DE102006043054B3

DE102006043054B3 - Linearantrieb

Info

Publication number: DE102006043054B3
Application number: DE200610043054
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schnatterer; Gerhard Krafft
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-09-15

Abstract

Es wird ein Linearantrieb (1) vorgeschlagen, der ein in einem Rohrkörper (3) befindliches Abtriebsteil (7) aufweist, das über eine permanentmagnetische Kopplungseinrichtung (15) mit einem am Außenumfang des Rohrkörpers (3) angeordneten Läufer (13) bewegungsgekoppelt ist. Am Außenumfang des Rohrkörpers (3) sind zwei Abstützflächen (25a, 25b) vorgesehen, die, im Querschnitt des Rohrkörpers (3) betrachtet, über entgegengesetzte Neigungen verfügen und an denen der Läufer mit je einer Gegenabstützfläche (27a, 27b) anliegt. Die Kopplungseinrichtung (15) erzeugt eine den Läufer (13) derart beaufschlagende Anziehungskraft (16), dass der Läufer (13) bezüglich dem Rohrkörper (3) spielfrei zentriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb, mit einem Rohrkörper, in dessen Innenraum ein zu einer Linearbewegung längs des Rohrkörpers antreibbares Abtriebsteil angeordnet ist, das über eine eine magnetische Kopplungskraft hervorrufende permanentmagnetische Kopplungseinrichtung mit einem am Außenumfang des Rohrkörpers in dessen Längsrichtung verfahrbar gelagerten Läufer antriebsmäßig gekoppelt ist, so dass es mit diesem eine Bewegungseinheit bildet, wobei am Außenumfang des Rohrkörpers zwei in der Umfangsrichtung des Rohrkörpers beabstandete, sich jeweils längs an der Verfahrstrecke des Läufers erstreckende Abstützflächen angeordnet sind, an denen sich der Läufer mit je mindestens einer Gegenabstützfläche abstützen kann.
Ein aus der EP 0 968 126 B1 bekannter Linearantrieb dieser Art wird pneumatisch betätigt und enthält einen im Wesentlichen U-förmig strukturierten Läufer, der den Rohrkörper reiterähnlich übergreift und über eine permanentmagnetische Kopplungseinrichtung mit dem durch Druckluft zu einer Linearbewegung antreibbaren Abtriebsteil bewegungsgekoppelt ist. Der Läufer ist ausgebildet, um eine beliebige Last transportieren und positionieren zu können, wobei er sich über an ihm ausgebildete kufenförmige Gegenabstützflächen an zwei zueinander parallelen Abstützflächen abstützt, die an einander entgegengesetzten Außenflächen des Rohrkörpers angeordnet sind. Um eine exakte Führung des Läufers am Rohrkörper zu erreichen, die auch ein relatives Verdrehen ausschließt, sind an die Fertigungstoleranzen sehr hohe Anforderungen zu stellen, die den Linearantrieb verteuern. Bei üblichen Fertigungstoleranzen kann es, insbesondere auch unter Berücksichtigung der toleranzbehafteten Magnetkräfte, dazu kommen, dass ein geringfügiges Spiel zwischen dem Läufer und dem Rohrkörper vorhanden ist, was einer exakten Positionierung abträglich ist.
Aus der EP 0 670 427 B1 ist eine fluidisch betätigbare Vorschubeinheit bekannt, die über ein in einem Gehäuse verschiebbar gelagertes Vorschubteil verfügt, welches als dreiseitiger prismatischer Körper ausgebildet ist. Der prismatische Körper ist im Bereich seiner drei Seitenflächen bezüglich dem Gehäuse geführt, während die Übergangsbereiche zwischen den jeweils benachbarten Seitenflächen ungeführt sind.
Aus dem Patent Abstracts of Japan zur JP 07158613 A ist ein kolbenstangenloser Zylinder bekannt, der einen kreisförmigen Rohrkörper mit mehreren über den Außenumfang verteilten Längsrippen aufweist. Das im Rohrkörper angeordnete Abtriebsglied ist mit dem Läufer über eine ringförmige Permanentmagneteinrichtung gekoppelt. Aufgrund der Komplexität der Außenkontur des Rohrkörpers kann auch bei dieser Anordnung nur mit größtem fertigungstechnischem Aufwand eine spielfreie Führung des Läufers erzielt werden.
Die DE 101 58 213 A1 offenbart einen kolbenstangenlosen Linearantrieb mit im Querschnitt kreisförmigem Rohrelement, das ein durch eine Spindelwelle verlagerbares Abtriebsglied aufnimmt, welches über eine permanentmagnetische Kopplungseinrichtung mit einem das Rohrelement teilweise umschließenden Läufer bewegungsgekoppelt ist. Der Läufer ist über eine Führungsschiene an einem das Rohrelement tragenden Basiselement verschiebbar geführt, ohne mit der äußeren Umfangsfläche des Rohrelementes in Kontakt zu treten.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, die bei einem Linearantrieb der eingangs genann ten Art ohne großen Aufwand eine exakte Führung des Läufers ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die beiden Abstützflächen, im Querschnitt des Rohrkörpers betrachtet, mit einander entgegengesetzter Neigung winkelig zueinander angeordnet sind, und dass die permanentmagnetische Kopplungseinrichtung so ausgebildet und angeordnet ist, dass die Wirklinie der aus ihr resultierenden und auf den Läufer einwirkenden magnetischen Anziehungskraft die gedachte Verbindungslinie zwischen den beiden Abstützflächen schneidet, so dass der Läufer unter spielfreier Zentrierung gegen beide Abstützflächen herangezogen wird.
