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Die
Erfindung betrifft einen Linearmotor mit einem Primärteil und
einem Sekundärteil,
wobei das Sekundärteil
einen im Querschnitt U-förmigen
Profilkörper
mit Magnetplatten aufweist, dessen Seitenschenkel jeweils innenseitig
Führungsschienen
und die Magnetplatten aufweisen, wobei zwischen den sich in Längsrichtung
an den beiden Seitenschenkeln erstreckenden Führungsschienen Rollen des Primärteils angeordnet
sind und die Innenseiten der Führungsschienen
beaufschlagen und das Primärteil
einen an dem Sekundärteil
in Längsrichtung
entlang bewegbaren Laufwagen mit stromdurchflossenen Spulen aufweist,
die quer zur Längsrichtung
des Profilkörpers
zwischen den gegenüberliegenden
Magnetplatten angeordnet sind.
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Aus
der
GB 2 281 664 A ist
bereits ein Linearmotor der eingangs erwähnten Art bekannt, der beispielsweise
als Aufzugsantrieb dient.
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Linearmotoren
können
als Module ausgebildet sein, die beispielsweise als Positioniereinheiten in
Fertigungsstraßen
oder als kombinierte Achssysteme zum Beispiel für kartesische Roboter vielfältig Verwendung
finden. Die Konstruktion dieser Module ist dabei zum Erreichen einer
hohen Positioniergenauigkeit aufwendig und das Integrieren dieser Module
durch verschiedenste Montage-, Anpassungs-, und Einstelltätigkeiten
vergleichsweise kompliziert.
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Es
besteht deshalb die Aufgabe, einen Linearmotor zu schaffen, der
einfach und kostengünstig aufgebaut
ist und dessen Montage durch Reduzierung der Einstell- und Montagezeiten
weniger Aufwand erfordert.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe schlägt
die Erfindung vor, dass der Profilkörper ein Strangpressprofil aus
Leichtmetall ist, dass die Führungsschienen
und Trägerplatten
der Magnetplatten durch Einlegen/Einschieben in Aufnahmenuten und
Einwalzen mit dem Profilkörper
verbunden sind, dass in jedem Seitenschenkel des Profilkörpers innenseitig
jeweils eine Führungsschiene
vorgesehen ist, dass der Laufwagen auf zwei zueinander in Längsrichtung
beabstandeten, seitengeführten
Rollenpaaren auf den Führungsschienen
bewegbar ist, dass die Ausgangspositionen der Rollen des Laufwagens
quer zur Längsrichtung
des Profilkörpers
einstellbar sind und dass dazu an den beweglichen Rollenlagern angreifende Einstellelemente
vorgesehen sind und dass die Einstellelemente an einem das Rollenlager
tragenden, federnden Steg angreifen.
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Durch
Verwendung eines Strangpressprofils aus Leichtmetall für den Profilkörper ist
ein kostengünstiger
Aufbau möglich.
Die einstellbaren Ausgangspositionen der Rollen des Laufwagens dienen insbesondere
zum Ausgleich von bei solchen Strangpressprofilen vorhandenen Maßtoleranzen
beziehungsweise Chargenschwankungen und zur mittigen Ausrichtung
der Spulen zu den Magnetplatten. Außerdem kann eine Vorspannung
der Rollenführung eingestellt
werden, um eventuell auftretendes Spiel in der Rollenführung auszugleichen.
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Zur
Einstellung der Ausgangsposition der Rollen des Laufwagens quer
zur Längsrichtung
des Profilkörpers
sind an den beweglichen Rollenlagern angreifende Einstellelemente
vorgesehen, die insbesondere an einem das Rollenlager tragenden,
federnden Steg angreifen. Als Einstellelemente können Abdrückschrauben vorgesehen sein.
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Die
Einstellelemente können
zweckmäßig so ausgeführt sein,
dass die Ausgangsposition der Rollenlager relativ zu der Lagerplatte
des Laufwagens in einem Bereich von mehreren Zehntel Millimetern
veränderbar
ist. Eine solche Verstellbarkeit genügt, um auftretende Toleranzen
auszugleichen und Spielfreiheit zu gewährleisten.
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Weiterhin
trägt zu
einem einfachen Aufbau die jeweils nur eine Führungsschiene in jedem Seitenschenkel
des Profilkörpers
und auch die nur zwei Rollenpaare bei, wobei die Rollen gleichzeitig
auch die Seitenführung
mit übernehmen.
