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Die
Erfindung betrifft eine Schiebetür
mit einem kombinierten magnetisches Trag- und Antriebssystem für wenigstens
einen Türflügel, mit
einer magnetischen Trageinrichtung und einer Linear-Antriebseinheit
mit mindestens einer Magnetreihe, insbesondere für eine automatisch betriebene
Tür. Der
Begriff der Magnetreihe umfasst auch längliche Einzelmagneten. Die
Magnetreihe kann ortsfest oder ortsveränderlich angeordnet sein.
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Aus
der
DE 40 16 948 A1 ist
eine Schiebetürführung bekannt,
bei der miteinander zusammenwirkende Magnete bei normaler Belastung
eine berührungsfreie
schwebende Führung
eines in einer Schiebeführung
gehaltenen Türflügels oder
dergleichen bewirken, wobei neben den stationär angeordneten Magneten der
Schiebeführung
ein Ständer
eines Linearmotors angeordnet ist, dessen Läufer an der Schiebetür angeordnet
ist. Durch die gewählte
V-förmige
Anordnung der Permanentmagnete der offenbarten permanent erregten
magnetischen Trageinrichtung kann keine seitlich stabile Führungsbahn
realisiert werden, weswegen eine relativ komplizierte Anordnung
und Ausgestaltung von Ständer
und Läufer
erforderlich ist. Diese Anordnung verteuert eine solche Schiebetürführung enorm.
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Aus
der WO 00/50719 A1 ist ein kombiniertes Lager- und Antriebssystem
für eine
automatisch betriebene Tür
bekannt, bei der ein permanent erregtes magnetisches Tragsystem
symmetrisch aufgebaut ist und ortsfeste und ortsveränderbare
Magnetreihen aufweist, die jeweils in einer Ebene angeordnet sind,
wobei sich das Tragsystem in einem labilen Gleichge wicht befindet,
und bei dem das Tragsystem symmetrisch angeordnete seitliche Führungselemente
aufweist, die rollenförmig
gelagert sein können.
Aufgrund der hierdurch erreichten seitlich stabilen Führungsbahn
ergibt sich eine einfache Ausgestaltung und Anordnung von Ständer und
Läufer
eines in einem gemeinsamen Gehäuse
untergebrachten Linearmotors, nämlich
die Möglichkeit, Ständer und
Läufer
des Linearmotors in Bezug auf das Tragsystem beliebig anordnen zu
können
und hinsichtlich der Formgebung von Ständer und Läufer nicht durch das Tragsystem
beschränkt
zu sein.
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Diesen
beiden Lagersystemen gemeinsam ist, dass sie nach dem Prinzip der
abstoßenden
Kraftwirkung arbeiten, welches Wirkprinzip einen stabilen Schwebezustand
ohne aufwendige elektrische Regeleinrichtung ermöglicht. Nachteilig hieran ist
jedoch, dass sowohl mindestens eine ortsfeste als auch mindestens
eine ortsveränderbare
Magnetreihe vorhanden sein müssen,
d.h., über
den gesamten Weg der Schiebeführung bzw.
des Lagers der automatisch betriebenen Tür und an dem entlang dieser
Führung
beweglichen Tragschlitten für
die Tür
Magnete angeordnet sein müssen,
wodurch sich ein solches System, das sich aufgrund des Wegfalls
der mechanischen Reibung zum Tragen der Tür durch extreme Leichtgängigkeit
und geräuschlose Arbeitsweise
auszeichnet und nahezu verschleiß- und wartungsfrei ist, in
der Herstellung sehr teuer wird.
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Aus
der
DE 196 18 518
C1 ist weiter ein elektromagnetisches Antriebssystem für magnetische
Schwebe- und Tragsysteme bekannt, bei dem durch eine geeignete Anordnung
von Dauermagnet und ferromagnetischem Material ein stabiler Schwebe-
und Tragzustand erreicht wird. Hierzu versetzt der Dauermagnet das ferromagnetische
Material in den Zustand einer magnetischen Teilsättigung. Elektromagnete sind
so angeordnet, dass die Dauermagneten allein durch eine Änderung
der Sättigung
in der Trag schiene bewegt werden, und die Spulenkerne sind in die
dauermagnetische Teilsättigung,
die zum Schwebe- und Tragezustand führt, mit einbezogen.
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Weiter
zeigt die WO 94/13055 einen Ständerantrieb
für einen
elektrischen Linearantrieb und eine mit einem solchen Ständer versehene
Tür, die
mittels Magneten im Türsturz
eines Rahmens aufgehängt
ist. Hierfür
sind an der Türfüllung mehrere
Magnete oder Magnetgruppen angeordnet, deren magnetische Feldstärke so groß ist, dass
eine Anziehungskraft zu einer Führungsplatte
erreicht wird, die an der Unterseite des Türsturzes angeordnet ist, wobei
die Anziehungskraft ausreicht, um das Gewicht der Türfüllung anzuheben.
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Den
beiden in diesen Druckschriften beschriebenen Systemen ist gemeinsam,
dass eine Einstellung der Trageigenschaften die Antriebseigenschaften
beeinflusst und umgekehrt, da integrierte Trag- und Antriebssysteme
aufgebaut sind. Hierdurch ist eine Einstellung und Auslegung kompliziert
und aufwendig, was zu hohen Herstellungskosten führt.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schiebetür mit einem
kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystem für mindestens
einen Türflügel mit
einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung und einer
Linear-Antriebseinheit mit mindestens einer Magnetreihe so weiterzuentwickeln,
dass die zuvor genannten Vorteile bei geringen Herstellungskosten
bestehen bleiben.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruches
1 sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Schiebetür, mit einem
kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystem, für mindestens
einen Türflügel, mit
einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung, die mindestens eine
in Antriebsrichtung in bestimmten Abständen abwechselnd polarisiert
magnetisierte Magnetreihe, mindestens ein in anziehender Kraftwirkung
mit mindestens einer der mindestens einen ersten Magnetreihe stehendes
weich- oder hartmagnetisches Tragelement und ein Führungselement
aufweist, das einen bestimmten spaltförmigen Abstand zwischen der
mindestens einen Magnetreihe und dem Tragelement gewährleistet,
und einer Linear-Antriebseinheit, die mindestens eine aus mehreren
Einzelspulen bestehende Spulenanordnung aufweist, die bei entsprechender
Ansteuerung der Einzelspulen eine Wechselwirkung mit der mindestens
einen Magnetreihe bewirkt, die Vorschubkräfte hervorruft, weist gegenüber dem
beschriebenen Stand der Technik den Vorteil auf, dass das Tragelement
aufgrund der ausgenutzten anziehenden Kraftwirkung nicht notwendigerweise
hartmagnetisch sein muss. Da weiter ein Führungselement vorgesehen ist,
welches einen Abstand zwischen der mindestens einen ersten Magnetreihe
und dem Tragelement gewährleistet,
braucht trotz Ausnutzung eines instabilen Gleichgewichtszustandes
keine elektrische oder elektronische Regeleinrichtung vorgesehen
zu werden. Weiter werden durch die Nutzung der mindestens einen
ersten Magnetreihe sowohl zum Tragen als auch zum Vortrieb die Herstellungskosten
gesenkt und der benötigte
Bauraum verringert.