Auf diese Weise wird der Läufer mit seinen Gegenabstützflächen ungeachtet der vorhandenen Fertigungs- und Materialtoleranzen stets gleichzeitig an beide Abstützflächen herangedrückt, so dass eine Spielfreiheit herrscht, die relative Drehbewegungen zwischen Läufer und Rohrkörper ausschließt. In Verbindung mit der entsprechend realisierten permanentmagnetischen Kopplungseinrichtung wird ein Zentriereffekt erzielt, der auch dann vorhanden ist, wenn Abweichungen in der Intensität und/oder Verteilung der wirkenden Magnetkräfte auftreten. Der Linearantrieb ermöglicht somit eine sehr exakte Positionierung des Läufers, was Präzisionsanwendungen begünstigt, wie sie beispielsweise in der Medizintechnik anfallen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die permanentmagnetische Kopplungseinrichtung könnte so ausgebildet sein, dass sie unmittelbar die die Verbindungslinie zwischen den beiden Abstützflächen schneidende magnetische Kopplungskraft liefert. Sie könnte dann beispielsweise zwischen den im Folgenden als "Flächenpaarungen" bezeichneten Paarungen bestehend aus je einer Abstützfläche und der dieser zugeordneten mindestens einen Gegenabstützfläche angeordnet sein. Als vorteilhafter wird allerdings eine Bauform eingestuft, bei der die permanentmagnetische Kopplungseinrichtung zwei jeweils einer der beiden Flächenpaarungen zugeordnete individuelle Kopplungseinheiten aufweist, wobei jede Kopplungseinheit für das Zusammenspannen der Flächen der ihr zugeordneten Flächenpaarung verantwortlich ist und wobei die beiden Kopplungseinheiten dabei jeweils eine individuelle Kopplungskraft erzeugen, die in Summe die für die Zentrierwirkurig verantwortliche resultierende magnetische Anziehungskraft hervorrufen.
Die permanentmagnetische Kopplungseinrichtung enthält zweckmäßigerweise eine am Abtriebsteil angeordnete permanentmagnetische innere Magneteinrichtung und eine mit dieser zur Bildung der Bewegungseinheit magnetisch gekoppelte permanentmagnetische äußere Magneteinrichtung am Läufer. Jede Magneteinrichtung enthält zweckmäßigerweise ein oder mehrere permanentmagnetische plattenförmige Magnetelemente, wobei mehrere solcher Magnetelemente durch ein den Magnetfluss leitendes Rückschlussteil wirkungsmäßig gekoppelt sein können.
Setzt sich die Kopplungseinrichtung aus zwei individuellen Kopplungseinheiten zusammen, kann jede dieser Kopplungseinheiten eine am Abtriebsteil angeordnete permanentmagnetische innere Magneteinheit und eine zugeordnete, am Läufer angeordnete permanentmagnetische äußere Magneteinheit aufweisen. Die miteinander kooperierenden Magneteinheiten verfügen hierbei vorzugsweise über zueinander parallele plattenförmige Magnetelemente.
Der Läufer kann über seine Gegenabstützflächen gleitverschieblich an den Abstützflächen des Rohrkörpers gelagert sein. Für höhere Beanspruchungen und/oder für einen leichtgängigeren Lauf empfiehlt sich allerdings eine alternative oder zusätzliche Wälzlagerung, wobei mindestens eine Gegenabstützfläche von der Lauffläche einer am Läufer drehbar gelagerten Stützrolle gebildet ist.
An jeder Abstützfläche können gleichzeitig mehrere in der Verfahrrichtung des Läufers zueinander beabstandete Gegenabstützflächen punktuell anliegen. Beispielsweise kann sich der Läufer über je zwei Stützrollen an jeder Abstützfläche abstützen.
Besonders einfach und präzise herstellbare Abstellflächen verfügen über eine ebene Gestaltung. Die Abstützflächen können insbesondere streifenförmig ausgeführt sein.
Als besonders vorteilhaft wird eine Ausgestaltung angesehen, bei der die beiden Abstützflächen miteinander einen Winkel von etwa 270° einschließen. Empfehlenswert ist jedenfalls die Einhaltung eines Winkels zwischen den beiden Abstützflächen im Bereich zwischen 240° und 300°. Hierbei ergibt sich eine optimale Verteilung zwischen der Zentrierwirkung und der Abstützwirkung.
Die beiden Abstützflächen sind bevorzugt an zwei winkelig zueinander angeordneten Außenflächen des Rohrkörpers angeordnet, wobei diese Außenflächen in einem dem Läufer zugewandten Eckbereich des Rohrkörpers zusammenlaufen können. In diesem Zusammenhang ist es möglich, den Rohrkörper mit einer im Wesentlichen dreieckigen Querschnittskontur zu versehen, was kompakte Abmessungen ermöglicht. Der Läufer kann dabei bügelförmig ausgeführt sein, wobei er reiterartig auf dem Rohrkörper sitzt und diesen im Bereich seiner beiden Rohrkörperschenkel flankiert.
Der Läufer kann insbesondere über eine C-förmige Querschnittsprofilierung verfügen.
Normalerweise wird zusätzlich zu der magnetischen Kopplungskraft keine weitere Maßnahme benötigt, um den Läufer am Rohrkörper zu halten. Bei der Montage oder bei Reparaturarbeiten kann es jedoch erforderlich sein, das Abtriebsteil vom Läufer magnetisch zu entkoppeln. Um in solchen Fällen eine verliersichere Fixierung des Läufers am Rohrkörper zu erhalten, kann der Läufer so ausgebildet sein, dass er den Rohrkörper klammerartig umgreift. Um den Läufer gleichwohl ohne Aufwand an setzen oder abnehmen zu können, kann an der Außenkontur des Rohrkörpers mindestens eine Aussparung vorhanden sein, die, wenn der Läufer dort positioniert wird, den formschlüssigen Hintergriff von Läufer und Rohrkörper aufhebt.
