DE102009056854A1

DE102009056854A1 - Toothed rod for linear direct drive, has tooth tracing tooth space, which is filled with filling to form closed surface with tooth, where filling is formed of filler material by plastic deformation in tooth gap

Info

Publication number: DE102009056854A1
Application number: DE102009056854A
Authority: DE
Inventors: Werner Sauer
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-06-09

Abstract

The rod has a base body (3) extending along a main extension axis (2) and formed of ferromagnetic gear rod material. Tooth (4) is formed in the base body and comprises tooth flanks (5) that extend transverse to the extension axis. The tooth, which are adjacent to the flanks that lie opposite to each other, traces tooth space (8), which is filled with a filling (10) to form a closed surface with the tooth. The filling is formed of a filler material (11) e.g. metal, metal alloys or plastic, by plastic deformation in the tooth gap. Independent claims are also included for the following: (1) a linear direct drive with a stator (2) a method for manufacturing a toothed rod for a linear direct drive.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstange für einen Lineardirektantrieb, mit einem längs einer Haupterstreckungsachse erstreckten, aus einem ferromagnetischen Zahnstangenmaterial hergestellten Grundkörper, an dem Zähne ausgebildet sind, deren Zahnflanken quer zur Haupterstreckungsachse verlaufen und wobei einander gegenüberliegende Zahnflanken benachbarter Zähne jeweils bereichsweise eine Zahnlücke beranden, die mit einer Füllung ausgefüllt ist, um zusammen mit den angrenzenden Zähnen eine zumindest im Wesentlichen geschlossene Oberfläche zu bilden. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Lineardirektantrieb sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange.The invention relates to a rack for a linear direct drive, with a longitudinal axis along a main axis, made of a ferromagnetic rack material base on which teeth are formed, the tooth flanks extending transversely to the main extension axis and wherein opposing tooth flanks of adjacent teeth each partially a tooth gap bounded with a filling is filled to form an at least substantially closed surface together with the adjacent teeth. Furthermore, the invention relates to a linear direct drive and a method for producing a rack.

Aus der WO 2008/116857 A2 ist eine Zahnstange bekannt, die als Sekundärteil für einen elektrodynamischen Linearmotor vorgesehen ist. Die bekannte Zahnstange weist einen Grundkörper mit einem Zahnprofil auf, bei dem vorgesehen ist, die Zahnlücken zwischen den Zähnen mit einer aushärtbaren Vergußmasse abzudecken, um eine geschlossene Oberfläche zu schaffen.From the WO 2008/116857 A2 a rack is known which is provided as a secondary part for a linear electrodynamic motor. The known rack has a main body with a tooth profile, which is intended to cover the tooth gaps between the teeth with a curable potting compound to create a closed surface.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zahnstange, einen Lineardirektantrieb und ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange bereitzustellen, die gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Zahnstange verbesserte Eigenschaften aufweisen.The object of the invention is to provide a rack, a linear direct drive and a method of manufacturing a rack having improved properties over the prior art rack.

Diese Aufgabe wird für eine Zahnstange mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Füllung von einem mittels plastischer Deformation in die Zahnlücke eingeformten Füllmaterial gebildet ist.This object is achieved for a rack with the features of claim 1. In this case, it is provided that the filling is formed by a filling material molded into the tooth space by means of plastic deformation.