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Weiter
besteht bei dem erfindungsgemäß verwendeten
kombinierten magnetischen Trag- und Antriebssystem das Tragelement
aus Spulenkernen oder Polschuhen von Einzelspulen der mindestens
einen Spulenanordnung der Linear-Antriebseinheit. Alternativ oder
zusätzlich
ist die Linear-Antriebseinheit
bei dem erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystem vorzugsweise zwischen der
mindestens einen Magnetreihe und dem mindestens einen weich- oder
hartmagnetischen Tragelement, welches dann ggf. zusätzlich zu
dem Spulenkernen oder Polschuhen der Einzelspulen noch eine Tragschiene
beinhaltet, angeordnet. Diese erfindungsgemäße Lösung kombiniert die Trag-,
Führungs-
und Vorschubeigenschaften derart, dass hierfür nur eine Magnetreihe, als
auch nicht zwingend neben der mindestens einen Spulenanordnung der
Linear-Antriebseinheit noch zusätzliche
Tragschienen für
das Tragelement vorgesehen sein müssen.
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In
dem erfindungsgemäß verwendeten
kombinierten magnetischen Trag- und
Antriebssystem sind weiter Spulenkerne bzw. Polschuhe der Einzelspulen
der mindestens einen Spulenanordnung der Linear-Antriebseinheit
einzeln ausgebildet und nicht zusammengeschlossen. Hierdurch wird
ein magnetischer "Kurzschluss", d. h., dass sich
Magnetfelder ohne Austritt in den vortriebswirksamen Luftspalt schließen können, und
die damit verbundenen Leistungsverluste vermieden und es kann bei
sehr geringem konstruktivem Aufwand ein kleiner bis mittlerer Bauraum
erreicht werden. Auch können
durch diese Maßnahme
die Systemparameter der Hauptfunktionen "Vorschub erzeugen" und "magnetisch lagern" weitgehend unabhängig voneinander optimiert
werden.
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Bei
der erfindungsgemäß verwendeten
Linear-Antriebseinheit ist ein Raster der Einzelspulen der Spulenanordnung
vorzugsweise unterschiedlich zu den bestimmten Abständen der
abwechselnden Polarisierung der mindestens einen zweiten Magnetreihe.
Hierdurch wird ein besonders einfaches Anfahren des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und
Antriebssystemes aus dem Stillstand sowie die Möglichkeit einer besonders gleichförmigen Bewegung
ermöglicht.
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Bei
dem erfindungsgemäß verwendeten
kombinierten magnetischen Trag- und
Antriebssystem ist vorzugsweise die mindestens eine Magnetreihe
quer zur Tragrichtung und zur Antriebsrichtung magnetisiert, in der
ein von der Trageinrichtung getragenes Element, z. B. ein Schiebetürelement,
verfahren werden kann. Bei dieser vorzugsweisen Anordnung der Magnetisierung
der mindestens einen Magnetreihe quer zur Tragrichtung ergibt sich
eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung des Führungselementes,
da dieses in diesem Fall unabhängig
von einer Kraft geplant und ausgeführt werden kann, die von der
Trageinrichtung erzeugt werden muss, um das getragene Element in
einem Schwebezustand zu halten. Weiter ist eine einfache Ausführung der
Linear-Antriebseinheit möglich,
da diese ebenfalls unabhängig
von der von der Trageinrichtung zu erzeugenden Kraft geplant und
ausgeführt
werden kann.
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Erfindungsgemäß besteht
die mindestens eine erste Magnetreihe vorzugsweise aus einzelnen
Dauermagneten, da so durch die Aneinanderreihung einzelner kleinerer
Magnete bei der Materialbeschaffung und damit im Herstellungsprozess
der erfindungsgemäßen Trageinrichtung
Kosten gespart werden können.
Weiter können
aufgrund dieser Ausgestaltung leichter Toleranzen ausgeglichen und
magnetische Eigenschaften besser ausgenutzt werden. Anstelle einer
Reihe von Magneten kann auch ein Einzelmagnet eingesetzt werden, wodurch
das relativ schwierige Montieren der Vielzahl von Einzelmagneten
entfällt.
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Weiter
vorzugsweise ist zwischen zwei benachbarten einzelnen Dauermagneten
eine Lücke
vorhanden, um obige Vorteile bezüglich
des magnetischen "Kurzschlusses" zu verstärken.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäß verwendeten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes weist jeder Spulenkern vorzugsweise
zwei Polschuhe auf, von denen der eine mit dem bestimmten Abstand
zu einer ersten Seite einer Magnetreihe der mindestens einen Magnetreihe
angeordnet ist und der andere mit dem gleichen oder einem anderen
bestimmten spaltförmigen
Abstand zu einer der ersten Seite der Magnetreihe gegenüberliegenden
zweiten Seite der Magnetreihe oder einer weiteren Magnetreihe der
mindestens einen Magnetreihe angeordnet ist.
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Nach
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen magnetischen
Trag- und Antriebssystemes weist die Linear-Antriebseinheit wenigstens
zwei Spulenanordnungen auf, wobei Spulenkerne einer Spulenanordnung
mit dem bestimmten Abstand zu einer ersten Seite der Magnetreihe
angeordnet sind und Spulenkerne einer anderen Spulenanordnung mit
dem gleichen oder einem anderen bestimmten spaltförmigen Abstand
zu einer der ersten Seite der Magnetreihe gegenüberliegenden zweiten Seite
der Magnetreihe oder einer weiteren Magnetreihe der mindestens einen
Magnetreihe angeordnet sind.
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Gemäß diesen
beiden bevorzugten Ausführungsformen
wirken die zwischen den Polflächen
der mindestens einen Magnetreihe und den diesen gegenüberliegenden
Seiten des Linear-Antriebssystemes entstehenden Querkräfte einander
entgegen und heben sich bei günstiger
Auslegung nahezu auf. Das führt
dazu, dass nach diesen bevorzugten Ausführungsformen eine besonders
einfache und unkomplizierte Auslegung des Führungselementes ermöglicht wird,
da dieses zum Gewährleisten
des Abstandes zwischen der mindestens einen Magnetreihe und dem
korrespondierenden Tragelement nahezu keine Querkräfte aufnehmen muss.
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Vorzugsweise
wird der Abstand zwischen Magnetreihe und Tragelement so klein wie
möglich
gehalten.
