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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anbinden eines Linearmotorläufers an
eine Linearführung,
insbesondere in einer Bestückvorrichtung zum
Bestücken
von Substraten mit Bauelementen.
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Eine
derartige Vorrichtung wird beispielsweise in DE-19842384 gezeigt.
Die Vorrichtung besteht aus einem Laufwagen, an dem zwei Führungswagen unmittelbar
befestigt sind, die sich an entsprechenden, in einem stationären Führungsgehäuse vorgesehenen
Führungsschienen
abstützen,
und einem Linearmotorläufer,
der zwischen den Führungswagen direkt
an dem Laufwagen befestigt ist. In dem Führungsgehäuse ist ein Linearmotorstator
vorgesehen, der dem Linearmotorläufer
gegenübersteht.
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Aufgrund
der hohen magnetischen Anziehungskraft zwischen dem Läufer und
dem Stator des Linearmotors und der hohen Wärmeentwicklung bei Betrieb
des Linearmotors kann es zu Dehnung und Verzug des Linearmotorläufers und
Laufwagens kommen. Dadurch wirken hohe Kräfte und Momente auf die Lager
der Linearführung,
was zu einem vorzeitigen Verschleiß der Führungswagen, den Schienen und
dem Führungsgehäuse führen kann.
Darüber
hinaus müssen
die Führungsschienen
strenge Anforderungen an die Parallelität erfüllen, da bei nicht exakt parallelen
Schienen hohe Spannungen in der Linearführung entstehen. Da derartige
Linearmotoranbindungen auch in der Bestückungstechnik ihre Anwendung
finden, wo höchste
Anforderungen hinsichtlich der Positioniergenauigkeit gestellt werden, sind
Verformungen der Linearführung
höchst
unerwünscht.
Zwar können
zur Vermeidung solcher Verformungen die Trägerplatte, der Schienengrund
und die Führungen
dicker und schwerer ausgeführt
werden, jedoch hätte
dies eine Vergrößerung des
Einbauraums und der zu bewegenden Masse mit den entsprechenden Nachteilen
für den
Bestückungsautomaten
zur Folge.
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Es
ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung
zum Anbinden eines Linearmotorläufers
an eine Linearführung
zu liefern, die eine erhöhte
Bestückgenauigkeit
und eine erhöhte Lebensdauer
der Lager der Linearführung
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist das
mobile Montageteil auf der einen Seite über ein Ausgleichselement erster
Art drehgelenkig und quer zur Bewegungsrichtung federnd (bzw. verschiebbar)
und auf der anderen Seite über
ein Ausgleichselement zweiter Art drehgelenkig und seitlich fest
an den Führungselementen
gelagert. Das Ausgleichselement ersten Art nimmt daher sowohl Seitenkräfte und
Momente (insbesondere Wankmomente, aber auch Stampf- und Giermomente),
das Ausgleichelement zweiter Art nur Momente auf. Dadurch werden
die durch Wärmedehnung
bzw. Wärmeverzug
des Montageteils und durch die hohen Magnetkräfte zwischen den Elementen des
Linearmotors hervorgerufenen Seitenkräfte, Spannungen und Momente,
die auf die Lager der Linearführung
wirken, erheblich reduziert. Da das Montageteil nur auf einer Seite
quer zur Bewegungsrichtung federnd gelagert und auf der anderen
Seite seitlich fest abgestützt
ist, wird verhindert, dass sich das Montageteil aufgrund der Trägheitskräfte beim
Beschleunigen und Abbremsen quer zur Bewegungsrichtung aufschwingt.
Ein Aufschwingen des Montageteils in einer Richtung senkrecht zur
Bewegungsebene, welche von Schienen der Linearführung festgelegt wird, wird
durch die hohe Magnetkraft, die zwischen dem Läufer und dem Stator des Linearmotors wirkt,
verhindert.