Hierdurch können bislang nicht verwendbare Füllmaterialien eingesetzt werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Füllmaterial im Gegensatz zum Stand der Technik zum Zeitpunkt der Verarbeitung nicht als gestaltlose Masse, beispielsweise als Kunststoffvergußmasse vorliegen muss. Vielmehr können für das Füllmaterial plastisch deformierbare Werkstoffe eingesetzt werden. Das Füllmaterial wird vorzugsweise als Festkörper in die jeweilige Zahnlücke eingelegt und durch Aufbringung von Deformationskräften plastisch deformiert. Hierbei wird der Umstand ausgenutzt, dass eine Vielzahl von Füllmaterialien, insbesondere Metalle, metallische Legierungen und Kunststoffe, bei Druckbeaufschlagung fließfähig werden und sich dabei an eine gegebene Hüllgeometrie anpassen können. Durch das Einformen des Füllmaterials in die Zahnlücken mittels der plastischen Deformation kann zudem ein thermisch und kräftemäßig hochbelastbarer, vorzugsweise zumindest nahezu fugenloser, Verbund zwischen dem Füllmaterial und dem Grundkörper erreicht werden. Bei einer fugenlosen Einformung des Füllmaterials in die Zahnlücken wird ein Eindringen von Partikeln oder Flüssigkeiten zwischen Füllmaterial und Zahnflanke wirkungsvoll unterbunden. Ergänzend oder Alternativ zu einem einstückig ausgebildeten Festkörper können auch Festkörperpartikel aus plastisch deformierbaren Materialien in die Zahnlücken eingelegt und durch anschließendes plastisches Deformieren in die Zahnlücke eingeformt werden.As a result, previously unusable filling materials can be used. This is due to the fact that the filling material, in contrast to the prior art at the time of processing does not have to be present as a shapeless mass, for example as a plastic encapsulant. Rather, plastically deformable materials can be used for the filling material. The filling material is preferably inserted as a solid in the respective tooth gap and plastically deformed by applying deformation forces. In this case, the fact is utilized that a large number of filling materials, in particular metals, metallic alloys and plastics, become fluid when pressurized and can thereby adapt to a given envelope geometry. By molding the filling material into the tooth spaces by means of the plastic deformation, it is also possible to achieve a bond between the filling material and the basic body, which is highly resistant to thermal stress and forces, preferably at least virtually seamless. In a seamless formation of the filling material in the tooth gaps, penetration of particles or liquids between filler and tooth flank is effectively prevented. In addition or as an alternative to an integrally formed solid, it is also possible for solid particles of plastically deformable materials to be inserted into the tooth gaps and to be molded into the tooth gap by subsequent plastic deformation.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vor gesehen, dass das Füllmaterial wenigstens eine metallische Materialkomponente aus der Gruppe Aluminium, Kupfer, Messing, Bronze, Zink, austenitischer Stahl umfasst, die zumindest im Wesentlichen, insbesondere vollständig, frei von ferromagnetischen Eigenschaften ist. Für die Funktion eines Lineardirektantriebs ist es von entscheidender Bedeutung, dass an Oberfläche der Zahnstange abwechselnd magnetisierbare und nicht magnetisierbare Bereiche vorliegen. Die magnetisierbaren Bereiche werden in bekannter Weise durch die am Grundkörper ausgebildeten Zähne gebildet. Erfindungsgemäß werden die nicht magnetisierbaren Bereiche durch das in die Zahnlücken eingeformte, metallische Füllmaterial gebildet. Vorzugsweise ist das Füllmaterial derart ausgewählt, dass es bei den während des Betriebs des Lineardirektantriebs auftretenden magnetischen Feldstärken nicht magnetisierbar ist oder die Magnetisierung zumindest so schwach ist, dass sie den Wirkungsgrad des Lineardirektantriebs nicht wesentlichen beeinträchtigt. Das Füllmaterial kann als reines Metall oder als Legierung ausgebildet sein.In an alternative embodiment of the invention, it is provided that the filling material comprises at least one metallic material component from the group aluminum, copper, brass, bronze, zinc, austenitic steel, which is at least substantially, in particular completely, free from ferromagnetic properties. For the function of a linear direct drive, it is of crucial importance that alternately magnetizable and non-magnetizable areas are present on the surface of the rack. The magnetizable regions are formed in a known manner by the teeth formed on the main body. According to the invention, the non-magnetizable regions are formed by the metallic filling material molded into the tooth spaces. Preferably, the filling material is selected such that it is not magnetizable at the magnetic field strengths occurring during operation of the linear direct drive or the magnetization is at least so weak that it does not substantially affect the efficiency of the linear direct drive. The filler material may be formed as pure metal or as an alloy.