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Nach
der Erfindung sind das in der erfindungsgemäß verwendeten magnetischen
Trageinrichtung verwendete mindestens eine Tragelement vorzugsweise
ortsfest und die mindestens eine Magnetreihe ortsveränderlich
angeordnet, d.h. im Fall einer Schiebetür ist diese an der mindestens
einen Magnetreihe aufgehängt, wohingegen
das mindestens eine Tragelement eine Führung für das Türelement oder die Türelemente
einer mehrflügeligen
Schiebetür
bildet. Natürlich
ist auch die Ausgestaltung des mindestens einen Tragelementes ortsveränderlich
und der mindestens einen ersten Magnetreihe ortsfest, wie auch eine
Kombination dieser beiden Varianten möglich. Die Spulenanordnung
der Linear-Antriebseinheit ist natürlich immer zusammen mit dem
Tragelement der Trageinrichtung ortsfest bzw. ortsveränderlich
angeordnet.
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Das
mindestens eine Tragelement ist nach der Erfindung vorzugsweise
weichmagnetisch, wodurch besonders niedrige Kosten hinsichtlich
dieses Elementes erreicht werden.
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Das
Führungselement
umfasst nach der Erfindung vorzugsweise Rollen, Wälz- und/oder
Gleitkörper.
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Nach
der Erfindung besteht die mindestens eine Magnetreihe vorzugsweise
aus einem oder mehreren Hochleistungsmagneten, vorzugsweise Seltenenerden-Hochleistungsmagneten,
weiter vorzugsweise aus Neodym-Eisen-Bor
(NeFeB) bzw. Samarium-Cobalt (Sm2Co) oder
kunststoffgebundenen Magnetwerkstoffen. Durch die Verwendung von
solchen Hochleistungsmagneten lassen sich wegen der höheren Remanenzinduktion
wesentlich höhere
Kraftdichten erzeugen als mit Ferrit-Magneten. Demzufolge lässt sich
das Magnetsystem bei gegebener Tragkraft mit Hochleistungsmagneten
geometrisch klein und damit platzsparend aufbauen. Die gegenüber Ferrit-Magneten
höheren
Materialkosten der Hochleistungs magnete werden durch das vergleichsweise
geringe Magnetvolumen zumindest kompensiert.
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Das
erfindungsgemäße kombinierte
magnetische Trag- und Antriebssystem wird zum Tragen mindestens
eines Türflügels einer
Schiebetür
eingesetzt, die vorzugsweise als Bogenschiebetür oder Horizontal-Schiebewand
ausgebildet ist. Es kann neben diesem Einsatz auch zum Tragen von
Torflügeln
oder in Zuführeinrichtungen,
Handlingseinrichtungen oder Transportsystemen eingesetzt werden.
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Die
Erfindung wird nun anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1: Einen Querschnitt einer ersten bevorzugten
Ausführungsform
der erfindungsgemäß verwendeten
magnetischen Trageinrichtung in verschiedenen Belastungszuständen,
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2:
die Tragkraftkennlinie der magnetischen Trageinrichtung nach der
in 1 gezeigten ersten bevorzugten
Ausführungsform,
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3:
den Querkraftverlauf der magnetischen Trageinrichtung nach der in 1 gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform,
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4:
eine Schnittdarstellung einer Draufsicht der magnetischen Trageinrichtung
nach der in 1 gezeigten ersten bevorzugten
Ausführungsform,
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5:
eine Schnittdarstellung einer Draufsicht einer ersten bevorzugten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten
magnetischen Trageinrichtung in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
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6:
eine elektrische Verschaltung der Spulen der Linear-Antriebseinheit
des in 5 gezeigten kombinierten magnetischen Trag- und
Antriebssystemes,
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7:
ein Diagramm zur Erläuterung
einer ersten Möglichkeit
des Spannungsverlaufes an den wie in 6 gezeigt
verschalteten Spulen der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes,
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8:
ein Diagramm zur Erläuterung
einer zweiten Möglichkeit
des Spannungsverlaufes an den wie in 6 gezeigt
verschalteten Spulen der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes,
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9:
ein Diagramm zur Erläuterung
einer dritten Möglichkeit
des Spannungsverlaufes an den wie in 6 gezeigt
verschalteten Spulen der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes,
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10:
eine Schnittdarstellung einer ersten Ausgestaltung einer Draufsicht
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten
magnetischen Trageinrichtung gemäß deren
erster bevorzugter Ausführungsform,
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11:
einen Querschnitt einer zweiten Ausgestaltung der zweiten bevorzugten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten magnetischen
Trageinrichtung gemäß deren
erster bevorzugter Ausführungsform,
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12:
einen Querschnitt einer dritten Ausgestaltung der zweiten bevorzugten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten magnetischen
Trageinrichtung gemäß deren
erster bevorzugter Ausführungsform,
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13:
einen Querschnitt der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und
Antriebssystemes mit einer permanent erregten magnetischen Trageinrichtung
gemäß deren
zweiter bevorzugter Ausführungsform
und
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14: eine vierte Ausgestaltung der zweiten
bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten
magnetischen Trageinrichtung gemäß deren
erster bevorzugter Ausführungsform.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäß verwendeten
magnetischen Trageinrichtung im Querschnitt. Zur Erläuterung
ist ein Koordinatensystem eingezeichnet, bei dem eine x-Richtung
eine Fahrtrichtung eines an der erfindungsgemäßen Trageinrichtung aufgehängten Türflügels 5 darstellt.
Die Richtung der auf die magnetische Trageinrichtung wirkenden Querkräfte ist
die y-Richtung und die durch das Gewicht der aufgehängten Türflügel 5 bedingte
vertikale Magnetauslenkung nach unten ist in z-Richtung eingezeichnet.
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Eine
an einem Tragschlitten 4 befestigte Magnetreihe 1 wird
durch eine an dem Tragschlitten 4 vorgesehene mechanische
Führung 3,
die mit einem Gehäuse 6 der
Trageinrichtung zusammenwirkt, in horizontaler Richtung zentriert
zwischen den weichmagnetischen Spulenkernen 12, die das
Tragelement bilden, von gegenüberliegenden
Spulenanordnungen der Linear-Antriebseinheit zwangsgeführt, während sie
in vertikaler Richtung und in Fahrtrichtung des Türflügels 5 frei
verschiebbar ist. Durch die so erzwungene Symmetrie heben sich die
in y-Richtung an den Magneten 1a, 1b, 1c, 1d angreifenden
Querkräfte
weitgehend auf. In vertikaler Richtung (z-Richtung) nehmen die Magnete 1a, 1b, 1c, 1d nur
im lastfreien Zustand, also ohne an dem Tragschlitten 4 befestigte
Last, wie in der 1a) gezeigt, eine symmetrische
Lage ein.
