiv oder geblecht sein kann. \
  Der Antrieb des Carriers kann so erfolgen, daß Stator und Sekundärteil des Linearmotors ständig im Eingriff sind. Das bedeutet, daß z. B. der Stator oder das Sekundärteil eine Länge haben, die der der gesamten Fahrstrecke entspricht. In diesem Fall wird das Sekundärteil gemäß der Kennlinie des Motors (Fig. 6) auf die Geschwindigkeit beschleunigt, bei der antreibende Kraft und erforderliche Bewegungskraft des Carriers im Gleichgewicht sind. Die Kennlinie des Linearmotors kann durch Frequenz-, oder Spannungs- oder Frequenz-Spannungsstellung verändert werden (Fig. 6)
  Eine andere Variante ist der Pulsantrieb. Bei diesem ist die Länge des Sekundärteiles sehr kurz. Stehen sich Stator und Sekundärteil gegenüber, so tritt eine Antriebsimpuls auf, dessen Zeitdauer von der Längen des Stators und des Sekundärteiles bestimmt wird.
  Die erzeugte Geschwindigkeit ist dabei gemäß Impulssatz von der Schubkraft, der zu bewegenden Masse und der Einwirkungszeit der Schubkraft abhängig.
  
  m × v = F × t
  
  Die Einwirkungszeit wiederum wird von der Länge des Sekundärteiles bestimmt. Damit ist es möglich bei bekannten Größen m (Masse),. v (Geschwindigkeit), F (Kraft) und t (Einwirkzeit) die zu erreichende Fahrgeschwindigkeit durch konstruktive Maßnahmen ohne einen elektronischen Steller für Frequenz und Spannung auszukommen. Das gestattet den direkten Netzanschluß des Linearmotors.
• 2. Beim Doppelstatormotor ist ein Sekundärteil erforderlich das senkrecht am Carrier angebracht wird. Hier sind die erzeugbaren Kräft größer als beim Einfachstator. Im übrigen gelten die Feststellungen unter 1. Von Nachteil ist, daß das Sekundärteil nach unten in die Fahrbahn ragt und dort zusätzlichen Raum beansprucht.
  Es oist auch möglich einen Synchron-Linearmotor zu verwenden. In diesem Fall besteht das Sekundärteil aus einen Anordnung von Permanentmagneten, deren Polteilung der des Stators entspricht. Es ist allerding ein Meßsystem erforderlich, was es gestattet den Stator phasenrichtig mit Strom zu versorgen
Beschreibung der Erfindung (Fig. 7)
• Der zu bewegende Carrier besteht aus der Grundplatte (1). An deren Unterseite sind die Tragmagnete (2) angebracht. die denen, die entlang der Fahrstrecke (3) angeordnet sind, so gegenüber stehen, daß sich immer gleiche Polarität (N- N; S-S) gegnüberstehen. Diese liegen auf einem magnetischen Rückschluß (4) Die besagte Grundplatte (1) besteht eis elektrisch gut leitfähigem uns möglichst leichtem Material wie z. B. Kupfer oder besser Aluminium. Wird ein Einfachstator-Linearmotor verwendet, so kann dieser beispielsweise in der Carriermitte (in Fahrtrichtung gesehen) mit einem magnetischen Rückschluß (4) versehen werden. Dieser steht dem Stator des Linearmotors (5) gegenüber und sollte, um maximale Schubkraft zu erreichern, breiter als dieser sein.

Claims (14)

1. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, wobei diese sowohl ind Clean- Rooms als auch in anderer Umgebung eingesetzt werden und bei denen keine Abrieberscheinungen durch die Lagerung und die Antriebstechnik entstehen dürfen dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Transportwagen und deren Antrieb berührungslos mittels magnetischer Felder erfolgen

2. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 1 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion Lagerung mittels eines magnetischen Feldes welches die abstoßenden Kräfte zwischen magnetischen Polen gleicher Polarität nutzt wobei die Lagerung so erfolgt, daß permanentmagnetische Leisten beliebiger Zahl auf dem stehenden Teil der Fahrstrecke und am bewegten Teildem Carrier- so angeordnet werden, daß sich jeweils gleiche Polaritäten gegenüber stehen so daß die dadurch entstehenden abstoßenden Kräfte die Funktion Lagerung erfüllen wobei besagte Leisten symmetrisch zur Fahrtrichtungsmitte sich befinden.

3. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 2 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die sich im labilen Gleichgewicht befindlichen magnetischen Tragleisten vom stehenden und bewegtem Teil mittels Führungsrollen in der Symmetrieebene geführt werden, wobei die von diesen aufzubringenden Kräfte bei genau eingehaltener Symmetrie "Null" sind.

4. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 2 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Tragleisten innerhalb einer Tragleiste zwar gleiche Polarität haben jedoch diese von Leiste zu Leiste unterschiedlich sein kann.

5. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 1 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete einer Leiste in Querrichtung aus jeweils einem Magneten bestehen

6. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 2 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneten einer Leiste ind Querrichtung aus mehreren nebeneinander liegenden Magneten gleicher Polarität bestehen

7. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 6 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer zur Bewgungsrichtung liegenden Magnete in einem Abstand quer zur Bewegungsrichtung angeordnet sind.

8. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 1 und 3 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Führungsrollen zur Querstabilisierung geregelte elektromagnetische Anordnungen dia bewegte Teil gegenüber dem stehenden Teil so führen, daß dieses in der Symmetrieposition gehalten wird.

9. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 1 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß der berührungsfreie Antrieb durch Linearmotoren flacher asynchroner Bauweise erfolgt, wobei sich der Stator im stehenden Teil der Fahrbahn und das Sekundärteil im Bewegten Teil des Systems befindet.

10. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 9 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstatoranordnung verwendet wird, deren Stator mit den Nutöffnungen dem bewegten Teil gegenüber steht und dessen Sekundärteil am bewegten Teil sich befindet

11. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 9 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein asynchroner Doppelstator Linearmotor verwendet wird.

12. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 11 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelstatormotor so angeordnet ist, daß sein Sekundäteil senkrecht zur Bewegungsrichtin und zur Ebene des fahrzeuges angeordnet wird.

13. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 9 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator des Linearmotors entlang der Gesamten Fahrbahnlänge angeordnet ist, so daß ständig eine Antriebskraft auf das Fahrzeug wirkt.

14. Einrichtung zum Transport von Gegenständen in horizontaler Richtung nach Anspruch 1 wie sie zur Bewegung von Stückgütern erforderlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß asynchrone Linearmotorenstatoren in Abständen angeordnet sind, so daß das Fahrzeug durch Übertragung von Antriebsimpulsen bewegt wird.