Alternativ könnten die für das klammerartige Umgreifen verantwortlichen Bestandteile des Läufers auch lösbar und abnehmbar ausgebildet sein.
Der Läufer verfügt zweckmäßigerweise über zwei winkelig zueinander angeordnete Läuferschenkel, die jeweils eine der beiden Abstützflächen des Rohrkörpers übergreifen und die die Gegenabstützflächen tragen. Zu Gunsten kompakter Abmessungen kann der Läufer die Gestalt eines Winkelprofils aufweisen, wobei die Läuferschenkel insbesondere unter einem Winkel von 90° zueinander ausgerichtet sind.
Ist die permanentmagnetische Kopplungseinrichtung in zwei individuelle Kopplungseinheiten unterteilt, kann jedem Läuferschenkel eine dieser Kopplungseinheiten zugeordnet sein.
Eine optimale Führung des Läufers bezüglich dem Rohrkörper stellt sich ein, wenn der Läufer sich ausschließlich über die mit den beiden Abstützflächen kooperierenden Gegenabstützflächen am Rohrkörper abstützt. Weitere Kontakte zwischen Läufer und Rohrkörper können zwar vorhanden sein, beispielsweise in Gestalt von Schmutzabstreifern, die jedoch keine abstützende Wirkung entfalten. Dadurch können auf einfache Weise Überbestimmungen ausgeschlossen werden.
Rohrkörper und Läufer können mit zusammenwirkenden Komponenten einer Positionserfassungseinrichtung ausgestattet sein, mit der wenigstens eine Relativposition zwischen Läufer und Rohrkörper erfassbar ist. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei der Positionserfassungseinrichtung um ein Wegmesssystem, mit dem jede momentane Relativposition zwischen Läufer und Rohrkörper bestimmbar ist.
Die am Rohrkörper angeordneten Bestandteile der Positionserfassungseinrichtung sind zweckmäßigerweise in einem in der Wandung des Rohrkörpers ausgebildeten Aufnahmekanal untergebracht, was eine dichte Kapselung erleichtert und Verunreinigungen verhindert.
Insgesamt kann der Linearantrieb problemlos hermetisch dicht ausgebildet werden, was auch einen Einsatz unter Wasser erlaubt.
Durch die permanentmagnetische Kopplungskraft erfährt auch das Abtriebsteil eine Querkraft. Um einen übermäßigen Verschleiß zu vermeiden, kann das Abtriebsteil über eine Lauf rollenanordnung verfügen, mit der es an der Innenfläche des Rohrkörpers abrollbar abgestützt ist.
Der Linearantrieb kann sowohl ein fluidischer Linearantrieb als auch ein elektrischer Linearantrieb sein. Die elektrische Ausführung erlaubt eine besonders präzise lineare Positionierung des Abtriebsteils und des mit diesem bewegungsgekoppelten Läufers. Ein die Antriebskraft liefernder elektrischer Antriebsmotor kann einenends an dem Rohrkörper angeordnet sein, insbesondere in koaxialer Verlängerung, aber auch quer abstehend.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine perspektivische Gesamtansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearantriebes,
2 einen Längsschnitt durch den Linearantrieb gemäß Schnittlinie II-II aus 1 und 3,
3 einen Querschnitt durch den Linearantrieb gemäß Schnittlinie III-III aus 1 und 2,
4 einen teilweise aufgebrochenen Ausschnitt des Linearantriebes im Bereich der aus Abtriebsteil und Läufer gebildeten Bewegungseinheit, und
5 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Einzeldarstellung des auf einer Antriebsspindel sitzenden Abtriebsgliedes.
Der insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Linearantrieb enthält ein Gehäuse 2 mit einem langgestreckten Rohrkörper 3, der stirnseitig durch je einen Abschlussdeckel 4, 5 abgeschlossen ist.
In dem sich zwischen den beiden Abschlussdeckeln 4, 5 erstreckenden Innenraum 6 des Rohrkörpers 3 befindet sich ein Abtriebsteil 7, das relativ zu dem Rohrkörper 3 zu einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Linearbewegung 8 in der Achsrichtung der Längsachse 12 des Rohrkörpers 3 antreibbar ist.
Am Außenumfang des Rohrkörpers 3 ist ein Läufer 13 in der Längsrichtung des Rohrkörpers 3 verfahrbar angeordnet. Die zugehörige Verfahrbewegung des Läufers 13 ist bei 14 durch einen Doppelpfeil angedeutet.
Abtriebsteil 7 und Läufer 13 sind durch eine permanentmagnetische Kopplungseinrichtung 15 berührungslos zu einer Bewe gungseinheit zusammengefasst. Durch die von der Kopplungseinrichtung 15 hervorgerufenen Magnetkräfte werden Abtriebsteil 7 und Läufer 13 fest zusammengehalten. Aus der Linearbewegung 8 resultiert somit unmittelbar und synchron die Verfahrbewegung 14.
Durch die von der Kopplungseinrichtung 15 hervorgerufenen Magnetkräfte werden Abtriebsteil 7 und Läufer 13 unter anderem auch senkrecht zu der Längsachse 12 zueinander gezogen. Hierbei ist der Läufer 13 mit einer radial orientierten resultierenden magnetischen Anziehungskraft 16 beaufschlagt, durch die er an den Außenumfang des Rohrkörpers 3 herangezogen wird.
Zum Hervorrufen der Linearbewegung 8 des Abtriebsteils 7 ist eine insgesamt mit Bezugsziffer 17 bezeichnete elektromechanische Antriebseinrichtung vorhanden. Diese befindet sich zweckmäßigerweise an dem Gehäuse 2.
