DE102011111849A1

DE102011111849A1 - Linear motion device used for e.g. optical displacement measuring, has connecting portion that is made of two materials with different thermal expansion coefficients and connected to scanning device and table portion

Info

Publication number: DE102011111849A1
Application number: DE102011111849A
Authority: DE
Inventors: Marco Stock
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-08-27
Filing date: 2011-08-27
Publication date: 2013-02-28

Abstract

The device (10) has a linear motor with an electrical coil primary portion (30) connected with a table portion (23), and a secondary portion (31) connected with a main portion (20). A measuring system is provided with a scale (51) attached to main portion and a scanning device (50) for scanning the scale. The scanning device is attached to table portion and positioned at a small distance opposite to the scale. The connecting portion (40) made of two materials with different thermal expansion coefficients, is connected to scanning device and table portion.

Description

Die Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a linear motion device according to the preamble of claim 1.

Aus der EP 1 054 501 B1 ist eine Linearbewegungsvorrichtung bekannt. Gemäß der 5 der EP 1 054 501 B1 umfasst die Linearbewegungsvorrichtung 1 einen Grundköper 2 und ein Tischteil 10. Das Tischteil ist über zwei Linearführungen 16 an dem Grundkörper gelagert, so dass es bezüglich einer Längsrichtung, die senkrecht zur Ansichtsebene ausgerichtet ist, beweglich ist. Die Linearführungen umfassen jeweils eine langgestreckte Führungsschiene 3, welche von einem U-förmigen Führungswagen 11 umgriffen wird. Die Führungsschienen 3 sind an den Schenkeln 2a des im Querschnitt betrachtet U-förmigen Grundkörpers befestigt, wobei die Führungswägen am Tischteil befestigt sind. Dabei sind einer Führungsschiene insgesamt drei gesonderte Führungswägen zugeordnet.From the EP 1 054 501 B1 a linear motion device is known. According to the 5 of the EP 1 054 501 B1 includes the linear motion device 1 a basic body 2 and a table part 10 , The table part is over two linear guides 16 mounted on the base body, so that it is movable with respect to a longitudinal direction, which is aligned perpendicular to the plane of view. The linear guides each comprise an elongate guide rail 3 that of a U-shaped carriage 11 is encompassed. The guide rails 3 are on the thighs 2a attached to the U-shaped body viewed in cross section, wherein the guide carriages are attached to the table part. In this case, a guide rail is assigned a total of three separate guide carriages.

Weiter ist ein Linearmotor 20 bestehend aus einem Primärteil 40 und einem Sekundärteil 21 vorgesehen. Das Primärteil umfasst elektrische Spulen, die an einer Halteplatte befestigt sind, welche wiederum mit dem Tischteil fest verbunden ist. Das Sekundärteil ist langgestreckt und im Querschnitt betrachtet U-förmig ausgebildet, wobei es sich nahezu über die gesamte Länge des Grundkörpers erstreckt. An den beiden Schenkeln 22 des Sekundärteils ist je eine Permanentmagnetreihe 31 angeordnet, wobei das Sekundärteil zwischen den gegenüberliegenden Permanentmagnetreihen angeordnet ist. Die Permanentmagnetreihen umfassen jeweils eine Vielzahl von Permanentmagneten, die bezüglich der Längsrichtung mit sich abwechselnder Magnetisierungsrichtung nebeneinander angeordnet sind.Next is a linear motor 20 consisting of a primary part 40 and a secondary part 21 intended. The primary part comprises electric coils which are fastened to a holding plate, which in turn is firmly connected to the table part. The secondary part is elongated and, viewed in cross-section, U-shaped, extending almost over the entire length of the main body. On the two thighs 22 of the secondary part is ever a permanent magnet row 31 arranged, wherein the secondary part is arranged between the opposite rows of permanent magnets. The permanent magnet rows each include a plurality of permanent magnets arranged side by side with respect to the longitudinal direction with alternating magnetization direction.