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Die
Reduzierung der auf die Linearführung wirkenden
Kräfte
und Momente baut einem frühzeitigen
Verschleiß der
Linearführung
bzw. der Führungselemente
und damit einer schleichenden Verschlechterung der Bestückgenauigkeit
vor. Weiterhin können die
Trägerplatte
und die Führungselemente
wesentlich leichter gestaltet werden, was Vorteile bei hochdynamischen
Anwendungen bringt. Außerdem
sind größere Fertigungstoleranzen
bei den Schienen der Linearführung
akzeptierbar, da auch seitliche Kräfte durch leicht gekrümmte, nicht
ideal parallele Schienen von den Ausgleichselementen aufgenommen werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bei
der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 2 sind die drehgelenkigen Lagerungen
federnd ausgestaltet, wodurch das Montageteil stabiler in seiner
Lage gehalten wird. Durch geeignete Dimensionierung der Ausgleichselemente kann
die Federhärte
den Anforderung und den einwirkenden Kräften angepasst werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nach Anspruch
3 sind die Ausgleichselemente so angeordnet, dass die den Ausgleichselementen
zugeordneten Führungselemente
mit zwei parallelen Schienen der Linearführung in Eingriff gebracht
werden können,
sodass die Vorrichtung entlang der beiden Schienen verfahrbar ist.
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Bei
der Ausgestaltung gemäß Anspruch
4 sind insgesamt vier Ausgleichselemente vorgesehen, wobei jeweils
ein Paar Ausgleichselemente gleicher Art sind, d.h. die gleiche
Bauweise und Lagereigenschaften aufweisen, und jedem Ausgleichselement
jeweils ein Führungselement
zugeordnet ist. Genauer gesagt ist die Trägerplatte über ein Paar Ausgleichselemente
erster Art drehgelenkig und quer zur Bewegungsrichtung federnd und über ein
weiteres Paar Ausgleichselemente zweiter Art nur drehgelenkig gelagert.
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In
der in Anspruch 5 beanspruchten Ausgestaltung der Erfindung sind
die Ausgleichselemente so angeordnet, dass der Trägerplatte
auf Seiten jeder Schiene jeweils ein Paar gleichartiger Ausgleichselemente
zugeordnet ist. Dadurch, dass die Trägerplatte auf der einen Schienenseite über ein
Paar Ausgleichselemente erster Art drehgelenkig und seitlich federnd
(d.h. quer zur Bewegungsrichtung federnd verschiebbar), und auf
der anderen Schienenseite über ein
Paar Ausgleichselemente zweiter Art drehgelenkig und seitlich fest
gelagert ist, werden Momente und Seitenkräfte sicher aufgenommen, jedoch
ist die seitliche Abstützung
steif genug, um ein Aufschwingen des Montageteils zu verhindern.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
gemäß Anspruch
6 sind die Ausgleichselemente an den Seitenflächen des Montageteils vorgesehen.
Dies ermöglicht
eine einfache und kompakte Gestaltung der Ausgleichselemente. Weiterhin
kann die gesamte Oberfläche
des Montageteils zur Befestigung weiterer zu bewegender Teile, z.B.
eines Bestückkopfes,
verwendet werden ohne dass Teile der Oberfläche durch die Ausgleichselemente
beansprucht werden.
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Bei
der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 7 sind in dem mobilen
Montageteil Aussparungen vorgesehen, in die die Ausgleichselemente
eingesetzt werden können.
Diese Ausführungsform
ist besonders dann vorteilhaft, wenn ein Anbringen der Ausgleichselemente
an den Seitenflächen
aus Platzgründen
nicht möglich
ist.
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Gemäß der vorteilhaften
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 8 sind die Ausgleichselemente
und das Montageteil aus einem Stück
gefertigt, z.B. durch Fräsen
oder Gießen.
Dies bietet sich vor allem dann an, wenn die Ausgleichselemente
an den Seitenflächen
des Montageteils vorgesehen sind.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nach Anspruch
9 weisen die Ausgleichselemente einen Sockel auf, mit dem sie an den
Führungselementen
befestigt werden. Dadurch wird verhindert, dass die Kräfte punktförmig in
die Führungselemente
eingeleitet werden und dadurch zu hohe Flächenpressungen auftreten.
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Im
Folgenden werden zwei vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausgestaltung der
vorliegenden Erfindung darstellt,
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2 eine
schematische Draufsicht der ersten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung aus 1 darstellt,
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3 eine
schematische Querschnittsansicht eines ersten Typs von Ausgleichselement
erster Art der vorliegenden Erfindung darstellt,
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4 eine
schematische Querschnittsansicht eines ersten Typs von Ausgleichselement
zweiter Art der vorliegenden Erfindung darstellt,
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5 eine
schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausgestaltung der
vorliegenden Erfindung darstellt,
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6 eine
schematische Draufsicht der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung aus 5 darstellt,
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7 eine
schematische Querschnittsansicht eines zweiten Typs von Ausgleichselement
erster Art der vorliegenden Erfindung darstellt, und
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8 eine
schematische Querschnittsansicht eines zweiten Typs von Ausgleichselement zweiter
Art der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Ein
erstes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist in den 1 und 2 dargestellt.