Die Antriebseinrichtung 17 enthält einen einenends an das Gehäuse 2 angebauten elektrischen Antriebsmotor 18 und einen von diesem zu einer Drehbewegung um ihre Längsachse antreibbare, ein Außengewinde aufweisende Antriebsspindel 22. Die antriebsmäßige Verbindung zwischen diesen beiden Komponenten 18, 22 kann im Bereich eines Abschlussdeckels 5 stattfinden, wo eine Kupplungseinrichtung 23 vorhanden sein kann.
Die Antriebsspindel 22 erstreckt sich zwischen den beiden Abschlussdeckeln 4, 5, wobei sie den Innenraum 6 längs durchsetzt und an ihren beiden Endabschnitten, insbesondere in den Abschlussdeckeln 4, 5, drehbar gelagert ist.
Das Abtriebsteil 7 ist bezüglich dem Rohrkörper 3 drehfest abgestützt und trägt eine drehfeste Spindelmutter 24, die von der Antriebsspindel 22 mit Gewindeeingriff durchsetzt ist. Somit wird eine von dem Antriebsmotor 18 hervorgerufene Drehbewegung der Antriebsspindel 22 in die Linearbewegung 8 des Abtriebsteils 7 umgesetzt.
Der Antriebsmotor 18 ist bevorzugt in koaxialer Verlängerung an das Gehäuse 2 angebaut. Seine Außenkontur kann insbesondere so gewählt sein, dass sie über diejenige des Rohrkörpers 3 nicht vorsteht. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Antriebsmotor 18 quer zu der Längsachse 12 orientiert, wobei er bezüglich dem Gehäuse 2 seitwärts wegragen kann.
Anstelle als elektrischer Linearantrieb könnte der Linearantrieb 1 auch als mittels Fluidkraft betätigbarer Linearantrieb ausgeführt sein. Die bisher beschriebenen Komponenten der Antriebseinrichtung 17 würden dann entfallen und das Ab triebsteil 7 wäre als Abtriebskolben ausgeführt, der den Innenraum 6 unter Abdichtung axial in zwei Arbeitskammern unterteilt, die über das Gehäuse 2 durchsetzende Fluidkanäle gesteuert mit Fluid, beispielsweise mit Druckluft, beaufschlagbar sind.
Am Außenumfang des Rohrkörpers 3 sind zwei in der Umfangsrichtung des Rohrkörpers 3 zueinander beabstandete Abstützflächen 25a, 25b angeordnet, die sich jeweils entlang der gesamten Verfahrstrecke des Läufers 13 erstrecken. Bevorzugt erstrecken sie sich über die gesamte Länge des Rohrkörpers 3.
Die Abstützflächen 25a, 25b können an separaten Abstützelementen angeordnet sein, die am Rohrkörper 3 befestigt sind. Zweckmäßiger ist allerdings die beim Ausführungsbeispiel realisierte Variante einer einstückigen Ausbildung mit der Wandung 26 des Rohrkörpers 3.
Die beiden Abstützflächen 25a, 25b haben eine streifenähnliche Gestalt und sind bevorzugt eben ausgebildet.
Der Läufer 13 stützt sich mit an ihm vorgesehenen Gegenabstützflächen 27a, 27b an den beiden Abstützflächen 25a, 25b quer zur Längsachse 12 ab. Über den Kontakt der hierbei entstehenden Flächenpaarungen 25a, 27a; 25b, 27b hinaus ist keine Querabstützung zwischen Läufer 13 und Rohrkörper 3 vorhan den. Die gesamte auf den Läufer 13 im Betrieb einwirkende Querbelastung wird über die vorgenannten Flächenpaarungen in den Rohrkörper 3 eingeleitet.
Derartige Querbelastungen können von einer nicht weiter dargestellten Komponente herrühren, die zu Zwecken ihrer Verlagerung und/oder Positionierung an dem Läufer 13 befestigt ist. An dem Läufer 13 sind zweckmäßigerweise Befestigungsmittel 28 beliebiger Art angeordnet, durch die die zu bewegende Komponente fixierbar ist. Die zu bewegende Komponente kann beispielsweise eine in der Medizintechnik oder auf anderen Gebieten einzusetzende Sensoreinrichtung sein.
In 1 sind die beiden Abstützflächen 25a, 25b lediglich strichpunktiert angedeutet, weil sie ansatzlos in die sie jeweils flankierenden Bereiche der sie bildenden Außenfläche 32a, 32b des Rohrkörpers 3 übergehen. Prinzipiell könnten sie jedoch auch bezüglich der Außenfläche 32a, 32b erhaben oder vertieft ausgebildet sein.
Im Querschnitt gemäß 3 gesehen, sind die beiden Abstützflächen 25a, 25b mit einander entgegengesetzter Neigung winkelig zueinander angeordnet. Der von ihnen eingeschlossene Zwischenwinkel 33 ist hierbei größer als 180° und zugleich kleiner als 360°. Als besonders vorteilhaft hat sich der aus der Zeichnung ersichtliche Zwischenwinkel von 270° ergeben, der zur Folge hat, dass die Flächennormalen 34a, 34b der beiden Abstützflächen 25a, 25b im rechten Winkel zueinander verlaufen. Als ebenfalls noch besonders vorteilhaft haben sich Zwischenwinkel 33 herausgestellt, die von den genannten 270° um +/- 30° abweichen.
Die von der permanentmagnetischen Kopplungseinrichtung 15 hervorgerufenen Kopplungskräfte bewirken, dass die strichpunktiert angedeutete Wirklinie 35 der oben erläuterten magnetischen Anziehungskraft 16 eine zwischen den beiden Abstützflächen 25a, 25b gezogene, gedachte Verbindungslinie 36 schneidet. Die Wirklinie 35 erstreckt sich also durch den zwischen den beiden Abstützflächen 25a, 25b begrenzten Zwischenraum hindurch. In Verbindung mit der Schrägausrichtung der beiden Abstützflächen 25a, 25b hat dies die vorteilhafte Folge, dass der Läufer 13 unter spielfreier Zentrierung mit seinen Gegenabstützflächen 27a, 27b stets gleichzeitig an den zugeordneten rohrkörperfesten Abstützflächen 25a, 25b anliegt und an diese Abstützflächen 25a, 25b herangezogen wird.