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Bei
Belastung der Magnete 1a, 1b, 1c, 1d mit
einer Gewichtskraft Fg, z. B. durch den
an dem Tragschlitten 4 befestigten Türflügel 5, werden diese
in vertikaler Richtung aus der in 1a) gezeigten
symmetrischen Lage über
einen in 1b) gezeigten Zwischenzustand
in eine in 1c) gezeigte Gleichgewichtslage
bewegt, die durch die zu tragende Gewichtskraft Fg und
eine magnetische Rückstellkraft
zwischen den Magneten 1a, 1b, 1c, 1d der
Magnetreihe 1 und den Spulenkernen 12, im Folgenden auch
als Tragkraft F(z) bezeichnet, bestimmt ist. Die Ursache dieser
Rückstellkraft
sind die zwischen den Magneten 1a, 1b, 1c, 1d der Magnetreihe 1 und
den Spulenkernen 12 wirkenden magnetischen Anziehungskräfte, wobei
nur der Teil der Magnete 1a, 1b, 1c, 1d,
der zwischen den Spulenkernen 12 nach unten heraustritt,
zu dieser magnetischen Tragkraft beiträgt. Da dieser Teil mit größer werdender
vertikaler Auslenkung zunimmt, steigt die magnetische Tragkraft
dem Betrag nach kontinuierlich mit der Auslenkung an.
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2 zeigt
die Abhängigkeit
zwischen der vertikalen Auslenkung der Magnetreihe 1 und
der magnetischen Tragkraft in einer Kennlinie dargestellt, d.h.
die Tragkraftkennlinie der Trageinrichtung gemäß der in 1 gezeigten
ersten bevorzugten Ausführungsform.
Auf der Abszisse ist die vertikale Auslenkung z nach unten, z. B.
in mm, und auf der Ordinate die korrespondierende erzeugte magnetische
Tragkraft F(z), z. B. in Newton, angegeben. Der Verlauf der Tragkraftkennlinie
ist durch einen oberen und einen unteren Abrisspunkt gekennzeichnet,
die jeweils erreicht werden, wenn die Magneten zwischen den Spulenkernen 12 nach
oben bzw. nach unten vollständig
heraustreten, wie es für
den Fall nach unten in 1e) gezeigt
ist. Wird diese kritische Auslenkung kraftbedingt überschritten,
so schwächen
sich die Rückstellkräfte durch
den zunehmenden Abstand zu den Spulenkernen 12 ab, wodurch
in diesen Bereichen kein stabiler Gleichgewichtszustand zwischen
der Tragkraft F(z) und der durch die Last bedingten Gewichtskraft
Fg erreicht werden kann.
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In
der Praxis kann ein solches Abreißen der Tragkraft F(z) durch
die Gewichtskraft Fg der Türflügelmasse
durch eine mechanische Begrenzung der möglichen Auslenkung der Magnetreihe 1 zuverlässig verhindert
werden, wie sie beispielhaft in 1d) gezeigt
ist. Hier umfasst das die Spulenkerne 12 aufnehmende und
eine horizontale Führung
für das
Füh rungselement 3 bietende
Gehäuse 6 gleichzeitig
zwei jeweils an seine unteren Enden angeordnete Vorsprünge 6a, 6b,
die eine mechanische Begrenzung der möglichen Auslenkung des Tragschlittens 4 und
somit der an diesem starr befestigten Magnetreihe 1 in
z-Richtung sind.
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Zwischen
dem oberen Abrisspunkt und dem unteren Abrisspunkt verläuft die
Tragkraftkennlinie nahezu linear, wobei bei einer positiven Auslenkung
der Magnetreihe 1, d.h. einer Auslenkung nach unten, die
durch den am Tragschlitten 4 befestigten Türflügel 5 erfolgt,
von dem Ursprung des Koordinatensystemes zwischen vertikaler Auslenkung
z der Magnetreihe 1 und magnetischer Tragkraft F(z) bis
zu dem unteren Abrisspunkt auf der Tragkraftkennlinie Betriebspunkte
mit negativer Steigung durchfahren werden, in denen sich eine jeweilige
stabile Lage der Magnetreihe 1 zwischen den Spulenkernen 12,
bedingt durch die auf die Magnetreihe 1 wirkende Gewichtskraft
Fg und der betragsgleichen, in entgegengesetzte
Richtung wirkende magnetische Tragkraft F(z) einstellen kann.
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Bei
strenger Symmetrie der beschriebenen magnetischen Trageinrichtung
um die vertikale Mittelachse, d.h. die z-Achse, die sowohl von der
Anordnung der Trageinrichtung als auch dem mechanischen Führungselement 3 abhängt, heben
sich die horizontalen Magnetkraft-Komponenten in Querrichtung, d.h.
in y-Richtung, vollständig
auf. Verlässt
die Magnetreihe 1 toleranzbedingt diese exakte Mittellage,
so stellt sich aufgrund unterschiedlich starker Anziehungskräfte zu den
gegenüberliegenden
Spulenkernen 12 eine auf die Magnetreihe wirkende Querkraft
F(y) ein.
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Die 3 zeigt
für eine
Spaltbreite von –1
mm bis +1 mm einen Querkraftverlauf F(y) in Abhängigkeit von einer seitlichen
Verschiebung y der Magnete, der über
den ganzen Verlauf eine positive Steigung hat. Das bedeutet, dass über die
gesamte Querkraftkennlinie, d.h. auch im Null- Punkt des Koordinatensystemes, der zur
Mittellage der Magnetreihe 1 zwischen den gegenüberliegenden
Spulenkernen 12 korrespondiert, ein instabiles Kräftegleichgewicht
vorliegt. In allen anderen Punkten des Koordinatensystemes herrscht
eine resultierende Querkraft F(y).
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Da
in der Mittellage nur ein instabiles Kräftegleichgewicht vorliegt,
muss das Führungselement 3 eine präzise mechanische
Lagerung bieten, die die Magnetreihe 1 während der
Fahrbewegung der Magnetreihe 1 in Bewegungsrichtung, d.h.
in x-Richtung, exakt mittig zwischen den gegenüberliegenden Spulenkernen 12 führt. Je
genauer diese Zentrierung realisiert werden kann, umso geringer
ist die resultierende Querkraft F(y) und hiermit verbundene Reibungskräfte der
mechanischen Lagerung.
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Um
die Trageigenschaften zu optimieren sollte die Magnetbreite, d.h.
die Abmessungen der Magnetreihe 1 bzw. von deren Einzelmagneten 1a, 1b, 1c, 1d in
y-Richtung, möglichst
groß sein,
denn eine große Magnetbreite
bewirkt eine große
Feldstärke,
die zu großen
Tragkräften
führt.