Ein Linearmotorläufer
(1) ist an der Unterseite eines mobilen Montageteils (2),
hier eine rechteckige Trägerplatte
(2), befestigt. Als mobiles Montageteil (2) ist
beispielsweise auch ein Trägerarm
oder ein Bestückkopf
denkbar. Die Trägerplatte
(2) ist im Bereich ihrer Ecken über einen ersten Typ von Ausgleichselementen
(3) erster Art und einen ersten Typ von Ausgleichselementen
(4) zweiter Art mit vier Führungselementen (5)
bzw. Führungswagen
(5) verbunden. Die Führungswagen
(5) stehen mit parallelen Schienen (6) einer Linearführung in Eingriff,
um entlang einer in 2 durch einen Pfeil dargestellten
Bewegungsrichtung bewegt zu werden. Die Schienen (6) sind
auf einem Schienengrund (7), welcher durch eine metallische
Platte gebildet wird, befestigt. Die Linearführung besteht aus den Schienen
(6) und dem Schienengrund (7). Der Linearmotorläufer (1)
steht einem in den Schienengrund (7) integrierten Linearmotorstator
(nicht dargestellt) in geringem Abstand gegenüber.
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Wie
den 1 und 2 zu entnehmen ist, sind in
der Trägerplatte
(2) Aussparungen vorgesehen, in die die vier Ausgleichselemente
(3,4) erster und zweiter Art eingesetzt und dort
an der Trägerplatte
(2) durch eine Schweiß-
oder Schraubverbindung befestigt sind. Dabei sind auf Seiten jeder
Schiene (in 1 und 2 links
und rechts des Linearmotorläufers
(1)) jeweils ein Paar gleichartiger Ausgleichselemente
(3) vorgesehen Die Ausgleichselemente (3,4)
weisen einen Sockel auf, mit dem sie mit den Führungswagen (5) verschraubt
oder verschweißt werden.
Der Aufbau und die Funktionsweise dieser beiden Arten von Ausgleichselementen
werden im Folgenden anhand der 3 und 4 näher erläutert.
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Ein
erster Typ von Ausgleichselement (3) erster Art, welchem
in den 1 und 2 das auf der linken Seite der
Trägerplatte
(2) vorgesehene Paar Ausgleichselemente entspricht, ist
schematisch in 3 dargestellt. Dieser erste
Typ von Ausgleichselement (3) erster Art weist im Querschnitt
die Form eines doppelten „T" auf, bei dem zwei
Querbalken in der Mitte über
einen vertikalen Balken miteinander verbunden sind. Der untere Querbalken
stellt dabei einen Sockel zur Montage an den Führungswagen dar. An den Enden
der Schenkel des oberen Querbalkens können jeweils nach unten weisende Überhänge vorgesehen
sein, an denen der erste Typ von Ausgleichselement (3)
erster Art an die Trägerplatte (2)
montiert wird. Der obere Querbalken entspricht einem federnden Drehgelenk
(in 3 durch Pfeile dargestellt), wobei der Drehpunkt
dem Kreuzungspunkt des vertikalen Balkens mit dem oberen Querbalken
entspricht. Der vertikale Balken relativ schmal (beispielsweise
5mm) ausgebildet und verfügt
dadurch über
eine geringe Seitensteifigkeit, sodass der obere Querbalken gegenüber dem
Montagesockel in die in 3 durch Pfeile dargestellte
Richtungen quer zur Bewegungsrichtung federnd verschiebbar ist.
Somit ist die Trägerplatte
(2) über
den in 3 dargestellten ersten Typ von Ausgleichselement
(3) erster Art federnd drehgelenkig und seitlich federnd verschiebbar
gelagert, sodass von diesem Ausgleichselement (3) sowohl
Seitenkräfte
als auch Momente aufgenommen werden können.