In Verbindung mit eben ausgebildeten Abstützflächen 25a, 25b empfiehlt sich eine ebenfalls ebene Gestaltung der zugeordneten Gegenabstützflächen 27a, 27b. Dadurch ist innerhalb der Flächenpaarungen ein relativ großflächiger Kontakt möglich, was die Flächenpressung und mithin die Verschleißneigung reduziert.
Um den zueinander geneigten Verlauf der Abstützflächen 25a, 25b besonders einfach realisieren zu können, wird zweckmäßigerweise auf einen Rohrkörper 3 mit prismatischer Außengestalt zurückgegriffen. Die beiden Abstützflächen 25a, 25b sind dann bevorzugt an zwei winkelig zueinander verlaufenden Außenflächen 32a, 32b des Rohrkörpers 3 angeordnet, wobei eine Gestaltung zweckmäßig ist, bei der diese beiden Außenflächen 32a, 32b in einem dem Läufer 13 zugewandten Eckbereich 37 des Rohrkörpers 3 zusammenlaufen. Der Eckbereich 37 kann eine sich über die gesamte Länge des Rohrkörpers 3 erstreckende, bevorzugt abgerundete Kante bilden.
Zweckmäßigerweise verfügt der Rohrkörper 3 über eine im Wesentlichen dreieckige Querschnittskontur. Zu Gunsten eines symmetrischen Aufbaus und einer gleichförmigen Belastung empfiehlt sich hierbei die aus der Zeichnung ersichtliche gleichschenkelige Konfiguration, mit zwei sich in dem Eckbereich 37 treffenden Rohrkörperschenkeln 38a, 38b, die von den einander entgegengesetzten Endabschnitten einer Rohrkörperbasis 42 ausgehen. Die beiden Rohrkörperschenkel 38a, 38b und die Rohrkörperbasis 42 bilden die Wandung des Rohrkörpers 3 und definieren gemeinsam den Innenraum 6.
Die beiden Abstützflächen 25a, 25b sind an den Außenflächen 32a, 32b der beiden Rohrkörperschenkel 38a, 38b ausgebildet. Hierbei kann die gegenseitige Winkelausrichtung der beiden Außenflächen 32a, 32b derjenigen der zugeordneten Abstützflächen 32a, 32b entsprechen.
Der Läufer 13 ist bevorzugt im Wesentlichen C-förmig profiliert und insgesamt bügelförmig ausgebildet, wobei er reiterartig auf dem Rohrkörper 3 sitzt und diesen dabei teilweise umgreift.
Der Läufer 13 enthält zwei winkelig zueinander angeordnete Läuferschenkel 43a, 43b, die von einem dem Eckbereich 37 radial gegenüberliegenden Zentralabschnitt 44 des Läufers 13 ausgehen und sich ausgehend von dort über je einen der beiden Rohrkörperschenkel 38a, 38b hinweg erstrecken. Hierbei übergreift jeder Läuferschenkel 43a, 43b eine der beiden Abstützflächen 25a, 25b. Die beiden Läuferschenkel 43a, 43b fungieren als Träger für die Gegenabstützflächen 27a, 27b. Diese sind zweckmäßigerweise an den einander zugewandten Innenseiten der beiden Läuferschenkel 43a, 43b angeordnet.
Bevorzugt setzt sich die permanentmagnetische Kopplungseinrichtung 15 aus zwei individuellen, unabhängig voneinander arbeitenden Kopplungseinheiten 45a, 45b zusammen. Diese sind in der Umfangsrichtung des Rohrkörpers 3 zueinander beabstandet und je einer der beiden Flächenpaarungen 25a, 27a bzw. 25b, 27b zugeordnet. Die eine Kopplungseinheit 45a erzeugt eine individuelle Kopplungskraft, mit der die ihr zugeordnete mindestens eine Gegenabstützfläche 27a mit der gegenüberliegenden Abstützfläche 25a verspannt wird. Die andere Kopplungseinheit 45b erzeugt eine entsprechende individuelle Kopplungskraft bezüglich der ihr zugeordneten mindestens einen Gegenabstützfläche 27b und der dieser gegenüberliegenden Abstützfläche 25b.
Bezogen auf das Ausführungsbeispiel wird also der eine Läuferschenkel 43a durch die ihm zugeordnete eine Kopplungseinheit 45a mit dem ihm zugeordneten einen Rohrkörperschenkel 38a verspannt. Die Wirkrichtung dieser individuellen Spannkraft fällt mit der Flächennormalen 34a zusammen. In entsprechender Weise resultiert aus der anderen Kopplungseinheit 45b eine individuelle Anziehungskraft in Richtung der anderen Flächennormalen 34b, durch die der andere Läuferschenkel 43b gegen den anderen Rohrkörperschenkel 38b herangezogen wird. Die Resultierende aus diesen beiden individuellen Anziehungskräften bzw. Kopplungskräften ist die schon erwähnte Anziehungskraft 16, deren Wirklinie die Verbindungslinie 36 zwischen den beiden Abstützflächen 25a, 25b schneidet.
Vorzugsweise sind die beiden Kopplungseinheiten 45a, 45b wie auch die beiden Flächenpaarungen 25a, 27a; 25b, 27b untereinander mit gleichem Abstand zu dem Zentralabschnitt 44 des Läufers 13 angeordnet. Dies hat zur Folge, dass die Wirklinie 35 entlang der Winkelhalbierenden des Zwischenwinkels 33 verläuft.
Zweckmäßigerweise sind die beiden Kopplungseinheiten 45a, 45b so ausgebildet, dass die von ihnen ausgeübten individuellen Kopplungskräfte größenmäßig identisch sind.