Die Anzahl der mechanischen Elemente wird dadurch auf ein Mindestmaß reduziert
und auch die Anzahl der Berührungspunkte
zwischen Primär-
und Sekundärteil
und damit die Reibungsverluste.
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Durch
die Rollenführung
wird eine statische Überbestimmung
(wie sie bei parallel liegenden Kugelumlaufführungen vorliegt) und eine
daraus resultierende Verspannung beziehungsweise ein Verklemmen
der Führung
bei auftretenden Wärmedehnungen
vermieden, was unter anderem die Montage und die Abstimmung des
Primärteils
auf das Sekundärteil
wesentlich vereinfacht. Die freien Seitenschenkel des Profilkörpers sind
etwas elastisch unter dem Einfluss der Magnetkräfte nach innen einbiegbar,
was einerseits als Vorspannung für
die Rollenführung
verwendet werden kann, andererseits wird das Einbiegen der Seitenschenkel
durch die Rollenführung
begrenzt, was wiederum teilweise zur Einstellung des korrekten Luftspaltes
ausgenutzt werden kann. Durch das Einlegen/Einschieben der Trägerplatten
für die
damit verbundenen Magnetplatten in Aufnahmenuten und das anschließende Einwalzen zum
Verbinden mit dem Profilkörper
ist ebenfalls eine vereinfachte, kostengünstige Fertigung möglich. Ein aufwendiges
Bohren und Verschrauben der Führungselemente
und der Magnetelemente kann dadurch entfallen, so dass besonders
bei langen Ausführungen
des Profilkörpers
bei der Bearbeitung und der Montage des Linearmotor-Moduls ein wesentlich geringerer
Aufwand vorhanden ist.
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Bei
der Anordnung der Rollenpaare am Laufwagen zwischen den Führungsschienen
ist es zweckmäßig, wenn
die Rollen jedes Rollenpaares am Laufwagen die Führungsschienen an etwa gegenüberliegenden
Stellen beaufschlagen. Die somit quer zur Längsrichtung des Profilkörpers nebeneinander
am Laufwagen angeordneten Rollen können dadurch zur Vorspannung
des Profilkörpers
der offenen Seite der U-Form und damit auch zur Einstellung des
Luftspaltes zwischen Spulen und Magnetplatten genutzt werden.
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Eine
einfache und stabile Ausführung
des Linearmotors ergibt sich, wenn das Sekundärteil auf den Trägerplatten
der Magnetplatten jeweils zumindest ein permanentmagnetischer, insbesondere
plattenförmiger
Magnet befestigt, vorzugsweise verklebt ist und dass an jedem Seitenschenkel
des Profilkörpers
vorzugsweise mehrere, in Reihe angeordnete Magnetplatten jeweils
mit mehreren Magneten vorgesehen sind. Durch diesen Aufbau ist eine
modulare Montage der Magnetplatten möglich, so dass unterschiedlich
lange Profilkörper
mit einer unterschiedlichen Anzahl von Trägerplatten mit den darauf befindlichen
Magneten bestückt
werden können.
Die Trägerplatten
für die
Magnete dienen außerdem
dem magnetischen Rückschluss.
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Zum
Ausgleich von Maßtoleranzen
bzw. Chargenschwankungen des Profilkörpers können beim Einlegen der Magnetplatten
in die Aufnahmenuten des Profilkörpers
bei Bedarf dünne
Distanzbleche eingeschoben werden, um die Magnetplatten zur Einstellung
des Luftspaltes zwischen Spulen und Magneten genau positionieren
zu können.
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Ebenfalls
für einen
kostengünstigen
Aufbau des Linearmotors ist es zweckmäßig, wenn die Führungsschienen
einen gerundeten Querschnitt, vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt
aufweisen und wenn die Rollen zur Seitenführung an ihrem Umfang eine
umlaufende Rille mit einem zur Führungsschiene
im Beaufschlagungsbereich etwa komplementären Profil aufweisen. Dadurch
sind preiswerte und weit verbreitete Profile verwendbar, die einfach montierbar
sind, da sie in beliebiger Drehlage in die Aufnahmenuten einführbar sind.
Die Rille am Umfang der Rollen bietet eine sichere Führung des
Laufwagens auf den Führungsschienen
auch quer zur Rollenebene, so dass für diese Querrichtung keine Stützrollen
erforderlich sind.