Zweckmäßig ist es, wenn das Füllmaterial mittels eines Druckumformvorgangs, insbesondere eines Kalt- oder Warmumformvorganges, plastisch in der Zahnlücke festgelegt ist. Hierdurch ist eine technologisch gut beherrschbare und kostengünstige Einformung des Füllmaterials in die Zahnlücken gewährleistet. Bei der Verwendung von weicheren Materialien wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, Bronze, austenitischer Stahl, insbesondere Edelstahl und/oder Kunststoff kann der Druckumformvorgang beispielsweise als Kaltumformvorgang durchgeführt werden, bei dem das ferromagnetische Zahnstangenmaterial sowie das Füllmaterial eine niedrige, vorzugsweise im Bereich der Raumtemperatur von ca. 20 Grad Celsius angesiedelte, Temperatur aufweisen. Das Fließen des Füllmaterials wird in diesem Fall ausschließlich durch die aufgebrachten Druckkräfte hervorgerufen. Bei einem Warmumformvorgang, wie er vorzugsweise für Materialien mit höherer Zugfestigkeit, beispielsweise für austenitischen Stahl, insbesondere Edelstahl, vorgesehen werden kann, findet zusätzlich zur Einleitung von Druckkräften auf das Füllmaterial ein Wärmeeintrag statt, um den Fließvorgang des Füllmaterials zu unterstützen.It is expedient if the filling material is plastically fixed in the tooth gap by means of a pressure forming process, in particular a cold or hot forming process. As a result, a technologically well-controlled and cost-effective formation of the filling material is ensured in the tooth gaps. When using softer materials such as aluminum, copper, bronze, austenitic steel, in particular stainless steel and / or plastic, the pressure forming process can be carried out, for example as a cold forming process in which the ferromagnetic rack material and the filler a low, preferably in the range of room temperature of about 20 degrees Celsius, have temperature. The flow of the filling material is caused in this case only by the applied compressive forces. In a hot forming operation, as may preferably be provided for higher tensile strength materials, such as austenitic steel, particularly stainless steel, heat input occurs in addition to the introduction of compressive forces on the filler material to assist in the flow of the filler material.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zahnflanken einen spitzen Winkel einschließen, so dass sich die Zahnlücke in Richtung einer Zahnlückenöffnung zumindest bereichsweise verjüngt und einen Hinterschnitt ausbildet, um eine formschlüssige Festlegung des Füllmaterials in der Zahnlücke zu gewährleisten. Durch einen Hinterschnitt und eine dadurch herstellbare formschlüssige Festlegung des Füllmaterials in der Zahnlücke kann die Zahnstange in einem weiten Temperaturbereich eingesetzt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich das Füllmaterial aufgrund von Ausdehnungsunterschieden gegenüber dem ferromagnetischen Zahlstangenmaterial in der Zahnlücke lockert, wodurch eine Schutzwirkung für die Zahnlücke durch das Füllmaterial reduziert oder aufgehoben würde. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zahnflanken zumindest im Wesentlichen eben ausgebildet sind und einen spitzen Winkel einschließen, der sich in Richtung der Zahnlückenöffnung verjüngt. Eine derartige Zahnlücke kann beispielsweise kostengünstig durch Einfräsen der Zahnlücke mit einem Profilfräser in das ferromagnetische Zahlstangenmaterial hergestellt werden. Vorzugsweise sind die Flächennormalen gegenüberliegender Zahnflanken in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, in der auch die Haupterstreckungsachse liegt. In a development of the invention, it is provided that the tooth flanks enclose an acute angle, so that the tooth space tapers at least in regions in the direction of a tooth gap opening and forms an undercut in order to ensure a positive fixing of the filling material in the tooth space. By an undercut and thereby produced form-fitting fixing of the filling material in the tooth gap, the rack can be used in a wide temperature range, without the risk that the filler loosens due to differences in expansion compared to the ferromagnetic Zahlstangenmaterial in the tooth gap, creating a protective effect the tooth gap would be reduced or eliminated by the filling material. It is particularly advantageous if the tooth flanks are at least substantially planar and enclose an acute angle which tapers in the direction of the tooth gap opening. Such a tooth gap can be produced, for example, inexpensively by milling the tooth gap with a profile cutter in the ferromagnetic Zahlstangenmaterial. Preferably, the surface normals of opposing tooth flanks are arranged in a common plane, in which the main axis of extension lies.

Bevorzugt ist das Füllmaterial ein metallisches Material, das einen ähnlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie das ferromagnetische Zahnstangenmaterial aufweist. Hierdurch wer den bei einer Erwärmung oder Abkühlung der Zahlstange im Betrieb, beispielsweise ausgehend von einer Raumtemperatur von ca. 20 Grad Celsius, innere Spannungen in der Zahnstange auf einem geringen Niveau gehalten und somit ein Verzug der Zahnstange bei Temperaturänderungen, wie sie im Einsatzfall bei einem Lineardirektantrieb durchaus auftreten können, minimiert oder vollständig verhindert. Beispielsweise ist die Zahnstange aus Eisen hergestellt und als Füllmaterial wird Aluminium eingesetzt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium beträgt ca. das zweifache des Wärmeausdehnungskoeffizienten von Eisen. Da sich jedoch die Elastizitätsmoduln von Eisen und Aluminium um den Faktor drei unterscheiden, führt die Paarung von Eisen als Zahnstangenmaterial und Aluminium als Füllmaterial zu einem insgesamt günstigen Wärmeausdehnungsverhalten. Besonders bevorzugt ist als Füllmaterial ein austenitischer Stahl vorgesehen, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient im Wesentlichen dem von Eisen entspricht, so dass nahezu keine inneren Spannungen bei einer Temperaturänderung der Zahnstange eintreten.Preferably, the filler material is a metallic material having a linear expansion coefficient similar to that of the ferromagnetic rack material. As a result, who kept at a heating or cooling of the pay bar in operation, for example, starting from a room temperature of about 20 degrees Celsius, internal stresses in the rack at a low level and thus a delay of the rack with temperature changes, as in the case of use Linear direct drive can quite possibly occur, minimized or completely prevented. For example, the rack is made of iron and aluminum is used as filler. The thermal expansion coefficient of aluminum is about twice the coefficient of thermal expansion of iron. However, since the moduli of elasticity of iron and aluminum differ by a factor of three, the pairing of iron as a rack material and aluminum as a filler leads to an overall favorable thermal expansion behavior. An austenitic steel whose heat expansion coefficient substantially corresponds to that of iron is particularly preferred as the filling material, so that virtually no internal stresses occur when the temperature of the rack changes.