Weiter ist eine Wegmesseinrichtung 33 vorgesehen. Die Wegmesseinrichtung umfasst eine Abtastvorrichtung 37 und eine langgestreckte Maßverkörperung. Die Abtastvorrichtung arbeitet nach dem optischen Prinzip und ist an dem Tischteil befestigt, so dass sie mit geringem Abstand gegenüber der Maßverkörperung angeordnet ist. Gemäß der 6 der EP 1 054 501 B1 ist die Maßverkörperung 34 an der Innenseite eines Schenkels des Grundkörpers angeordnet, wobei sie sich weitgehend über die gesamte Länge des Grundkörpers erstreckt. Anstelle der optischen Wegmesseinrichtung können auch andere Messverfahren, wie induktive oder magnetische Messverfahren angewandt werden. Der Vorteil des optischen Messverfahrens besteht in der hohen Messgenauigkeit. Darüber hinaus wird die optische Abtastvorrichtung im Wesentlichen nicht durch die elektromagnetischen Felder des Linearmotors beeinflusst.Next is a path measuring device 33 intended. The path measuring device comprises a scanning device 37 and an elongated measuring standard. The scanning device operates on the optical principle and is attached to the table part, so that it is arranged at a small distance from the material measure. According to the 6 of the EP 1 054 501 B1 is the material measure 34 arranged on the inside of a leg of the body, wherein it extends substantially over the entire length of the body. Instead of the optical path measuring device, other measuring methods, such as inductive or magnetic measuring methods can be used. The advantage of the optical measuring method is the high measuring accuracy. Moreover, the optical pickup device is not substantially affected by the electromagnetic fields of the linear motor.

Der Nachteil der bekannten Linearbewegungsvorrichtung besteht darin, dass sich das Primärteil stark erwärmt. Diese Erwärmung wird durch die in den entsprechenden Spulen fließenden elektrischen Ströme und den ohmschen Widerstand der genannten Spulen verursacht. Da das Primärteil fest mit dem Tischteil verbunden ist überträgt sich die Wärme auf das Tischteil, so dass dieses eine geringfügig niedrigere Temperatur annimmt als das Tischteil. Vom Tischteil wird die Wärme an die Umgebung abgegeben. Dabei kann einerseits eine reine Konvektionskühlung vorliegen, d. h. die Wärme wird unmittelbar vom warmen Tischteil an die umgebende Luft abgegeben. In dem Tischteil können aber auch Kühlkanäle vorgesehen sein, welche von einer Kühlflüssigkeit durchflossen wird. Die Kühlflüssigkeit wird dann in einem gesonderten Kühlgerät abgekühlt, wobei die Wärme dort an die umgebende Luft abgegeben wird. In jedem Fall ist eine deutliche Erwärmung des Tischteils mit dem Primärteil zu beobachten, die insbesondere über die Erwärmung des Grundkörpers hinaus geht.The disadvantage of the known linear motion device is that the primary part heats up considerably. This heating is caused by the electrical currents flowing in the respective coils and the ohmic resistance of said coils. Since the primary part is firmly connected to the table part, the heat transfers to the table part, so that this assumes a slightly lower temperature than the table part. From the table part, the heat is released to the environment. On the one hand a pure convection cooling can be present, d. H. The heat is released directly from the warm part of the table to the surrounding air. In the table part but also cooling channels can be provided, which is traversed by a cooling liquid. The cooling liquid is then cooled in a separate cooling device, where the heat is released there to the surrounding air. In any case, a significant heating of the table part with the primary part is observed, which goes beyond the heating of the body in particular.

Die genannte Erwärmung führt aufgrund der Wärmeausdehnung zu einer Verformung des Tischteils. Diese Verformung ist nicht nur auf eine Längenänderung beschränkt. Es sind vielmehr auch Biegeverformungen des Tischteils zu beobachten. In der Hauptsache handelt ist sich hierbei um eine Biegeverformung entlang der Längsrichtung, welche durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Primärteils und des Tischteils verursacht wird. Diese Hauptverbiegung verursacht kleinere Verbiegungen des Tischteils quer zur Längsrichtung. Dies ist maßgeblich darauf zurückzuführen, dass das Primärteil nur abschnittsweise mit dem Tischteil fest verbunden ist. Weiter wird die Querverbiegung durch die Befestigung des Tischteils an den Führungswägen beeinflusst. In Folge der genannten Querverbiegung ändert sich der Abstand zwischen der Abtastvorrichtung und der Maßverkörperung. Die genannte Abstandsänderung beträgt zwar nur wenige Zehntel eines Millimeters, sie übersteigt aber dennoch zulässige Abstandsänderung zwischen Abtastvorrichtung und Maßverkörperung, die für ein genaues Messergebnis erforderlich ist.The mentioned heating leads to a deformation of the table part due to the thermal expansion. This deformation is not limited to a change in length. Rather, bending deformations of the table part can be observed. In the main, this is a bending deformation along the longitudinal direction, which is caused by the different thermal expansion coefficients of the primary part and the table part. This main bending causes minor bending of the table part transverse to the longitudinal direction. This is largely due to the fact that the primary part is only partially fixed to the table part. Furthermore, the transverse bending is influenced by the attachment of the table part to the guide carriages. As a result of said transverse bending, the distance between the scanning device and the material measure changes. Although the mentioned change in distance is only a few tenths of a millimeter, it still exceeds the permissible change in distance between the scanning device and the measuring scale, which is required for an accurate measurement result.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannte Abstandsänderung zwischen der Abtastvorrichtung und der Maßverkörperung auf ein Mindestmaß zu reduzieren oder vollständig zu vermeiden.The object of the invention is to reduce the aforementioned change in distance between the scanning device and the material measure to a minimum or completely avoided.

Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein langgestreckter, biegeverformbarer Verbindungsabschnitt mit einem ersten und einem gegenüberliegenden zweiten Ende vorgesehen ist, wobei die Abtastvorrichtung an dem ersten Ende des Verbindungsabschnitts befestigt ist, wobei das zweite Ende des Verbindungsabschnitts an dem Tischteil befestigt ist, wobei der Verbindungsabschnitt aus wenigstens zwei Materialien mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht. Bei Erwärmung des Tischteils erwärmt sich auch der Verbindungsabschnitt. Daraufhin verbiegt sich der Verbindungsabschnitt aufgrund des Bimetalleffekts. Das Ausmaß dieser Verbiegung kann bei der Auslegung der Linearbewegungsvorrichtung nahezu beliebig festgelegt werden. Hierfür kann beispielsweise die Länge des Verbindungsabschnitts oder die Auswahl der beiden Materialien variiert werden. Im Ergebnis kann die Verformung des Verbindungsabschnitts so ausgelegt werden, dass sie die Verlagerung der Abtastvorrichtung genau kompensiert. Hierbei ist anzumerken, dass die Wärmedehnung von Metallen und Kunststoffen elf nahezu linearer Vorgang ist. Ist daher die Kompensation für eine bestimmte erhöhte Temperatur des Tischteils erreicht, so ist auch bei allen anderen Temperaturen des Tischteils eine weitgehende Kompensation der genannten Verformungen gegeben.According to the independent claim, this object is achieved in that an elongated, bendable connecting portion is provided with a first and an opposite second end, wherein the scanning device is attached to the first end of the connecting portion, wherein the second end of the Connecting portion is attached to the table part, wherein the connecting portion consists of at least two materials with different thermal expansion coefficients. When heating the table part and the connecting section heats up. Then, the connecting portion bends due to the bimetallic effect. The extent of this bending can be set almost arbitrarily in the design of the linear motion device. For this purpose, for example, the length of the connecting portion or the selection of the two materials can be varied. As a result, the deformation of the connection portion can be designed to accurately compensate for the displacement of the scanning device. It should be noted that the thermal expansion of metals and plastics eleven is almost linear process. Therefore, if the compensation for a certain elevated temperature of the table part is reached, then a substantial compensation of said deformations is given even at all other temperatures of the table part.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.In the dependent claims advantageous refinements and improvements of the invention are given.

Der Verbindungsabschnitt kann Wärme leitend mit dem Tischteil verbunden sein, so dass er im Wesentlichen die gleiche Temperatur aufweist wie das Tischteil, wobei der Verbindungsabschnitt so ausgelegt ist, dass er sich bei Erwärmung derart verbiegt, dass seine Verbiegung der Verlagerung der Abtastvorrichtung entgegen wirkt, die durch eine erwärmungsbedingte Verbiegung des Tischteils verursacht wird. Durch die Wärme leitende Verbindung zwischen dem Tischteil und dem Verbindungsabschnitt wird sichergestellt, dass der Verbindungsabschnitt und das Tischteil im Wesentlichen die gleiche Temperatur aufweisen. Damit wird erreicht, dass der Kompensationseffekt des Verbindungsabschnitts dem Erwärmungszustand des Tischteils mit dem Primärteil folgt, also die Erwärmung des Tischteils und des Verbindungsabschnitts immer proportional erfolgt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Temperaturangleichung zwischen Tischteil bzw. Primärteil und Verbindungsteil zusätzlich auch auf anderem Wege als über die vorgeschlagene Wärmeleitung erfolgen kann, insbesondere ist an Wärmeübertragen mittels Wärmestrahlung gedacht.The connecting portion may be thermally conductively connected to the table part so that it has substantially the same temperature as the table part, wherein the connecting portion is designed so that it heats when heated so that its deflection counteracts the displacement of the scanning, the caused by a warming caused bending of the table part. The heat-conducting connection between the table part and the connecting portion ensures that the connecting portion and the table part have substantially the same temperature. This ensures that the compensation effect of the connecting portion follows the heating state of the table part with the primary part, so that the heating of the table part and the connecting portion is always proportional. It should be noted that the temperature equalization between the table part or primary part and connecting part can also be done in other ways than via the proposed heat conduction, in particular, is thought of heat transfer by means of thermal radiation.