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Besonders
günstig
für ein
einfaches Einstellen der Position des Laufwagen zwischen den Führungsschienen
und zum Erreichen einer praktisch verklemmungs- und verspannungsfreien
Bewegung des Laufwagens ist es, wenn die Rollen am Laufwagen des
Primärteils
in Beaufschlagungsrichtung zu den Führungsschienen federnd gelagert
sind, wenn der Laufwagen eine Lagerplatte mit Lagern für die Rollen
aufweist und wenn in der Lagerplatte eine die Rollenlager zumindest
teilweise umgreifende Schlitzung vorgesehen ist, die sich im wesentlichen
quer zur Beaufschlagungsrichtung der Rollen beziehungsweise in Längsrichtung
des Laufwagens erstreckt und sich insbesondere in Längsrichtung
zumindest in einer Richtung auch außerhalb des Bereiches der Rollenlager
erstreckt.
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Die
Schlitzung kann dabei aus zwei im wesentlichen parallelen Schlitzen
bestehen, zwischen denen das Rollenlager angeordnet ist und das
Rollenlager dabei an einem stegförmigen
Bereich angeordnet ist, der mit der restlichen Lagerplatte an zwei Verbindungsstellen
verbunden ist.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
des Laufwagen sieht vor, dass der Laufwagen ein zwischen die Seitenschenkel
des Profilkörpers
eingreifendes, die Spulen tragendes Teil aufweist, an dem sich zu den
freien Enden beziehungsweise den Längsrändern der Seitenschenkel des
Profilkörpers
hin der Lagerbereich für
die Rollen anschließt
und an den sich eine insbesondere außerhalb des Profilkörpers befindliche
Montageplatte anschließt.
Auf die Montageplatte können
mit dem Primärteil
zu bewegende Teile, beispielsweise Werkzeuge, befestigt werden.
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Um
die beim Betrieb des Linearmotors entstehende Wärme schnell und mit geringem
konstruktivem Aufwand abführen
zu können,
ist es zweckmäßig, wenn
der Profilkörper
an einem stirnseitigen offenen Ende einen Lüfter aufweist und wenn an dem Lüfter gegenüberliegenden
offenen Ende des Profilkörpers
vorzugsweise ein Luftaustrittsfilter angeordnet ist. Dadurch kann
der Profilkörper
als Strömungskanal
für die
Luft genutzt werden, dessen Querschnitt sich im Bereich der Spulen
verengt, was die Strömungsgeschwindigkeit
der Luft erhöht
und dort für eine
besonders effektive Kühlung
sorgt.
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Für einen
robusten und wartungsarmen Aufbau des Linearmotors ist es zweckmäßig, wenn
zur Stromversorgung der Spulen des Primärteils eine elektrische Verbindung
in Form eines schlaufenförmigen
Kabels vorgesehen ist, welches innerhalb des Profilkörpers verläuft. Durch
diese innenliegende Führung
ist das Kabel gegen äußere Einwirkungen, wie
zum Beispiel mechanische Belastung und Beschädigung oder auch UV-Strahlen
gut geschützt.
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Um
den Aufbau des Linearmotors möglichst kompakt
gestalten zu können,
ist es vorteilhaft, wenn das elektrische Kabel zwischen dem die
Spulen tragenden Teil des Laufwagens und dem U-Verbindungssteg des
Profilkörpers
geführt
ist und vorzugsweise ein Flachkabel ist. Dabei kann dieser Zwischenraum
zwischen den Spulen und dem U-Verbindungssteg klein sein, da das
Kabel dort flach auf dem U-Verbindungssteg liegt.
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Zum
einfachen Anschluss des Linearmotors an eine äußere Stromversorgung ist es
zweckmäßig, wenn
das Flachkabel einen Außenanschluss
mit einer Stecker/Buchse-Verbindung aufweist. Nachstehend ist ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt in zum
Teil schematisierter Darstellung:
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1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Linearmotors mit einem
in zwei Positionen dargestellten Laufwagen,
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2 eine
Aufsicht des in 1 gezeigten Laufwagens mit strichliniert
dargestellten Rollenpaaren,
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3 eine
Querschnittdarstellung des Linearmotors,
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4 eine
detaillierte Darstellung des Laufwagens im Bereich eines strichliniert
dargestellten Rollenpaares,
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5 eine
detaillierte Darstellung eines Teiles eines Seitenschenkels des
Profilkörpers
im Querschnitt mit einer eingewalzten Führungsschiene und Magnetplatte
sowie
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6 eine
Darstellung gemäß 5 des Seitenschenkels
des Profilkörpers
mit einer eingewalzten Magnetplatte.