Die Magnethöhe,
also die Abmessungen der Magnetreihe bzw. von deren Einzelmagneten 1a, 1b, 1c, 1d in
z-Richtung sollte möglichst
klein sein, denn kleine Magnethöhen
erhöhen
die Steifigkeit des Tragkraftfeldes durch Bündelung des Feldes.
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Die
Höhe der
Spulenkerne 12 sollte möglichst
klein sein, günstig
ist eine Höhe
kleiner 1/2 der Magnethöhe,
denn die Feldlinien der Dauermagnete werden gebündelt und hierdurch die Steifigkeit
des magnetischen Tragsystemes erhöht.
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Die
Anordnung sollte so gewählt
werden, dass die weichmagnetischen Spulenkerne 12 im Gleichgewichtszustand,
in dem die magnetische Rückstellkraft
F(z) betragsgleich der durch Belastung der Magnetreihe 1 mit dem
Türflügel 5 hervorgerufenen
Gewichtskraft Fg ist, vertikal unsymmetrisch
um die Magnetreihe 1 liegen, und die Magnetreihe 1 sollte
möglichst
kontinuierlich sein, um Rastkräfte
in Bewegungsrichtung, d. h. in x-Richtung, zu vermeiden.
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In 4 ist
eine Schnittdarstellung einer Aufsicht der in 1 gezeigten
Trageinrichtung nach der ersten bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Es ist
zu erkennen, dass die Magnetreihe 1 aus Einzelmagneten besteht,
die mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung zwischen den jeweils
seitlich angeordneten Spulenkernen 12 angeordnet sind,
die aus einem weichmagnetischen Material bestehen, z. B. aus Eisenwerkstoff.
In dieser Ausführungsform,
in der die Spulenkerne 12 den feststehenden Teil der erfindungsgemäß verwendeten Trageinrichtung
bilden, sind die Einzelmagnete zur Bildung der Magnetreihe 1 an
dem beweglichen Tragschlitten 4 befestigt und können zwischen
den Spulenkernen 12 in x- und z-Richtung verschoben werden.
Bei einer vertikalen Verschiebung, d.h. einer Verschiebung in z-Richtung,
um einen kleinen Weg, ca. 3–5
mm, aus der Null-Lage, d.h. der geometrischen Symmetrielage, ergibt
sich, bedingt durch die Verwendung äußerst starker Dauermagnete,
z. B. aus NeFeB, eine erhebliche Rückstellkraft, die zum Tragen
eines Schiebetürflügels 5 mit einem
Gewicht von ca. 80 kg/m geeignet ist. In der in 4 gezeigten
Anordnung, bei der die Dauermagnete mit abwechselnder Magnetisierungsrichtung
zwischen den gegenüberliegenden
Spulenkernen 12 angeordnet sind, wirkt sich der Feldschluss
durch die Spulenkerne 12 bei wechselseitiger Magnetisierungsrichtung
der nebeneinander angeordneten Magnete positiv verstärkend aus.
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Die 5 zeigt
zwei Antriebssegmente einer ersten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes in einer geschnittenen Aufsicht,
bei der der erfindungs gemäß verwendete
magnetische Linearantrieb auf zwei Magnetreihen 1e, 1f wirkt,
die an einem Tragschlitten 4 befestigt sind. Die beiden
Magnetreihen 1e, 1f weisen jeweils abwechselnd
polarisierte Einzelmagnete auf, wobei die Polarität der Einzelmagnete
der ersten Magnetreihe 1e und die Polarität eines
in Querrichtung, d.h. y-Richtung, versetzten Einzelmagneten der
zweiten Magnetreihe 1f gleichgerichtet sind. Zwischen den
beiden Magnetreihen 1e, 1f sind Spulen 7 des
Linearantriebes so angeordnet, dass sich der jeweilige Spulenkern 12 in
Querrichtung, d.h. y-Richtung, erstreckt. Auf der den Spulen 7 mit
den Spulenkernen 12 jeweils abgewandten Seite der beiden
Magnetreihen 1e, 1f befindet sich ein Teil des
Tragschlittens 4, an dem die beiden Magnetreihen 1e, 1f befestigt
sind.
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Um
einen kontinuierlichen Vorschub der Magnetreihen 1e, 1f mittels
des Linearantriebes zu gewährleisten,
sind die Stator-Spulen 7 mit ihren jeweiligen Spulenkernen 12 in
unterschiedlichen relativen Positionen zum Raster der Dauermagnete
angeordnet. Je mehr unterschiedliche Relativpositionen ausgebildet
werden, umso gleichmäßiger lässt sich
die Schubkraft über
den Verfahrweg realisieren. Da andererseits jede Relativposition
einer elektrischen Phase eines für
den Linearantrieb benötigten
Ansteuersystemes zuzuordnen ist, sollten möglichst wenig elektrische Phasen
zum Einsatz kommen. Aufgrund des zur Verfügung stehenden dreiphasigen
Drehstromnetzes ist ein dreiphasiges System, wie es beispielhaft
in 5 gezeigt ist, sehr kostengünstig aufzubauen.
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Hierbei
besteht ein jeweiliges Antriebssegment der Linear-Antriebseinheit
aus drei Spulen 7, die eine Ausdehnung von drei Längeneinheiten
in Antriebsrichtung, d.h. x-Richtung, aufweisen, wobei also zwischen den
Mittelpunkten benachbarter Spulenkerne 12 ein Raster Rs = 1 Längeneinheit
liegt. Die Länge
eines Magneten der Magnetreihen 1e, 1f in Antriebsrichtung
und die Länge
der zwischen den Einzelmagneten der jeweiligen Magnetreihe 1e, 1f liegenden
Lücke ist
hier so gewählt,
dass die Länge
eines Magneten LMagnet + Länge einer
Lücke LLücke =
Magnetraster RM = 3/4 Längeneinheit (= 3/4 Rs) ergibt.
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6 zeigt
die Verschaltung der Spulen der in 5 gezeigten
beiden Antriebssegmente der erfindungsgemäß verwendeten Linear-Antriebseinheit.
Hier ist eine erste Spule 7a mit einem ersten Magnetkern 12a zwischen
eine erste Phase und eine zweite Phase eines aus drei Phasen bestehenden
Drehstromsystemes angeschlossen, dessen drei Phasen gleichmäßig verteilt
sind, also die zweite Phase bei 120° und eine dritte Phase bei 240° liegen,
wenn die erste Phase bei 0° liegt.
Eine in positiver Antriebsrichtung, d.h. +x-Richtung, neben der
ersten Spule 7a mit Magnetkern 12a liegende zweite
Spule 7b mit Magnetkern 12b eines Antriebssegmentes
der Linear-Antriebseinheit ist zwischen die zweite Phase und die
dritte Phase geschaltet und eine in positiver Antriebsrichtung,
d.h. +x-Richtung
neben der zweiten Spule 7b mit Magnetkern 12b liegende dritte
Spule 7c mit Magnetkern 12c ist zwischen die dritte
Phase und die erste Phase geschaltet. Neben einem solchen Antriebssegment
der Linear-Antriebseinheit
liegende Antriebssegmente der Linear-Antriebseinheit sind in gleicher
Weise an die drei Phasen des Drehstromsystemes angeschlossen.