Der Verbindungsabschnitt kann aus wenigstens zwei gesonderten Schichten aus verschiedenen Materialien zusammen gesetzt sein, wobei die genannten Schichten aneinandergrenzen und fest miteinander verbunden sind. Derartige Thermobimetalle sind aus der DIN 1715; Teil 1 bekannt. Da die entsprechenden Bauteile genormt sind, können sie kostengünstig am Markt eingekauft werden. Ihre Verformungseigenschaften entsprechen den Anforderungen, die bei einer erfindungsgemäßen Anwendung gestellt werden. Die Schichten weisen vorzugsweise eine im Wesentlichen konstante Dicke auf, die erheblich kleiner als die Abmessungen der Schicht quer zur Richtung der Dicke ist. Die Schichten sind höchst vorzugsweise in Form von Metallblechen ausgeführt.The connecting portion may be composed of at least two separate layers of different materials, said layers being adjacent to each other and fixedly connected together. Such bimetallic strips are from the DIN 1715; Part 1 known. Since the corresponding components are standardized, they can be purchased inexpensively on the market. Their deformation properties correspond to the requirements that are placed in an application according to the invention. The layers preferably have a substantially constant thickness, which is significantly smaller than the dimensions of the layer transverse to the direction of the thickness. The layers are most preferably designed in the form of metal sheets.

Die Schichten können rechteckig ausgebildet sein, damit die Verbindungsabschnitte aus großen Blechen mit besonders wenig Verschnitt hergestellt werden können.The layers may be rectangular, so that the connecting portions can be made of large sheets with very little waste.

Die Schichten können an dem Tischteil unmittelbar oder mittelbar anliegen und vorzugsweise mit diesem verschraubt sein. Hierdurch wird eine besonders gute Wärmeleitung zwischen dem Tischteil und dem gesonderten Verbindungsabschnitt erreicht. Vorzugsweise ist der Verbindungsabschnitt in einem gesonderten Befestigungsteil eingespannt, dessen Form auf eine besonders gute Wärmeübertragung sowohl zum Tischteil als auch zum Verbindungsabschnitt hin optimiert ist. Der Verbindungsabschnitt mit dem genannten Befestigungsteil kann leicht vorgefertigt und für verschiedene Ausführungsformen von Linearbewegungsvorrichtungen verwendet werden. Er kann darüber hinaus kostengünstig mit Befestigungsmitteln versehen werden, so dass der Verbindungsabschnitt leicht am Tischteil montierbar ist.The layers may rest directly or indirectly on the table part and preferably be screwed thereto. As a result, a particularly good heat conduction between the table part and the separate connection portion is achieved. Preferably, the connecting portion is clamped in a separate fastening part, the shape of which is optimized for a particularly good heat transfer both to the table part and to the connecting portion. The connecting portion with said attachment part can be easily prefabricated and used for various embodiments of linear motion devices. It can also be inexpensively provided with fastening means, so that the connecting portion is easily mounted on the table part.

Die Spulen des Primärteils können in einen Spulenträger aus Kunststoff, vorzugsweise Epoxydharz, eingebettet sein. Es ist bekannt, die Spulen des Primärteils eines Linearmotors in Epoxydharz einzugießen. Damit sind die Spulen besonders gut vor Umgebungseinflüssen geschützt. Sie werden dabei gleichzeitig in der gewünschten Position gehalten, damit sie die optimale Antriebswirkung entfalten. Bei einem derartigen Primärteil ist der Unterschied hinsichtlich der Wärmedehnung zwischen dem Primärteil und einem Tischteil aus Aluminium besonders groß, so dass die eingangs erörterten Biegeverformungen besonders groß sind. Bei dieser Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Verbindungsabschnitt daher besonders nutzbringend.The coils of the primary part can be embedded in a coil carrier made of plastic, preferably epoxy resin. It is known to pour the coils of the primary part of a linear motor in epoxy resin. Thus, the coils are particularly well protected against environmental influences. They are held in the desired position at the same time, so that they develop the optimum drive effect. In such a primary part, the difference in thermal expansion between the primary part and a table part made of aluminum is particularly large, so that the initially discussed bending deformations are particularly large. In this embodiment, the connecting portion according to the invention is therefore particularly beneficial.