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Ein
im Ganzen mit 1 bezeichneter Linearmotor weist ein Primärteil 2 und
ein Sekundärteil 3 auf. Das
Sekundärteil 3 weist
dabei einen in 3 im Querschnitt dargestellten
und in seinem Querschnitt U-förmig
ausgebildeten Profilkörper 4 mit
Magnetplatten 5 auf. Die Magnetplatten 5 sind
dabei innen an Seitenschenkeln 4a des Profilkörpers 4 angeordnet.
Ebenfalls an den Seitenschenkeln 4a sind Führungsschienen 6 angeordnet.
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Das
Primärteil 2 ist
in der in den 1 bis 6 gezeigten
Ausführungsform
als Laufwagen 7 mit daran befestigten Spulen 8 ausgebildet
und weist Rollen 9 auf, die zwischen den Führungsschienen 6 des
Sekundärteils 3 angeordnet
sind und die Innenseiten der Führungsschienen 6 beaufschlagen.
Die am Laufwagen 7 befestigten Spulen 8 sind dabei
zwischen den sich gegenüberliegenden
Magnetplatten 5 angeordnet, wie in 3 erkennbar
ist.
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3 zeigt
außerdem,
dass in jedem Seitenschenkel 4a des Profilkörpers 4 jeweils
eine Führungsschiene 6 vorgesehen
ist. In 2 ist erkennbar, dass der Laufwagen 7 auf
zwei zueinander in Längsrichtung
des Profilkörpers 4 beabstandeten Rollenpaaren 9 auf
den Führungsschienen 6 bewegbar
ist. Die Rollen 9a jedes Rollenpaares 9 beaufschlagen
die Führungsschienen 6 an
gegenüberliegenden
Stellen, sodass eine Vorspannung der offenen Längsseite des U-förmigen Profilkörpers 4 erreicht
werden kann (vgl. auch 3).
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Die
Magnetplatten 5 an den Seitenschenkeln 4a des
Profilkörpers 4 weisen
jeweils Trägerplatten 5a auf,
auf die Magnete 5b befestigt, vorzugsweise geklebt sind.
Die Trägerplatten 5a stehen
längsrandseitig
etwas über
die Magnete, sodass Befesti gungsflansche gebildet sind, die nach
dem Einschieben der Trägerplatten 5a in
Aufnahmenuten 4d des Profilkörpers 4 durch Profilabschnitte 4e übergriffen
werden. Die überstehenden
Profilabschnitte 4e können,
wie in den 5 und 6 erkennbar
und durch die Pfeile Pf1a, Pf1b sowie Pf2a, Pf2b gekennzeichnet,
eingewalzt werden. Die Pfeile deuten dabei die Angriffsstellen des
Einwalzwerkzeuges an. Durch das Umgreifen der Trägerplatten 5a der
Magnetplatten 5 durch die Profilabschnitte 4e der
Aufnahmenut 4d sind die Magnetplatten 5 gegen
die beim Betrieb des Linearmotors 1 auftretenden Kräfte sicher
am Profilkörper 4 gehalten.
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Die
Führungsschienen 6 sind
ebenfalls in Aufnahmenuten 4c eingelegt und eingewalzt
und dadurch in den Seitenschenkeln 4a des Profilkörpers 4 befestigt.
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Um
die Position der Magnetplatten 5 unabhängig von Fertigungstoleranzen
des Profilkörpers 4 genau
festlegen zu können
und damit auch den Luftspalt 14 zwischen den Spulen 8 und
den Magnetplatten 5 genau einstellen zu können, ist
das Einlegen von dünnen
Distanzblechen 5c zwischen Profilkörper 4 und der Trägerplatte 5a in
die Aufnahmenut 4d möglich.
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Die
Führungsschienen 6 weisen
in der gezeigten Ausführungsform
einen kreisrunden Querschnitt auf. Die Rollen 9a des Laufwagens 7 weisen dazu
passend an ihrem Umfang eine umlaufende Rille auf, die ein zum Beaufschlagungsbereich
der Führungsschiene 6 etwa
komplementäres
Profil hat. Die Rollen 9a sind am Laufwagen 7 in
Beaufschlagungsrichtung zu den Führungsschienen 6,
also quer zur Verfahrrichtung des Laufwagens 7, federnd
gelagert, wie dies in 4 gezeigt ist. Für diese
federnde Lagerung weist der Laufwagen 7 im gezeigten Ausführungsbeispiel
eine Lagerplatte 7a mit Lagern 9b für die Rollen 9a auf,
wobei in der Lagerplatte 7a eine die Rollenlager 9b teilweise
umgreifende Schlitzung 7b vorgesehen ist, die sich teilweise
um das Rollenlager 9b herum, aber im wesentlichen quer
zur Beaufschlagungsrichtung der Rollen 9a gemäß Pfeil
Pf3 und somit etwa in Längsrichtung
des Laufwagens 7 erstreckt. Gut zu erkennen ist dabei,
dass sich die Schlitzung über
den Bereich der Rollenlagers 9b hinaus erstreckt. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel
besteht die Schlitzung 7b aus zwei bereichsweise im wesentlichen
parallel verlaufenden Schlitzen 7b, die das jeweilige Rollenlager 9b bogenförmig umgrenzen
und zwischen denen ein das Rollenlager 9b tragender Steg 7c angeordnet
ist. Der Steg 7c ist mit der Lagerplatte 7a an
zwei zwischen den Enden der Schlitze 7b liegenden Verbindungsstellen
einstückig verbunden
und lässt
sich durch Krafteinwirkung in und entgegen der Beaufschlagungsrichtung
der Rollen 9a etwas federnd verformen.