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Ordnet
man dem durch die Dauermagnete gebildeten Polraster, analog zur
Anordnung in einem zweipoligen Gleichstrommotor, Phasenwinkel zu,
so lassen sich die linearen Spulenanordnungen in einem kreisförmigen Phasendiagramm
abbilden. Da sich dieses sowohl magnetisch als Antriebswirkung auf
die Dauermagnete als auch elektrisch als Ansteuerung der Spulen
interpretieren lässt,
kann durch dieses Diagramm der Zusammenhang zwischen Schaltzuständen und
Antriebswirkung einheitlich beschrieben werden.
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Ein
solches kreisförmiges
Phasendiagramm mit eingezeichneten Spulen ist in 7 gezeigt.
Hier ist auf der Ordinate das elektrische Potential in V und auf
der Abszisse das magnetische Potential angegeben. Ein Kreis um den
Ursprung dieses Koordinatensystemes, der ein Nullpotential sowohl
für das
elektrische Potential als auch das magnetische Potential darstellt,
repräsentiert
die Phasenlagen der an den jeweiligen Spulen anliegenden Spannung,
wobei eine 0°-Phasenlage
bei dem Schnittpunkt des Kreises mit der positiven Ordinate gegeben
ist und sich die Phase im Uhrzeigersinn zu einer 90°-Phasenlage
in dem Schnittpunkt des Kreises mit der negativen Abszisse, der
das magnetische Potential des Südpols
darstellt, eine 180°-Phasenlage in
dem Schnittpunkt des Kreises mit der negativen Ordinate, der das
minimale Spannungspotential darstellt, einer 270°-Phasenlage in dem Schnittpunkt
des Kreises mit der positiven Abszisse, der das magnetische Potential
des Nordpols darstellt, bis zu einer 360°-Phasenlage, die gleich der
0°-Phasenlage
ist, in dem Schnittpunkt des Kreises mit der positiven Ordinate,
der das maximale Spannungspotential darstellt, ändert.
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Wie
in 6 gezeigt, ist eine Beziehung gegeben, bei der
die erste Spule 7a mit Magnetkern 12a zwischen
einer 0°-Phasenlage
und einer 120°-Phasenlage,
die zweite Spule 7b mit Magnetkern 12b zwischen
einer 120°-Phasenlage
und einer 240°-Phasenlage
und die dritte Spule 7c mit Magnetkern 12c zwischen
einer 240°-Phasenlage
und einer 360°-Phasenlage liegen.
Bei Drehstrombetrieb drehen sich nun die Zeiger dieser Spulen entsprechend
der Wechselfrequenz des Drehstroms im Gegenuhrzeigersinn, wobei
jeweils eine der elektrischen Potentialdifferenz zwischen den auf
die Ordinate projizierten Anfangs- und Endpunkten des Zeigers entsprechende
Spannung an den Spulen anliegt.
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Bei
der magnetischen Interpretation des Phasendiagramms entspricht ein
Phasendurchlauf von 180° einer
Verschiebung des Läufers
um den Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Magnete, also
dem Magnetraster RM. Durch die abwechselnde
Polarisierung der Magnete im Läufer
wird bei einer Verschiebung um das Magnetraster RM ein
Polwechsel ausgeführt.
Nach einem 360°-Phasendurchlauf
beträgt
die Läuferverschiebung
zwei RM. Hierbei befinden sich die Magnete
relativ zum Raster Rs der Statorspulen wieder in
Ausgangsposition, vergleichbar mit einer 360°-Umdrehung des Rotors eines
zweipoligen Gleichstrommotors.
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Für die elektrische
Interpretation des Phasendiagramms wird die Ordinate betrachtet,
auf der das anliegende elektrische Spannungspotential dargestellt
ist. Bei 0° liegt
das maximale Potential, bei 180°,
das minimale Potential und bei 90° bzw.
270° ein
mittleres Spannungspotential an. Wie zuvor erwähnt, werden die Spulen im Diagramm
durch Pfeile dargestellt, deren Anfangs- und Endpunkte die Kontaktierungen
darstellen. Die jeweils anliegende Spulenspannung kann durch Projektion
von Start- und Endpunkt der Pfeile auf der Potentialachse abgelesen
werden. Durch die Pfeilrichtung wird die Stromrichtung und hierdurch
die Magnetisierungsrichtung der Spule festgelegt.
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Anstelle
einer kontinuierlichen sinusförmigen
Spannungsquelle, die ein Phasendiagramm gemäß 7 aufweist,
kann aus Kostengründen
auch eine Steuerung mit Rechteck-Charakteristik eingesetzt werden. In
einem entsprechenden Phasendiagramm, das in 8 gezeigt
ist, ist die Rechteck-Charakteristik durch Schaltschwellen dargestellt.
Hierbei können
die Phasenanschlüsse
jeweils die drei Zustände
Pluspotential, Minuspotential und potentialfrei einnehmen. Dabei
liegt das Pluspotential z. B. in einem Bereich zwischen 300° und 60° und das
Minuspotential in einem Bereich von 120° bis 240° an und die Bereiche zwischen
60° und 120° sowie 240° und 300° stellen
den potentialfreien Zustand dar, in dem die Spulen nicht angeschlossen
sind. Bei der Rechteckspannung-Ansteuerung ist der im Vergleich
zur Sinus-Steuerung ungleichmäßigere Schub nachteilig.
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Es
lässt sich
natürlich
noch eine große
Zahl weiterer Spulenkonfigurationen und Potentialverteilungen aufbauen,
z. B. die in 9 gezeigte Potentialverteilung,
bei der ein minimales Potential von 0 V in einem Bereich zwischen
105° und
255°, ein
maximales Potential von 24 V in einem Bereich von 285° bis 75° und potentialfreie
Bereiche von 75° bis
105° und
von 255° bis
285° vorliegen.