Die permanentmagnetische Kopplungseinrichtung 15 enthält zweckmäßigerweise eine an dem Abtriebsteil 7 angeordnete permanentmagnetische innere Magneteinrichtung 46 und eine durch das erzeugte Magnetfeld mit dieser gekoppelte, am Läufer 13 angeordnete permanentmagnetische äußere Magneteinrichtung 47. Diese Magneteinrichtungen 46, 47 sind entsprechend der Aufteilung der Kopplungseinrichtung 15 in die beiden Kopplungseinheiten 45a, 45b ebenfalls entsprechend aufgeteilt. Folglich enthält die innere Magneteinrichtung 46 zwei voneinander unabhängige innere Magneteinheiten 46a, 46b und die äußere Magneteinrichtung 47 enthält zwei jeweils einer der inneren Magneteinheiten 46a, 46b radial gegenüberliegende äußere Magneteinheiten 47a, 47b. Je eine innere und äußere Magnetein heit 46a, 47a; 46b, 47b bilden eine der beiden Kopplungseinheiten 45a, 45b.
Insbesondere den 2 und 5 kann entnommen werden, dass jede Magneteinheit 46a, 46b, 47a, 47b zweckmäßigerweise mehrere in Richtung der Längsachse 12 aufeinanderfolgende permanentmagnetische plattenförmige Magnetelemente 48 aufweist, wobei sich die Magnetelemente 48 der benachbarten Magneteinheiten paarweise radial gegenüberliegen. Die Ausrichtung ist insbesondere so getroffen, dass die Hauptausdehnungsebene jedes Magnetelementes 48 parallel zur Ausdehnungsebene der zugeordneten Abstützfläche 25a, 25b verläuft. Abtriebsteil 7 und Läufer 13 können jeweils einen Grundkörper 52, 53 aufweisen, in dem taschenartige Ausnehmungen ausgebildet sind, die jeweils ein Magnetelement 48 aufnehmen.
Längs den zu einer jeweiligen Magneteinheit 46a, 46b, 47a, 47b gehörenden Magnetelementen 48 erstreckt sich zweckmäßigerweise ein streifenförmiges, insbesondere aus Weicheisen bestehendes Rückschlussteil 54, um ein besonders starkes Magnetfeld zu erzielen. Die Magnetelemente 48 können mit dem zugeordneten Rückschlussteil 54 bei Bedarf fest verklebt sein.
Es ist zweckmäßig, wenn die beiden Kopplungseinheiten 45a, 45b zwischen dem Zentralabschnitt 44 und der jeweils zugeord neten Flächenpaarung 25a, 27a; 25b, 27b angeordnet sind. Dadurch kann die vorgenannte Flächenpaarung relativ weit von dem Zentralabschnitt 44 abgerückt werden, was eine besonders sichere Abstützung gegen Querkräfte und Drehmomente bewirkt.
Mit jeder Abstützfläche 25a, 25b können je nach Ausgestaltung des Läufers 13 nur eine oder gleichzeitig mehrere Gegenabstützflächen 27a, 27b zusammenwirken. Exemplarisch kooperieren mit jeder Abstützfläche 25a, 25b zwei in Richtung der Längsachse 12 zueinander beabstandete Gegenabstützflächen 27a bzw. 27b des Läufers 13. Man erhält auf diese Weise eine punktuelle Mehrfachabstützung in der Längsrichtung des Läufers 13. In 2 ist dies strichpunktiert durch zwei Gegenabstützflächen 27a angedeutet, die oberhalb der Zeichenebene liegen.
Es wäre prinzipiell möglich, die Gegenabstützflächen 27a, 27b wie die Abstützflächen 25a, 25b als Gleitflächen auszuführen, so dass bei verfahrendem Läufer 13 die Gegenabstützflächen 27a, 27b auf den ortsfesten Abstützflächen 25a, 25b entlanggleiten. Das Ausführungsbeispiel verfügt allerdings über Gegenabstützflächen 27a, 27b, die sich bei der Verfahrbewegung 14 an der jeweils zugeordneten Abstützfläche 25a, 25b abwälzen. Dies kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass an dem Läufer 13 eine der Anzahl der Gegenabstützflächen 27a, 27b entsprechende Anzahl von Stützrollen 55 drehgelagert ist, die mit ihren als Gegenabstützflächen 27a, 27b fungierenden Laufflächen an den Abstützflächen 25a, 25b anliegen. Die Stützrollen 55 können beispielsweise von Kugellagern gebildet sein. Bei 56 sind im Läufer 13 verankerte Lagerachsen für je eine Stützrolle 55 ersichtlich.
Auch das Abtriebsteil 7 kann mit einer Laufrollenanordnung 57 ausgestattet sein, über die es sich reibungsarm an der den Innenraum 6 definierenden Innenfläche des Rohrkörpers 3 abstützen kann. Je eine Laufrolle 57 kann im Bereich jeder Kopplungseinheit 45a, 45b platziert sein. Mindestens eine zentrale Laufrolle 57 kann auf der Wirklinie 35 der resultierenden magnetischen Antriebskraft 16 platziert sein.
Durch die Laufrollenanordnung 57 kann bei einem elektrischen Linearantrieb 1 unter anderem auch die verdrehsichernde Abstützung des Abtriebsteils 7 bezüglich dem Rohrkörper 3 erreicht werden.
Der Läufer 13 kann so ausgebildet sein, dass er bei nicht vorhandener magnetischer Kopplungskraft ohne weiteres quer zu der Längsachse 12 vom Rohrkörper 3 abgenommen werden kann. Die magnetische Kopplungskraft fehlt beispielsweise dann, wenn bei der Montage oder zu Wartungszwecken das Abtriebsteil 7 vom Läufer 13 entfernt ist.