Für einen Lineardirektantrieb mit einem Stator sowie mit einem Läufer, der längs einer Haupterstreckungsachse des Stators relativbeweglich am Stator angeordnet ist, wobei der Stator und/oder der Läufer wenigstens eine elektrisch bestrombare Magnetspule zur Erzeugung von Antriebskräften umfassen, wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass der Stator und/oder der Läufer eine Zahnstange nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfassen. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Zahnstange in einem Lineardirektantrieb kann dieser auch bei stark wechselnden Einsatzbedingungen, insbesondere großen Temperaturunterschieden, zuverlässig eingesetzt werden. Durch die Verwendung von metallischem Füllmaterial für die Versiegelung der Zahnlücken wird eine Langzeitfestigkeit auch bei anspruchsvollen Umgebungsbedingungen, insbesondere bei Einwirkung aggressiver gasförmiger oder flüssiger Medien und/oder hochenergetischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, gewährleistet. Eine solche Beständigkeit kann mit den üblichen, für einen Verguss der Zahnlücken ausgebildeten Füllmaterialien nicht verwirklicht werden.For a linear direct drive with a stator and with a rotor which is arranged relative to the stator along a main axis of extension of the stator, wherein the stator and / or the rotor comprise at least one electrically energizable solenoid for generating driving forces, the object of the invention is achieved, the stator and / or the runner comprise a rack according to one of claims 1 to 5. By the use of the rack according to the invention in a linear direct drive, this can be reliably used even under widely varying conditions of use, in particular large temperature differences. The use of metallic filling material for the sealing of the tooth spaces ensures long-term stability even under demanding environmental conditions, in particular when exposed to aggressive gaseous or liquid media and / or high-energy radiation, in particular UV radiation. Such resistance can not be realized with the usual fillers formed for grouting the tooth spaces.

Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange für einen Lineardirektantrieb mit den Schritten: Einlegen von Füllmaterial-Rohlingen in Zahnlücken eines Grundkörpers, an dem Zähne ausgebildet sind, deren Zahnflanken quer zu einer Haupterstreckungsachse des Grundkörpers verlaufen und wobei einander gegenüberliegende Zahnflanken benachbarter Zähne jeweils bereichsweise eine Zahnlücke beranden und der aus einem ferromagnetischen Zahnstangenmaterial hergestellt ist, Durchführen eines Druckumformvorganges, insbesondere eines Kalt- oder Warmumformvorgangs, für die Füllmaterial-Rohlinge, so dass sie die jeweiligen Zahnlücken zumindest nahezu vollständig ausfüllen, gelöst.The object of the invention is for a method for producing a rack for a linear direct drive with the steps: inserting filler blanks in tooth spaces of a base body, are formed on the teeth whose tooth flanks extend transversely to a main axis of extension of the body and wherein opposing tooth flanks adjacent Teeth each partially covered a tooth gap and which is made of a ferromagnetic rack material, performing a Druckumformvorganges, in particular a cold or hot forming process, for the filler blanks so that they fill the respective tooth gaps at least almost completely solved.

Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es, dass Füllmaterialien verarbeitet werden können, die deutlich robuster gegenüber äußeren Einflüssen wie dem Angriff aggressiver flüssiger oder gasförmiger Medien oder Strahlung sind, als dies bei den üblichen Kunststoffvergußmaterialien der Fall ist, wie sie bei bekannten Zahnstangen eingesetzt werden.An advantage of the method according to the invention is that fillers can be processed which are significantly more robust against external influences such as the attack of aggressive liquid or gaseous media or radiation, as is the case with the usual Kunststoffvergußmaterialien, as used in known racks.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Füllmaterial-Rohlinge während der Druckumformung derart in hinterschnittene Bereiche der Zahnlücken eingepresst werden, dass sich eine formschlüssige Verbindung zwischen Füllmaterial und Zahnstange ergibt. Hierdurch ist eine besonders zuverlässige Verankerung des Füllmaterials in den Zahnlücken der Zahnstange gewährleistet.In a further embodiment of the method, it is provided that the filler material blanks are pressed during the pressure deformation in such undercut areas of the tooth gaps, that there is a positive connection between filler and rack. As a result, a particularly reliable anchoring of the filling material is ensured in the tooth gaps of the rack.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Füllmaterial-Rohlinge und/oder der Grundkörper für die Durchführung des Umformvorgangs auf eine Temperatur größer 150 Grad Celsius, vorzugsweise größer 200 Grad Celsius, insbesondere größer 250 Grad Celsius, erwärmt werden, um den Umformvorgang für die Füllmaterial-Rohlinge zu unterstützen. Durch die Zufuhr von Wärme kann das Fließverhalten der Füllmaterial-Rohlinge verbessert werden, so dass die gewünschte plastische Deformation des Füllmaterials bereits bei geringerem Druck vollzogen werden kann, als dies bei einem Kaltumformvorgang der Fall ist. Somit wird auch die Belastung des Grundkörpers verglichen mit einem Kaltumformvorgang reduziert.In an advantageous development of the method, it is provided that the filling material blanks and / or the main body for carrying out the forming process to a temperature greater than 150 degrees Celsius, preferably greater than 200 degrees Celsius, in particular greater than 250 degrees Celsius, are heated to assist the forming process for the filler blanks. By the supply of heat, the flow behavior of the filler blanks can be improved, so that the desired plastic deformation of the filling material can be carried out even at lower pressure than is the case in a cold forming process. Thus, the load of the body is reduced compared with a cold forming process.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the drawing. Showing:

1 eine perspektivische Darstellung einer in der Herstellung befindlichen ersten Ausführungsform einer Zahnstange für einen Lineardirektantrieb, an der Füllmaterial in unterschiedlichen Deformationszuständen eingeformt ist, 1 1 is a perspective view of a first embodiment of a rack for a linear direct drive in the manufacture in which filling material is formed in different deformation states;

2 eine Seitenansicht der Zahnstange gemäß 1 mit schematisch dargestellten Druckstempeln, die zur Druckumformung der Füllmaterial-Rohlinge eingesetzt werden, 2 a side view of the rack according to 1 with schematically illustrated rams used for pressure forming the filler blanks,

3 eine zweite Ausführungsform einer Zahnstange, die mit hinterschnitten ausgebildeten Zahnlücken versehen ist und 3 a second embodiment of a rack, which is provided with undercut formed tooth spaces and

4 eine schematische Darstellung eines Lineardirektantriebs, der eine Zahnstange mit hinterschnittenen Zahnlücken umfasst. 4 a schematic representation of a linear direct drive, which includes a rack with undercut tooth gaps.

Eine in den 1 und 2 schematisch dargestellte Zahnstange 1 ist schienenartig ausgebildet und weist exemplarisch eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt auf. Dabei bestimmt die längste der Körperkanten der Zahnstange 1 eine Haupterstreckungsachse 2, die mit einer Bewegungsachse eines von der Zahnstange 1 mitbestimmten, in der 4 näher dargestellten Lineardirektantriebs 70 übereinstimmt. Die Zahnstange 1 umfasst einen Grundkörper 3 aus einem ferromagnetischen Zahnstangenmaterial, an dem Zähne 4 ausgebildet sind. Die Zähne 4 erstrecken sich mit ihrer Hauptrichtung quer zur Haupterstreckungsachse 2. Jeder der Zähne 4 wird im Wesentlichen von einander entgegengesetzten Zahnflanken 5 und einer zwischen den Zahnflanken 5 erstreckten Zahnkopffläche 7 begrenzt. Zwischen den Zahnflanken 5 benachbarter Zähne 4 ist jeweils eine Zahngrundfläche 6 ausgebildet. Die Zahnflanken 5 sind parallel zueinander ausgerichtet, wobei nicht dargestellte Flächennormalen auf den Zahnflanken 5 parallel zur Haupterstreckungsachse 2 ausgerichtet sind.One in the 1 and 2 schematically illustrated rack 1 is formed like a rail and has an example of a substantially cuboid shape. This determines the longest of the body edges of the rack 1 a main axis of extension 2 that with a movement axis one of the rack 1 codetermined, in the 4 closer linear drive shown 70 matches. The rack 1 includes a main body 3 from a ferromagnetic rack material to which teeth 4 are formed. The teeth 4 extend with their main direction transverse to the main axis of extension 2 , Each of the teeth 4 is essentially of opposing tooth flanks 5 and one between the tooth flanks 5 extended tooth head surface 7 limited. Between the tooth flanks 5 neighboring teeth 4 is each a tooth base 6 educated. The tooth flanks 5 are aligned parallel to each other, not shown surface normal on the tooth flanks 5 parallel to the main axis of extension 2 are aligned.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 sind die Zähne 4 in gleicher Teilung angeordnet, so dass der Abstand zwischen Zahnflanken 5 benachbarter Zähne 4 konstant ist. Ebenso ist der Abstand zwischen den Zahnflanken 5 für alle Zähne 4 der Zahnstange 1 konstant. Die Zahnflanken 5 und die Zahngrundfläche 6 bestimmen eine Zahnlücke 8. Einander gegenüberliegende Zahnflanken 5 und benachbarte Zahnkopfflächen 7 bestimmen eine vorliegend rechteckig ausgebildete Zahnlückenöffnung 9, deren Ausdehnung bei der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 identisch mit der Zahngrundfläche 6 ist.In the embodiment according to the 1 and 2 are the teeth 4 arranged in the same pitch, so that the distance between tooth flanks 5 neighboring teeth 4 is constant. Likewise, the distance between the tooth flanks 5 for all teeth 4 the rack 1 constant. The tooth flanks 5 and the tooth base 6 determine a tooth gap 8th , Opposite tooth flanks 5 and adjacent tooth tip surfaces 7 determine a presently rectangular tooth space opening 9 , whose extension in the embodiment according to the 1 and 2 identical to the tooth base 6 is.