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Weiter
zeigt 10 zwei Antriebssegmente einer
ersten Ausgestaltung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes in einer geschnittenen Aufsicht,
bei der der erfindungsgemäß verwendete
magnetische Linearantrieb eine dreiphasige Spulenanordnung aufweist,
wobei eine Magnetreihe 1 zwischen Polschuhleisten 18a, 18b liegt,
die jeweils alle auf einer Seite der Magnetreihe 1 liegenden
Polschuhe 19 von Spulen der Linear-Antriebseinheit verbinden. Die
Polschuhe 19 verlaufen hier von den Endflächen der
sich in Antriebsrichtung, d.h. x-Richtung erstreckenden Spulenkerne 12 der
Spulen 7 zu den Polschuhleisten 18a, 18b,
um einen besseren Magnetfeldschluss zu gewährleisten. Die auf beiden Polseiten
der Einzelmagnete der Magnetreihe 1 angeordneten Spulen
sind symmetrisch in gleicher Weise angeschlossen, wie die zwischen
den beiden Magnetreihen 1e, 1f der zuvor beschriebenen
Ausführungsform
liegenden Spulen. In dieser Ausführungsform
ist das Magnetraster RM = 3/2 des Spulenrasters
Rs gewählt.
Durch diese Merkmale sind die charakteristischen Eigenschaften,
dass jede Spule einen Phasenwinkel von 120° überbrückt und dass nach 360° (eine Umdrehung
= 2 RM) alle drei Spulen eines Antriebssegmentes
der Linear-Antriebseinheit durchlaufen sind, wobei – wie in
der obigen Ausführungsform – ein Antriebssegment
aus einer der elektrischen Phasen entsprechenden Anzahl von zusammen
angesteuerten Spulen bzw. Spulenpaaren besteht.
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Das
Phasendiagramm dieser Anordnung entspricht dem der zuvor beschriebenen
Anordnung, bei dem die im Phasendiagramm durch Pfeile dargestellten
Spulen ein Dreieck bilden, wobei die Ecken dieses Dreieckes jeweils
die Phasen der Ansteuerung darstellen. Hier durchlaufen die Ecken
des Dreieckes bei einer Drehung um 360°, was einer Translationsbewegung
des Läufers
um drei Spulenraster entspricht, drei Spannungspotentiale: plus,
minus und potentialfrei, wenn die in
8 gezeigte
Rechteckansteuerung gewählt
wird. Da jede Spule einen Phasenwinkel von 120° überbrückt, wird bei einer Drehung
um 60° das
Potential einer Phase geändert
und eine der drei Phasen ist immer potentialfrei. Trägt man das
Phasenpotential in Abhängigkeit
von der Anzahl der 60°-Drehungsschritte
in eine Tabelle ein, so ergibt sich das nachfolgende Phasenansteuerungs-Diagramm:
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Durch
eine Verschiebung der Schaltschwelle zu einem Minuspotential zwischen
105° und
255°, einem Pluspotential
zwischen 285° und
75° und
potentialfreien Zuständen
zwischen 75° und
105° und
255° und
285°, ähnlich des
in
9 gezeigten Zustandes, lässt sich eine Ansteuerung mit
einer Schrittweite von 30° realisieren.
Hierbei können
zwei Phasen das gleiche Potential haben, sodass an zugehöriger Spule
keine Spannungsdifferenz anliegt und kein Strom fließt. In jedem
zweiten 30°-Schritt
ist jeweils eine Phase potentialfrei. Das entsprechende 30°-Phasenansteuerungs-Diagramm
mit 12 Steuerschritten ergibt sich wie folgt:
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Um
die Vorschubeigenschaften zu optimieren, sollte die Magnetbreite,
d.h. die Abmessungen der Magnetreihe 1 bzw. der Magnetreihen 1e, 1f bzw.
von deren Einzelmagneten in y-Richtung, möglichst klein sein, denn die
Dauermagnete wirken wie Luft dämpfend
auf den Magnetkreis der Spulen. Die Magnethöhe, also die Abmessungen der
Magnetreihe(n) bzw. von deren Einzelmagneten in z-Richtung, sollte
möglichst
groß sein, denn
eine große
Magnethöhe
führt zu
einer großen
Luftspaltfläche,
die den magnetischen Widerstand des Spulenkreises reduzieren hilft.
Gleichzeitig wird hierbei viel Magnetmaterial in den magnetischen
Spulenkreis eingebracht, ohne zu große, den Magnetkreis sättigende
Feldstärken
zu erzeugen. Die Höhe
der Polschuhe und/oder Spulenkerne 12 sollte möglichst
groß sein,
damit die Polschuhe bzw. Spulenkerne 12 mit den Magneten
eine möglichst
große Überdeckung
erreichen, sodass sich eine große
Luftspaltfläche
mit hoher Wirkkraft und kleinem magnetischen Widerstand ergibt.
Die Anordnung dieser weichmagnetischen Bauelemente sollte eine möglichst
große
vertikale Überdeckung
zwischen Spulenkernen bzw. Polschuhen erreichen.
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Nachfolgend
werden weitere Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes mit einer permanent erregten
magnetischen Trageinrichtung und einer Linear-Antriebseinheit gezeigt, wobei beispielhaft
ein Schiebetürantrieb
beschrieben wird.
-
Hier
besteht der Schiebetürantrieb
aus mindestens einer magnetischen Trag-, Führungs- oder Entlastungseinrichtung,
die das Türflügelgewicht
ganz oder teilweise trägt.
Die magnetische Trageinrichtung besteht aus mindestens einem, jedoch
vorzugsweise einer oder mehrerer Reihen von Dauermagneten, die entweder mit
dem feststehenden Teil, dem Statorgehäuse, oder dem beweglichen Teil,
dem Antriebstragschlitten, verbunden sind und in horizontaler Richtung
quer zur Fahrtrichtung ausgerichtet sind. Die magnetische Trageinrichtung
besteht aus mindestens einer elektromagnetisch wirkenden Linear-Antriebseinheit,
die aus elektromagnetischen Spulen besteht und deren Achse bzw.
Feldwirkung vorzugsweise horizontal ausgerichtet ist, die gegenüber den
Magneten am anderen Teil des Antriebes angebracht sind und deren
Spulenkerne oder Polschuhe zu einer oder beiden seitlichen Polflächen der
Dauermagnete ein oder mehrere vertikal ausgerichtete schmale Luftspalte
bilden, sodass mit steigender gewichtskraftbedingter Auslenkung
ein Ansteigen der magnetischen Tragkraft hervorgerufen wird, wie
zuvor beschrieben. Die Spulenkerne bestehen vorzugsweise aus weichmagnetischen
Werkstoffen.
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Weiterhin
wird die Anordnung so gestaltet, dass die von den Spulen erzeugten
magnetischen Felder, die durch weichmagnetische Bauteile wie Spulenkerne,
Polschuhe oder Profile geleitet werden, zum Schließen des
Magnetkreises an mindestens einer Stelle aus den weichmagnetischen
Bauelementen austreten müssen. In
diesem spaltförmigen
Austrittsbereich befinden sich wenigstens ein Teil der mehrfach
polarisierten oder mehreren Dauermagneten in einer Reihe. Diese
sind so angeordnet, dass durch die von den Spulen erzeugten Magnetfelder
auf die Dauermagnete eine nutzbare Vortrieb-Kraftwirkung erzielt
wird.