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Die
Schlitzung 7b kann auch eine andere Form haben, die es
ermöglicht,
das Rollenlager 9b in und entgegen der Beaufschlagungsrichtung
der Rollen 9a etwas federnd bewegen zu können.
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Zur
Einstellung der Ausgangsposition der Rollen 9a des Laufwagens 7 quer
zur Längsrichtung des
Profilkörpers 4 und
innerhalb des Federweges sind an den Rollenlagern 9b angreifende
Einstellelemente 10 vorgesehen (4). Die
Einstellelemente 10 greifen dabei vorzugsweise an einem
verlängerten
Teil der Schlitzung 7b an, die sich außerhalb des Bereiches der Rollenlager 9b erstreckt,
um durch die Krafteinwirkung der Einstellelemente 10 die
Rollenlager 9b etwas in ihrer Ausgangslage zu verändern. Mit diesen
Einstellelementen 10, die im gezeigten Ausführungsbeispiel
Abdrückschrauben
sind, sind die Positionen der Rollenlager 9b in einem Bereich
von mehreren Zehntel Millimetern veränderbar. Diese Einstellung
kann zur Veränderung
des Luftspaltes 14 zwischen den Spulen 8 und den
Magnetplatten 5 und dabei insbesondere zur mittigen Ausrichtung
der Spulen 8 zu den Magnetplatten 5 sowie für das Einstellen
der Laufeigenschaften, z.B. der Vorspannung und damit der Spielfreiheit
und Leichtgängigkeit
der Rollen 9a auf den Führungsschienen 6 dienen.
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In 3 ist
im Querschnitt der Aufbau des Laufwagens 7 des Primärteils 2 zu
erkennen. Dabei weist der Laufwagen 7 ein zwischen die
Seitenschenkel 4a des Profilkörpers 4 eingreifendes,
die Spulen 8 tragendes Teil 15 auf, an das sich
nach oben der Lagerbereich für
die Rollen 9 anschließt.
An diesen Lagerbereich schließt
sich wiederum eine Montageplatte 7d an, die im wesentlichen
außerhalb
des Profilkörpers 4 angeordnet
ist und die zur Befestigung beispielsweise von Werkzeugen dienen
kann, die mit dem Laufwagen 7 zusammen bewegt werden sollen.
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In
den 1 und 2 ist schematisch angedeutet,
dass der Profilkörper 4 an
einem seiner stirnseitigen offenen Enden einen Lüfter 11 und an dem
anderen, gegenüberliegenden
offenen Ende einen Luftfilter 12 aufweisen kann, sodass
ein besseres Abführen
der beim Betrieb des Linearmotors 1 entstehenden Wärme aus
dem Profilkörper 4 ermöglicht ist.
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In 3 ist
innerhalb des Profilkörpers 4 und unterhalb
des die Spulen 8 tragenden Teiles 15 des Laufwagens 7 ein
zur Stromversorgung der Spulen 8 dienendes Kabel 13 erkennbar,
welches als Flachkabel ausgebildet ist. Es ist zwischen dem die
Spulen 8 tragenden Teil 15 des Laufwagens 7 und
dem U-Verbindungssteg 4b des
Profilkörpers 4 geführt. Dieser Zwischenraum
kann eine geringe Höhe
aufweisen, da das Flachkabel 13 wenig Platz beansprucht.
Bei Bewegung des Laufwagens 7 wird das Flachkabel 13 in
einer Schlaufe hinter dem Laufwagen 7 hinterhergeschleppt,
wie in 1 gezeigt ist und liegt im übrigen flach auf dem U-Verbindungssteg 4b.