Das Sekundärteil kann zwei gegenüberliegende Permanentmagnetreihen mit sich periodisch wechselnder Magnetisierungsrichtung aufweisen, wobei das Primärteil wenigstens abschnittsweise zwischen den Permanentmagnetreihen angeordnet ist. Bei dieser an sich bekannten Ausführungsform eines Linearmotors kann das Primärteil seine Betriebswärme fast nur durch Wärmeleitung zum Tischteil hin abgeben. Eine Wärmeabgabe durch Strahlung wird durch das Sekundärteil weitgehend verhindert. Dementsprechend ist die Erwärmung des Tischteils und damit dessen Biegeverformung besonders stark, so dass der erfindungsgemäße Verbindungsabschnitt besonders nutzbringend ist.The secondary part can have two opposite rows of permanent magnets with a periodically alternating magnetization direction, the primary part being arranged at least in sections between the rows of permanent magnets. In this known embodiment of a linear motor, the primary part can deliver its operating heat almost only by heat conduction to the table part. A heat emission by radiation is largely prevented by the secondary part. Accordingly, the heating of the table part and thus its bending deformation is particularly strong, so that the connecting portion according to the invention is particularly useful.

Es kann ein Halteteil aus Stahl vorgesehen sein, welches das Primärteil im Wesentlichen über seine gesamte Länge an einem Seitenrand U-förmig umgreift, wobei das Halteteil mit dem Tischteil fest verbunden ist, welches vorzugsweise aus Aluminium besteht. Hierdurch soll die Längenänderung des Primärteils auf ein Mindestmaß reduziert werden. Die Steifigkeit des Halteteils ist wesentlich größer als die des Primärteils aus Kunststoff. Die Längenänderung des Verbundes aus Primärteil und Halteteil wird daher maßgeblich durch das Halteteil bestimmt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient deutlich kleiner als der des Primärteils ist, In der Folge wird die Verbiegung des Tischteils auf ein Mindestmaß reduziert. Hierbei ist jedoch anzumerken, dass in der Folge nur die Längsbiegung des Tischteils vermindert wird. Hinsichtlich der Querbiegung verursacht das Halteteil eher den gegenteiligen Effekt, da sich der Verbund aus Halte- und Primärteil durch den Bimetalleffekt verbiegt. Folglich ist der erfindungsgemäße Verbindungsabschnitt bei dieser Ausführungsform besonders nutzbringend. It can be provided a holding part made of steel, which surrounds the primary part substantially over its entire length at a side edge U-shaped, wherein the holding part is fixedly connected to the table part, which preferably consists of aluminum. As a result, the change in length of the primary part should be reduced to a minimum. The rigidity of the holding part is substantially greater than that of the primary part made of plastic. The change in length of the composite of the primary part and holding part is therefore significantly determined by the holding part whose coefficient of thermal expansion is significantly smaller than that of the primary part, as a result, the deflection of the table part is reduced to a minimum. It should be noted, however, that in the consequence only the longitudinal bending of the table part is reduced. With regard to the transverse bending causes the holding part rather the opposite effect, since the composite of holding and primary part bends by the bimetallic effect. Consequently, the connecting portion according to the invention is particularly useful in this embodiment.

Der Grundkörper kann eine konstante im Wesentlichen U-förmige Querschnittsform mit einer Basis und zwei senkrecht davon abstehenden Schenkeln aufweisen, wobei das Sekundärteil an der Basis befestigt ist, wobei die Maßverkörperung an einem der Schenkel befestigt ist, wobei sich der Verbindungsabschnitt im Wesentlichen parallel zu dem Schenkel mit der Maßverkörperung erstreckt. Eine Linearbewegungsvorrichtung mit U-förmiger Querschnittsform ist aus der bereits erwähnten EP 1 054 501 B1 bekannt. Aus Gründen der Platzersparnis wird die Maßverkörperung bei dieser Bauform vorzugsweise an den genannten Schenkeln angebracht. Der erfindungsgemäße Verbindungsabschnitt bietet dabei die bei gegebener Baugröße größtmögliche Verformung, wenn er parallel zum genannten Schenkel ausgerichtet ist.The base body may have a constant substantially U-shaped cross-sectional shape with a base and two legs projecting perpendicularly therefrom, the secondary part being fixed to the base, the measuring scale being fixed to one of the legs, the connecting portion being substantially parallel to the base Leg with the measuring scale extends. A linear motion device with U-shaped cross-sectional shape is from the already mentioned EP 1 054 501 B1 known. For reasons of saving space, the material measure in this design is preferably attached to said legs. The connecting portion according to the invention provides the greatest possible deformation for a given size, if it is aligned parallel to said leg.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 einen grobschematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Linearbewegungsvorrichtung; 1 a rough schematic cross section of a linear motion device according to the invention;