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Ein
erster Typ von Ausgleichselement (4) zweiter Art, welchem
in den 1 und 2 das auf der rechten Seite
der Trägerplatte
(2) vorgesehene Paar Ausgleichselemente entspricht, ist
schematisch in 4 dargestellt. Dieser erste
Typ von Ausgleichselement (4) zweiter Art weist im Querschnitt
im Wesentlichen die Form eines doppelten „T" auf. Der vertikale Balken ist kurz
(beispielsweise 2mm) und breit (beispielsweise 10mm) ausgebildet
und verfügt
dadurch über
eine hohe Seitensteifigkeit, sodass der obere Querbalken relativ
zum unteren Querbalken, der auch hier den Sockel zur Montage an
dem Führungswagen
darstellt, seitlich nicht verschoben werden kann. Der obere Querbalken,
an dessen seitlichen Endflächen
die Trägerplatte
(2) befestigt ist, ist relativ lang (beispielsweise 34mm)
und dünn
(beispielsweise 5mm) ausgebildet. Der obere Querbalken entspricht
dabei einem federnden Drehgelenk (in 4 durch
Pfeile dargestellt), wobei der Drehpunkt dem Kreuzungspunkt des
vertikalen Balkens mit dem obe ren Querbalken entspricht. Die Trägerplatte
(2) ist über
den in 4 dargestellte ersten Typ von Ausgleichselement
(4) zweiter Art federnd drehgelenkig und seitlich fest
gelagert, sodass von diesem Ausgleichselement (4) nur Momente,
jedoch keine Seitenkräfte
aufgenommen werden können.
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Wie
oben schon erwähnt,
entsprechen in den 1 und 2 die auf
der linken Seite der Trägerplatte
(2) vorgesehenen Ausgleichselemente dem in 3 dargestellten
ersten Typ von Ausgleichselement (3) erster Art, und die
auf der rechten Seite der Trägerplatte
(2) vorgesehenen Ausgleichselemente dem in 4 dargestellten
ersten Typ von Ausgleichselement (4) zweiter Art. Durch
obige Erläuterung
der ersten Typen von Ausgleichselementen (3,4)
erster und zweiter Art wird deutlich, dass die in den 1 und 2 dargestellte
Trägerplatte
(2) auf der linken Seite drehgelenkig und quer zur Bewegungsrichtung federnd
gelagert und auf der rechten Seite drehgelenkig und seitlich fest
gelagert ist. Durch Wärmedehnung
der Trägerplatte
(2) verursachte Seitenkräfte werden von den linken Ausgleichselementen
(3) aufgenommen, wodurch die Lager der Linearführung quer
zur Bewegungsrichtung entlastet werden. Dadurch, dass die Ausgleichselemente
(4) zweiter Art auf der rechten Seite der Trägerplatte
(2) jedoch eine hohe Seitensteifigkeit aufweisen, wird
ein Aufschwingen der Trägerplatte
(2), wie es bei einer zu weichen seitlichen Abstützung der
Platte auftreten könnte, vermieden.
Alle vier Ausgleichselemente (3,4) wirken jedoch
als federnde Drehlager, sodass durch Wärmeverzug verursachte Momente
(hauptsächlich Wankmomente,
aber auch Stampf- und Giermomente) von den Ausgleichselementen (3,4)
aufgenommen und nicht auf die Linearführung übertragen werden. Durch entsprechende
Dimensionierung der einzelnen Schenkel bzw. Balken der Ausgleichselemente
(3,4) kann die Federsteifigkeit entsprechend den Anforderungen
angepasst werden.
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Ein
zweites vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
wird anhand der 5 und 6 beschrieben. Gleiche
Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das
in den 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist zweite Typen von Ausgleichselementen
(3,4) erster und zweiter Art auf. Die Ausgleichselemente (3,4)
sind an den Seitenwänden
der Trägerplatte
(2) durch eine Schweiß-
oder Schraubverbindung befestigt und erstrecken sich in der in 6 durch
einen Pfeil dargestellten Bewegungsrichtung über die gesamte Länge der
Trägerplatte
(2). Dadurch kann die volle Fläche des mobilen Montageteils
(2) zur Befestigung eines zu bewegenden Funktionsteils,
wie beispielsweise eines Bestückkopfes,
genutzt werden. An jedem Ausgleichselement (3,4)
sind jeweils zwei Führungswagen
angebracht, die mit Schienen (5) der Linearführung in
Eingriff stehen. Die Ausgleichselemente (3,4)
werden im Folgenden anhand der 7 und 8 genauer
beschrieben.
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In 7 ist
der Querschnitt des zweiten Typs von Ausgleichselement (3)
erster Art abgebildet, welchem in den 5 und 6 das
an der linken Seite der Trägerplatte
(2) vorgesehene Ausgleichselement (3) entspricht.