Die Zähne 4 dienen bei einem nachstehend näher beschriebenen Lineardirektantrieb 70 als temporär magnetisierbare Pole, um die Ausbildung von Antriebskräften zwischen einem Stator 71 und einem Läufer 72 zu ermöglichen, wie er in der 4 exemplarisch dargestellt ist. Um eine Ansammlung von Schmutz in den Zahnlücken 8 zu verhindern und gegebenenfalls eine im Wesentlichen ebene Oberfläche für eine Luftlagerung des Läufers 72 gegenüber dem Stator 71 bereitstellen zu können, ist es vorgesehen, die Zahnlücken 8 der ersten Ausführungsform der Zahnstange 1 mit einem Füllmaterial 10 aufzufüllen.The teeth 4 are used in a linear direct drive described in more detail below 70 as a temporarily magnetizable poles, to the formation of driving forces between a stator 71 and a runner 72 to enable him as in the 4 is shown as an example. To accumulate dirt in the tooth spaces 8th to prevent and optionally a substantially flat surface for an air bearing of the rotor 72 opposite the stator 71 To be able to provide, it is provided, the tooth gaps 8th the first embodiment of the rack 1 with a filling material 10 fill.

Hierzu ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 vorgesehen, Füllmaterial-Rohlinge 11, die vorzugsweise stangenartig ausgebildet sind und exemplarisch einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, zunächst in die Zahnlücken 8 einzulegen. Anschließend werden die Füllmaterial-Rohlinge 11 mit Hilfe eines Druckstempels 12 derart plastisch deformiert, dass sie nach Abschluss des Deformationsvorgangs die Zahnlücke 8 vollständig ausfüllen.For this purpose, in the embodiment according to the 1 and 2 provided, filler blanks 11 , which are preferably rod-like and exemplarily have a circular cross section, first in the tooth spaces 8th appeal. Subsequently, the filler blanks 11 with the help of a printing stamp 12 so plastically deformed that they after the completion of the deformation process, the tooth gap 8th completely complete.

Der an sich vorzugsweise kontinuierlich durchzuführende Deformationsvorgang ist in jeweils mehrere aufeinanderfolgende Schritte aufgeteilt in den 1 und 2 schematisch dargestellt. Ausgehend von einem kreisrunden Querschnitt wird durch Druckeinwirkung zunächst ein im Wesentlichen elliptischer Querschnitt des Füllmaterial-Rohlings 11 herbeigeführt. Anschließend wird durch Druckerhöhung ein weiteres Fließen des Füllmaterials 10 hervorgerufen, so dass dieses die Zahnlücke 8 vollständig ausfüllt. Nicht dargestellte Füllmaterial-Rohlinge können eine quaderförmige Gestalt, insbesondere mit einem geringfügig trapezförmigen Querschnitt, aufweisen. Hierdurch ist verglichen mit den in den 1 und 2 dargestellten kreisrunden Querschnitten der Füllmaterial-Rohlinge 11 eine geringere Umformung ausreichend, um die gewünschte plastische Einformung in die Zahnlücken 8 zu erreichen.The preferably per se to be carried out continuously deformation process is divided into several successive steps in the 1 and 2 shown schematically. Starting from a circular cross-section, pressure initially causes a substantially elliptical cross-section of the filler blank 11 brought about. Subsequently, by increasing the pressure, a further flow of the filling material 10 caused, so that this the tooth gap 8th completely filled out. Not shown filling material blanks may have a cuboid shape, in particular with a slightly trapezoidal cross-section. This is compared with the in the 1 and 2 illustrated circular cross sections of the filler blanks 11 a lower deformation sufficient to the desired plastic molding in the tooth spaces 8th to reach.