Gerade in solchen Situationen kann es jedoch zweckmäßig sein, eine Lagesicherung für den Läufer 13 zur Verfügung zu haben, die den Läufer 13 verliersicher am Rohrkörper 3 festhält.
Exemplarisch ist eine solche Lagesicherung durch eine besondere Querschnittsgestaltung des Läufers 13 erreicht, bei dem die dem Zentralabschnitt 44 entgegengesetzten freien Endabschnitte 62 der Läuferschenkel 43a, 43b den Rohrkörper 3 auch im Bereich der Rohrkörperbasis 42 ein Stück weit umgreifen, so dass eine Art Klammergriff vorliegt. An diesen Endabschnitten 62 können bei Bedarf auch noch Gleitelemente 63 angeordnet sein, die normalerweise zum Außenumfang des Rohrkörpers 3 beabstandet sind, die aber bei fehlender Anziehungskraft 16 mit dem Rohrkörper 3 in Kontakt treten können, um den Läufer 13 ohne Beschädigung der Umfangsfläche des Rohrkörpers 3 längs diesem verschieben zu können.
Um den Läufer 13 trotz der Verliersicherung relativ einfach quer zur Längsachse 12 vom Rohrkörper 3 abnehmen zu können, verfügt der Rohrkörper 3 an wenigstens einer Stelle der vom Läufer 13 überfahrbaren Verfahrstrecke über mindestens eine Aussparung 64 in demjenigen Bereich, der normalerweise von den Endabschnitten 62 umgriffen ist. Beispielhaft sind auf gleicher axialer Höhe des Rohrkörpers 3 an den beiden Übergangsbereichen zwischen der Rohrkörperbasis 42 und jedem der beiden Rohrkörperschenkel 38a, 38b entsprechende Aussparungen 64 vorhanden. Über diese Aussparungen hinweg kann der Läufer 13 auch jederzeit wieder seitwärts auf den Rohrkörper 3 aufgesetzt werden.
Bei einer nicht dargestellten Alternativlösung sind die den Rohrkörper 3 zur Verliersicherung formschlüssig hintergreifenden Endabschnitte 62 der Läuferschenkel 43a, 43b abnehmbar ausgebildet.
Der Linearantrieb 1 ist zweckmäßigerweise mit einer Positionserfassungseinrichtung 65 ausgestattet, mit der sich die bezüglich dem Rohrkörper 3 eingenommene Relativposition des Läufers 13 erfassen lässt. Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine Wegmesseinrichtung zur stufenlosen Positionserfassung.
Der Rohrkörper 3 kann, insbesondere in dem Eckbereich 37, einen ihn in der Längsrichtung durchziehenden Aufnahmekanal 68 enthalten, in dem eine bevorzugt rohrförmige erste Komponente 66 der Positionserfassungseinrichtung 65 ortsfest untergebracht ist. Radial beabstandet zu dieser ersten Komponente 66, insbesondere in dem Zentralabschnitt 44, trägt der Läufer 13 eine mit der ersten Komponente 66 kooperierende zweite Komponente 67 der Positionserfassungseinrichtung 65. Das Wegmesssystem kann insbesondere auf magnetostriktivem Funktionsprinzip basieren. Bei der zweiten Komponente 67 handelt es sich zweckmäßigerweise um einen Permanentmagnet.
Rohrkörper 3, Abtriebsteil 7 und Läufer 13 bestehen zweckmäßigerweise aus einem nicht magnetisierbaren Material, beispielsweise aus Aluminium, Edelstahl oder Kunststoff, um die durch die Kopplungseinrichtung 15 erzeugten Magnetfelder nicht zu beeinträchtigen.

Claims

Linearantrieb, mit einem Rohrkörper (3), in dessen Innenraum (6) ein zu einer Linearbewegung (8) längs des Rohrkörpers (3) antreibbares Abtriebsteil (7) angeordnet ist, das über eine eine magnetische Kopplungskraft hervorrufende permanentmagnetische Kopplungseinrichtung (15) mit einem am Außenumfang des Rohrkörpers (3) in dessen Längsrichtung verfahrbar gelagerten Läufer (13) antriebsmäßig gekoppelt ist, so dass es mit diesem eine Bewegungseinheit bildet, wobei am Außenumfang des Rohrkörpers (3) zwei in der Umfangsrichtung des Rohrkörpers (3) beabstandete, sich jeweils längs der Verfahrstrecke des Läufers (13) erstreckende Abstützflächen (25a, 25b) angeordnet sind, an denen sich der Läufer (13) mit je mindestens einer Gegenabstützfläche (27a, 27b) abstützen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abstützflächen (25a, 25b), im Querschnitt des Rohrkörpers (3) betrachtet, mit einander entgegengesetzter Neigung winkelig zueinander angeordnet sind, und dass die permanentmagnetische Kopplungseinrichtung (15) so ausgebildet und angeordnet ist, dass die Wirklinie (35) der aus ihr resultierenden und auf den Läufer (13) einwirkenden magnetischen Anziehungskraft (16) die gedachte Verbindungslinie (36) zwischen den beiden Abstützflächen (25a, 25b) schneidet, so dass der Läufer (13) unter spielfreier Zentrierung gegen beide Abstützflächen (25a, 25b) herangezogen wird.
Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden aus je einer Abstützfläche (25a, 25b) und mindestens einer daran anliegenden Gegenabstützfläche (27a, 27b) bestehenden Flächenpaarungen jeweils eine eigene, individuelle Kopplungseinheit (45a, 45b) der permanentmagnetischen Kopplungseinrichtung (15) zugeordnet ist, wobei jede Kupplungseinheit (45a, 45b) eine die Flächen (25a, 27a; 25b, 27b) der zugeordneten Flächenpaarung gegeneinander ziehende individuelle Kopplungskraft erzeugt und aus den individuellen Kopplungskräften der beiden Kopplungseinheiten (45a, 45b) die auf den Läufer (13) einwirkende magnetische Anziehungskraft (16) resultiert.
Linearantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kopplungseinheiten (45a, 45b) in der Umfangsrichtung des Rohrkörpers (3) zueinander beabstandet sind.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die permanentmagnetische Kopplungsein richtung (15) eine am Abtriebsteil (7) angeordnete permanentmagnetische innere Magneteinrichtung (46) und eine mit dieser magnetisch gekoppelte permanentmagnetische äußere Magneteinrichtung (47) am Läufer (13) aufweist.
Linearantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Magneteinrichtungen (46, 47) jeweils mindestens ein permanentmagnetisches plattenförmiges Magnetelement (48) enthalten.
Linearantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren plattenförmigen Magnetelementen (48) gemeinsam ein bevorzugt streifenförmiges Rückschlussteil (54) zugeordnet ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 6 in Verbindung mit Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kopplungseinheit (45a, 45b) über eine am Abtriebsteil (7) angeordnete permanentmagnetische innere Magneteinheit (46a, 46b) und eine mit dieser magnetisch gekoppelte permanentmagnetische äußere Magneteinheit (47a, 47b) verfügt.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Gegenabstützfläche (27a, 27b) eine ortsfest am Läufer (13) angeordnete Gleitfläche ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Gegenabstützfläche (27a, 27b) von der Lauffläche einer am Läufer (13) drehbar gelagerten Stützrolle (55) gebildet ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer der beiden Abstützflächen (25a, 25b) mehrere in der Längsrichtung des Rohrkörpers (3) zueinander beabstandete Gegenabstützflächen (27a; 27b) des Läufers (13) anliegen.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützflächen (25a, 25b) eben ausgebildet sind.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abstützflächen (25a, 25b) einen Winkel von größer 180° und kleiner 360° einschließen, vorzugsweise einen Winkel im Bereich von je einschließlich zwischen 240° und 300°.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abstützflächen (25a, 25b) einen Winkel von 270° einschließen.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abstützflächen (25a, 25b) an je einer von zwei winkelig zueinander angeordneten Außenflächen (32a, 32b) des Rohrkörpers (3) angeordnet sind, wobei die Winkelausrichtung dieser Außenflächen (32a, 32b) derjenigen der an ihnen vorgesehenen Abstützflächen (25a, 25b) entspricht.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abstützflächen (25a, 25b) an zwei winkelig zueinander verlaufenden Außenflächen (32a, 32b) des Rohrkörpers (3) angeordnet sind, die in einem dem Läufer (13) zugewandten Eckbereich (37) des Rohrkörpers (3) zusammenlaufen.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (3) eine im Wesentlichen dreieckige und dabei vorzugsweise gleichschenkelige Querschnittskontur aufweist, wobei die beiden Abstützflächen (25a, 25b) an den beiden Rohrkörperschenkeln (38a, 38b) angeordnet sind.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (13) bügelförmig ausgebildet ist und reiterartig auf dem Rohrkörper (3) sitzt, den er dabei teilweise umgreift.
Linearantrieb nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (13) ein im Wesentlichen C-förmiges Querschnittsprofil aufweist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer den Rohrkörper (3) in dessen Umfangsrichtung ein Stück weit umklammert, derart, dass er auch ohne die magnetische Kopplungskraft quer zur Längsachse des Rohrkörpers (3) unverlierbar am Rohrkörper (3) gehalten ist.
Linearantrieb nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenkontur des Rohrkörpers (3) an wenigstens einer Stelle der vom Läufer (13) überfahrbaren Verfahrstrecke mindestens eine das quer zur Längsachse (12) des Rohrkörpers (3) gerichtete Abnehmen des Läufers (13) ermöglichende Aussparung (64) vorhanden ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (13) zwei winkelig zueinander angeordnete Läuferschenkel (43a, 43b) aufweist, die jeweils eine der Abstützflächen (25a, 25b) des Rohrkörpers (3) über greifen und an denen die Gegenabstützflächen (27a, 27b) angeordnet sind.
Linearantrieb nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenabstützflächen (27a, 27b) an den einander zugewandten Innenseiten der beiden Läuferschenkel (43a, 43b) angeordnet sind.
Linearantrieb nach Anspruch 21 oder 22 in Verbindung mit Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Läuferschenkeln (43a, 43b) jeweils eine der beiden Kopplungseinheiten (45a, 45b) zugeordnet ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Läufer (13) ausschließlich über die mit den beiden Abstützflächen (25a, 25b) kooperierenden Gegenabstützflächen (27a, 27b) am Rohrkörper (3) in dessen Querrichtung abstützt.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (3) und der Läufer (13) mit zusammenwirkenden Komponenten (66, 67) einer bevorzugt als Wegmesseinrichtung ausgebildeten Positionserfassungseinrichtung (65) ausgestattet sind.
Linerantrieb nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des Rohrkörpers (3) ein sich in der Längsrichtung des Rohrkörpers (3) erstreckender Aufnahmekanal (68) ausgebildet ist, der mindestens eine Komponente (66) der Positionserfassungseinrichtung (65) aufnimmt.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (7) über eine Laufrollenanordnung (57) an der Innenfläche (61) des Rohrkörpers (3) verfahrbar abgestützt ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsteil (7) auf einer elektromotorisch zu einer Rotationsbewegung antreibbaren Antriebsspindel (22) sitzt, wobei es bezüglich dem Rohrkörper (3) verdrehgesichert ist.
Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass er als elektrischer Linearantrieb ausgebildet ist, wobei er zweckmäßigerweise einenends einen elektrischen Antriebsmotor (18) aufweist, der mit dem Abtriebsteil (7) antriebsmäßig gekoppelt ist.