Der zweite Typ Ausgleichselement (3) erster Art weist einen
Sockel zur Befestigung an dem Führungswagen
(5) und einen schmal ausgebildeten senkrechten Balken (beispielsweise
5mm) mit geringer Seitensteifigkeit auf. An einem Ende kann der waagerechte
Schenkel einen kurzen senkrechten Überhang aufweisen, mit dem
das Ausgleichselement (3) an der Trägerplatte (2) befestigt
wird. Vom zweiten Typ Ausgleichselement (3) erster Art
können sowohl
Momente als auch Seitenkräfte
aufgenommen werden. Seitenkräfte,
die bei einer Wärmedehnung
der Trägerplatte
(2) auftreten, werden durch eine seitliche federnde Verschiebung
des horizontalen Schenkels relativ zum Sockel aufgenommen, wie es
in 7 durch einen Pfeil dargestellt ist. Momente werden
durch Drehung des oberen horizontalen Schenkels um den Kreuzungspunkt
mit dem vertikalen Balken abgefangen (in 7 ebenfalls
durch einen Pfeil dargestellt)
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Der
in 8 dargestellte Querschnitt eines zweiten Typs
von Ausgleichselement (4) zweiter Art entspricht dem in
den 5 und 6 auf der rechten Seite der
Trägerplatte
(2) vorgesehenen Ausgleichselement (4). Dieses
Ausgleichselement (4) verfügt über einen Sockel zur Befestigung
an dem Führungswagen,
einen kurz (beispielsweise 2mm) und breit (beispielsweise 10mm)
gestalteten vertikalen Balken und einen länglichen waagerechten Schenkel
(beispielsweise 17mm lang und 5mm dick), an dessen Stirnseite die
Trägerplatte
(2) befestigt ist. Vom zweiten Typ Ausgleichselement (4)
zweiter Art können
nur Momente aufgenommen werden. Der kurze und breite vertikale Balken
weist eine hohe Seitensteifigkeit auf, sodass die Trägerplatte
(2) in seitlicher Richtung fest gelagert ist. Der obere
waagerechte Schenkel fungiert als Drehgelenk. Momente, die bei Wärmeverzug
der Trägerplatte
(2) auftreten, werden also auch hier durch Drehung des
waagerechten Schenkels aufgenommen, wie es in 8 durch
Pfeil dargestellt ist.
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Da
die zweiten Typ von Ausgleichselementen (3,4)
erster und zweiter Art seitlich an der Trägerplatte (2) vorgesehen
sind, weisen diese Ausgleichselemente (3,4) einen
kompakteren Aufbau auf und sind einfacher herzustellen. Weiterhin
muss die Trägerplatte
(2) nicht in einem zusätzlichen
Arbeitsschritt zur Aufnahme der Ausgleichselemente (3,4) (beispielsweise Aussparungen)
vorbearbeitet werden, wie es bei den ersten Typen von Ausgleichselementen
(3,4) notwendig ist. Schließlich ist es möglich, die
Trägerplatte
(2) und die Ausgleichselemente (3,4)
dieses zweiten Typs aus einem Stück
zu fertigen (beispielsweise Gießen
oder Fräsen),
sodass keine zusätzlichen
Bauteile notwendig sind. Auch bei den zweiten Typen von Ausgleichselementen
(3,4) erster und zweiter Art können die Federsteifigkeit der beweglichen
Balken bzw. Schenkel durch entsprechende Dimensionierung den Anforderungen
angepasst werden.
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In
dem in den 5 und 6 dargestellten zweiten
Ausführungsbeispiel
verfügt
die Trägerplatte (2) über zwei
Ausgleichselemente (3,4), an denen jeweils zwei
Führungswagen
vorgesehen ist. Es ist jedoch auch möglich, vier Ausgleichselemente
(3) vorzusehen, wobei bezüglich jeder Schiene (5)
zwei Ausgleichselemente (3) gleicher Art mit jeweils einem Führungswagen
(4) an der Trägerplatte
(2) angebracht sind.
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- 1
- Linearmotorläufer
- 2
- mobiles
Montageteil/Trägerplatte
- 3
- Ausgleichselement
erster Art
- 4
- Ausgleichselement
zweiter Art
- 5
- Führungselement/Führungswagen
- 6
- Schienen
- 7
- Schienengrund