Vorzugsweise ist der Füllmaterial-Rohling 11 derart dimensioniert, dass im Verlauf des Druckumformverfahrens kein oder nur ein geringer Überstand des Füllmaterials 10 nach vollständigem Ausfüllen der Zahnlücke 8 zurückbleibt. Hierdurch kann eine Nachbearbeitung der Zahnstange 1, insbesondere durch spanende Verfahren wie Fräsen oder Schleifen, auf ein Minimum reduziert oder gänzlich vermieden werden. Als Füllmaterialien eignen sich insbesondere solche Werkstoffe, die möglichst geringe, vorzugsweise keine, ferromagnetischen Eigenschaften aufweisen, um die Magnetisierung der Zähne 4 bei Verwendung der Zahnstange 1 in einem Lineardirektantrieb 70 nicht zu stören. Vorzugsweise ist das Füllmaterial 10 derart ausgewählt, dass ein Fließen des Füllmaterials 10 bei einer Druckbeaufschlagung stattfindet, die noch nicht zu einer plastischen Deformation oder einem Fließen des ferromagnetischen Zahnstangenmaterials des Grundkörpers 3 führt.Preferably, the filler blank is 11 dimensioned such that in the course of the pressure forming process no or only a slight supernatant of the filling material 10 after complete filling of the tooth gap 8th remains. This can be a post-processing of the rack 1 , in particular by machining methods such as milling or Sanding, to a minimum or completely avoided. Particularly suitable as filling materials are those materials which have the lowest possible, preferably none, ferromagnetic properties in order to increase the magnetization of the teeth 4 when using the rack 1 in a linear direct drive 70 not to bother. Preferably, the filler material 10 selected such that a flow of the filling material 10 takes place at a pressurization, which is not yet a plastic deformation or flow of the ferromagnetic rack material of the body 3 leads.

Bei einer in der 3 dargestellten zweiten Ausführungsform einer Zahnstange 51 weisen die Zahnlücken 58 exemplarisch einen trapezartigen Querschnitt auf, bei dem einander gegenüberliegende, die Zahnlücke 58 begrenzende Zahnflanken 55 einen spitzen Winkel 65 einschließen, wie dies in der 3 schematisch dargestellt ist. Abweichend von der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 ist bei der zweiten Ausführungsform der Zahnstange 51 gemäß der 3 die Zahnlückenöffnung 59 kleiner als die Zahngrundfläche 56. Durch den trapezförmigen Querschnitt der Zahnlücke 58 und die damit einhergehende Verjüngung in Richtung der Zahnlückenöffnung 59 bildet die jeweilige Zahnlücke 58 einen Hinterschnitt für das Füllmaterial 60. Hierdurch wird das Füllmaterial 60 nach vollendeter Druckumformung formschlüssig in der Zahnlücke 58 festgelegt.At one in the 3 illustrated second embodiment of a rack 51 have the tooth gaps 58 an example of a trapezoidal cross-section, in which the opposing, the tooth gap 58 limiting tooth flanks 55 an acute angle 65 include, as in the 3 is shown schematically. Notwithstanding the embodiment according to the 1 and 2 is in the second embodiment of the rack 51 according to the 3 the tooth gap opening 59 smaller than the tooth base 56 , Due to the trapezoidal cross section of the tooth gap 58 and the consequent rejuvenation in the direction of the tooth gap opening 59 forms the respective tooth gap 58 an undercut for the filler 60 , As a result, the filler material 60 After completion of pressure forming positive fit in the tooth gap 58 established.