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Die
Luftspalte zwischen Dauermagneten und Spulenkernen, Polschuhen oder
Tragelementen werden durch folgende Eigenschaften charakterisiert:
- – die
Luftspalte befinden sich seitlich der Dauermagnete, zwischen den
Magnet-Polflächen
und weichmagnetischen Elementen wie Spulkernen, Polschuhen, Flussleitstücken, und
Tragschienen;
- – es
existiert zu jeder der beiden Magnetseiten bzw. Polflächen mindestens
ein Luftspalt;
- – die
an beiden Polflächen
eines Magneten angreifenden Querkräfte wirken einander entgegen
und heben sich bei günstiger
Auslegung nahezu auf.
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Die
Trageinrichtung kann über
mindestens ein mechanisches Führungselement 3 verfügen, das
den seitlichen Abstand zwischen den Magneten und den weichmagnetischen
Tragkörpern über die
Fahrstrecke gewährleistet.
Dieses Führungselement
kann aus Rollen, Wälz-
oder Gleitkörpern
bestehen.
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Es
gibt mindestens eine Reihe von Magneten, die dem Vortrieb und der
magnetischen Trag- und Entlastungsfunktion dienen.
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Die 11 zeigt
einen Querschnitt einer zweiten Ausgestaltung der zweiten bevorzugten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes, welche eine symmetrische
Anordnung aufweist, bei der an den Seitenwänden des prinzipiell U-förmigen Gehäuses 6 jeweils an
jeder Seite Spulenanordnungen der Linear-Antriebseinheit so angeordnet
sind, dass sich deren Spulenkerne 12 in Querrichtung, d.h.
in y-Richtung, erstrecken. Zwischen den Spulenkernen 12 ist
mit dem bestimmten Abstand zu jedem der Spulenkerne 12 die
Magnetreihe 1 angeordnet. An den der Magnetreihe 1 abgewandeten
Seiten der Spulenkerne 12 sind zum besseren Magnetfeldschluss
weichmagnetische Schienen 20 angeordnet. Dabei sind die
Schienen 20 an oder in Seitenbereichen 8 des Gehäuses 6 festgelegt.
Unterhalb der an dem Tragschlitten 4 befestigten Magnetreihe 1 ist
das als Rollenanordnungen 3 ausgebildete Führungselement
an dem Tragschlitten 4 angeordnet, wobei die einzelnen
Rollen 3 gegen die nach innen abgeknickten Seitenbereiche 8 des
Gehäuses 6 laufen,
die also in Richtung des Tragschlittens 4 abgeknickt sind.
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Die 12 zeigt
eine dritte Ausgestaltung der zweiten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und
Antriebssystemes, welches gegenüber
der in 11 gezeigten ersten Ausgestaltung
dieser Ausführungsform
dahingehend abgewandelt ist, dass die beiden weichmagnetischen Schienen 20 zum
Magnetfeldschluss nunmehr als ein weichmagnetisches U-Profil 21 ausgebildet sind,
welches entlang der inneren Seitenbereiche 8 und des inneren
Bodenbereiches 9 des prinzipiell U-förmigen Gehäuses 6 so verläuft, dass
die Spulenkerne 12 der Spulenanordnungen der Linear-Antriebseinheit
abgedeckt sind. Hierdurch wird ein noch besserer Magnetfeldschluss
erreicht.
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Die 13 zeigt
einen Querschnitt der ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes, bei dem zwei parallel zueinander
verlaufende an dem Tragschlitten 4 befestigte und voneinander
beabstandete Magnetreihen 1e, 1f vorgesehen sind,
zwischen denen eine Spulenanordnung der Linear-Antriebseinheit angeordnet
ist, die an dem inneren Bodenbereich 9 des Gehäuses 6 befestigt
ist. Die Magnetkerne 12 der Einzelspulen 7 der
Spulenanordnung erstrecken sich wiederum in Querrichtung, d.h. y- Richtung. Zum besseren
Magnetfeldschluss sind an den den Spulenkernen 12 jeweils
abgewandten Seiten der Magnetreihen 1e, 1f jeweils
weichmagnetische Schienen 22 angeordnet, die mit dem Tragschlitten 4 verbunden
sind.
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Die 14 zeigt einen Längsschnitt und einen Querschnitt
einer vierten Ausgestaltung der zweiten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen kombinierten
magnetischen Trag- und Antriebssystemes, bei der eine Spulenanordnung
der Linear-Antriebseinheit in Tragrichtung gesehen ortsfest oberhalb
der an dem Tragschlitten 4 befestigten Magnetreihe 1 angeordnet
ist, wobei sich Polschuhe 19 von den Spulenkernen 12 der
Einzelspulen 7 der Spulenanordnung bis in einen Bereich
neben den Seiten der Magnetreihe 1 erstrecken. Zwischen
den jeweiligen Polschuhen 19 und den beiden Seiten der
Magnetreihe 1 wird der bestimmte spaltförmige Abstand durch ein als
Rollenanordnungen 3 ausgebildetes und an dem Tragschlitten 4 befestigtes
Führungselement
eingehalten, dessen Rollen 3 gegen die beiden inneren Seitenflächen des
prinzipiell U-förmigen Gehäuses 6 laufen.
In dem in 14a) gezeigten Längsschnitt
ist zu erkennen, dass die einzelnen Magnete 1a, 1b, 1c, 1d der
Magnetreihe 1 voneinander beabstandet sind, also ein Magnetraster
RM = einer Magnetlänge LMagnet +
einer Lückenlänge LLücke aufweisen.
Weiter sind auch die Polschuhe der Einzelspulen 7 der Spulenanordnung
einzeln ausgebildet und nicht zusammengeschlossen. Für hier gezeigte
Einzelspulen 7a, 7b, 7c mit jeweiligen
Spulenkernen 12a, 12b, 12c ist also jeweils
ein Paar Polschuhe 19a, 19b, 19c vorhanden,
die sich von den einzelnen Spulenkernen 12a, 12b, 12c zu
den Seitenbereichen der einzelnen Magnete der Magnetreihe 1 hin
erstrecken.
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- 1,
1e, 1f
- Magnetreihe
- 1
a–d
- Magnet
- 3
- Führungselement
- 4
- Tragschlitten
- 5
- Türflügel
- 6
- Gehäuse
- 7,
7a–c
- Spule
- 8
- Seitenbereiche
- 9
- Bodenbereich
- 12,
12a–c
- Spulenkern
- 18
- Polschuhleiste
- 19
- Polschuhe
- 20
- weichmagnetische
Schiene
- 21
- U-Profil
- 22
- weichmagnetische
Schiene
- Rs
- Raster
- LLücke
- Länge einer
Lücke
- RM
- Magnetraster
- LMagnet
- Länge eines
Magneten