Der in der 4 schematisch dargestellte Lineardirektantrieb 70 umfasst einen Stator 71 sowie einen beweglich am Stator 71 angebrachten Läufer 72. Der Läufer 72 weist nicht dargestellte Lagermittel auf, die die Beweglichkeit gegenüber dem Stator 71 gewährleisten. Der Stator 71 umfasst in der dargestellten Ausführungsform eine Zahnstange 51, wie sie aus der 3 bekannt ist. Im Läufer 72 sind zwei Magnetspulen 73, 74 angeordnet, die von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung mit elektrischem Strom versorgt werden können. Hierdurch können Magnetfelder ausgebildet werden, um eine temporäre Magnetisierung von Zähnen 54 der Zahnstange 51 herbeizuführen. Die hierdurch hervorgerufenen Abstoßungs- oder Anziehungskräften zwischen dem Läufer 72 und dem Stator 71 ermöglichen die Relativbewegung des Läufers 72 gegenüber dem Stator 71.The Indian 4 schematically illustrated linear direct drive 70 includes a stator 71 as well as a movable on the stator 71 mounted runner 72 , The runner 72 has bearing means, not shown, on the mobility with respect to the stator 71 guarantee. The stator 71 includes a rack in the illustrated embodiment 51 as they are from the 3 is known. In the runner 72 are two solenoids 73 . 74 arranged, which can be supplied by a control device, not shown with electric current. As a result, magnetic fields can be formed to a temporary magnetization of teeth 54 the rack 51 bring about. The resulting repulsive or attractive forces between the runner 72 and the stator 71 allow the relative movement of the runner 72 opposite the stator 71 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2008/116857 A2 [0002]

Claims

Rack for a linear direct drive, with one along a main extension axis ( 2 ) extended body made of a ferromagnetic rack material ( 3 ; 53 ) on which teeth ( 4 ; 54 ) are formed whose tooth flanks ( 5 ; 55 ) transverse to the main axis of extension ( 2 ) and wherein opposing tooth flanks ( 5 ; 55 ) of adjacent teeth ( 4 ; 54 ) in each case a tooth gap ( 8th ; 58 ) bounded with a filling ( 10 ; 60 ) is filled in order, together with the adjacent teeth ( 4 ; 54 ) to form an at least substantially closed surface, characterized in that the filling ( 10 ; 60 ) of a by means of plastic deformation in the tooth gap ( 8th ; 58 ) a shaped filling material ( 11 ; 61 ) is formed.

Rack according to the preamble of claim 1 or claim 1, characterized in that the filling material ( 11 ; 61 ) comprises at least one metallic material component from the group aluminum, copper, brass, bronze, zinc, austenitic steel, which is at least substantially, in particular completely, free of ferromagnetic properties.

Rack according to claim 1 or 2, characterized in that the filling material ( 11 ; 61 ) by means of a pressure forming operation, in particular a cold or hot forming operation, plastically in the tooth gap ( 8th ; 58 ).

Rack according to one of the preceding claims, characterized in that the tooth gap ( 58 ) in the direction of a tooth gap opening ( 59 ) at least partially tapers and forms an undercut, in particular that the tooth flanks ( 55 ) include an acute angle to a positive fixing of the filling material ( 11 ; 61 ) in the tooth gap ( 58 ) to ensure.

Rack according to one of the preceding claims, characterized in that the filling material ( 11 ; 61 ) is a metallic material having a linear expansion coefficient similar to that of the ferromagnetic rack material.

Linear direct drive with a stator ( 71 ) as well as with a runner ( 72 ), which along a main axis of extension ( 2 ) of the stator ( 71 ) relatively movable on the stator ( 71 ) and wherein the stator ( 71 ) and / or the runner ( 72 ) at least one solenoid coil which can be energized electrically ( 73 . 74 ) for generating driving forces, characterized in that the stator ( 71 ) and / or the runner ( 72 ) a rack ( 1 ; 51 ) according to any one of the preceding claims.

Method for producing a toothed rack ( 1 ; 51 ) for a linear direct drive ( 70 characterized by the steps of: inserting filler blanks ( 11 ; 61 ) in tooth gaps ( 8th ; 58 ) of a basic body ( 3 ; 53 ) on which teeth ( 4 ; 54 ) are formed whose tooth flanks ( 5 ; 55 ) transverse to a main axis of extension ( 2 ) of the basic body ( 3 ; 53 ) and wherein opposing tooth flanks ( 5 ; 55 ) of adjacent teeth ( 4 ; 54 ) in each case a tooth gap ( 8th ; 58 ) and made of a ferromagnetic rack material, performing a pressure forming operation, in particular a cold or hot forming operation, for the filler blanks ( 11 ; 61 ), so that they are the respective tooth gaps ( 8th ; 58 ) fill at least almost completely.

Method according to claim 7, characterized in that the filling material blanks ( 11 ; 61 ) during the pressure deformation in such undercut areas of the tooth gaps ( 58 ) are pressed in that form a positive connection between filler ( 10 ; 60 ) and rack ( 51 ).

Method according to claim 7 or 8, characterized in that the filling material blanks ( 11 ; 61 ) and / or the basic body ( 3 ; 53 ) for the formation of the uniform process to a temperature greater than 150 degrees Celsius, preferably greater than 200 degrees Celsius, in particular greater than 250 degrees Celsius, heated to the forming process for the filler blanks ( 11 ; 61 ) to support.