2 eine grobschematische Draufsicht der Linearbewegungsvorrichtung nach 1; und 2 a rough schematic plan view of the linear motion device according to 1 ; and

3 eine Prinzipskizze, welche die Verlagerung der Abtastvorrichtung aufgrund der Verbiegung des Tischteils und des Verbindungsabschnitts verdeutlicht. 3 a schematic diagram illustrating the displacement of the scanning device due to the bending of the table part and the connecting portion.

1 zeigt einen grobschematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Linearbewegungsvorrichtung 10. Die Linearbewegungsvorrichtung 10 umfasst einen Grundkörper 20 und ein Tischteil 23, die jeweils aus Aluminium im Strangpressverfahren hergestellt sind, so dass sie eine im Wesentlichen konstante Querschnittsform aufweisen. Der Grundkörper 20 ist im Querschnitt betrachtet U-förmig mit einer Basis 21 und zwei rechtwinklig davon abstehenden Schenkeln 22 ausgebildet. An der Oberseite beider Schenkel ist jeweils die Führungsschiene 25a; 25b eines Linearwälzlagers angebracht, die sich über die gesamte Länge des Grundkörpers 20 erstreckt. Die in 1 linke Führungsschiene 25a ist formschlüssig gegen eine Bewegung in Querrichtung 12 gesichert, wohingegen dies bei der rechten Führungsschiene 25b nicht der Fall ist. Die rechte Führungsschiene 25b kann also exakt parallel zur linken Führungsschiene 25a ausgerichtet werden, so dass die Linearwälzlager nicht verspannt sind. Die Führungsschienen 25a; 25b werden von U-förmigen Führungswägen 26 umgriffen, die jeweils über mehrere Reihen von endlos umlaufenden Wälzkörpern an der zugeordneten Führungsschiene 25a; 25b beweglich abgestützt sind. Das im Wesentlichen in Form einer ebenen Platte ausgebildete Tischteil 23 ist mit den Führungswägen 26 verschraubt, wobei auf jeder Führungsschiene 25a; 25b zwei oder mehr Führungswägen 26 vorgesehen sind. Das Tischteil ist demnach in einer Längsrichtung 11, die sich senkrecht zur Zeichenebene der 1 erstreckt, gegenüber dem Grundkörper 20 beweglich. 1 shows a rough schematic cross section of a linear motion device according to the invention 10 , The linear motion device 10 includes a main body 20 and a table part 23 each made of extruded aluminum, so that they have a substantially constant cross-sectional shape. The main body 20 is in cross-section U-shaped with a base 21 and two legs projecting at right angles therefrom 22 educated. At the top of both legs is the guide rail 25a ; 25b attached to a linear roller bearing, extending over the entire length of the body 20 extends. In the 1 left guide rail 25a is positively against movement in the transverse direction 12 secured, whereas this at the right guide rail 25b not the case. The right guide rail 25b So it can be exactly parallel to the left guide rail 25a be aligned so that the linear roller bearings are not distorted. The guide rails 25a ; 25b are made of U-shaped guide carriages 26 encompassed, each over several rows of endless rotating rolling elements on the associated guide rail 25a ; 25b are movably supported. The essentially formed in the form of a flat plate table part 23 is with the guide carriages 26 bolted, taking on each guide rail 25a ; 25b two or more guide carriages 26 are provided. The table part is therefore in a longitudinal direction 11 perpendicular to the plane of the drawing 1 extends, opposite the main body 20 movable.

Die Linearbewegungsvorrichtung 10 ist mit einem Linearmotor bestehend aus einem Primärteil 30 und einem Sekundärteil 31 versehen. Das Primärteil 30 umfasst Spulen aus Kupferdraht, die bei einer Bewegung des Tischteils 23 in Längsrichtung 11 von einem starken Wechselstrom durchflossen werden. Die Spulen sind in Epoxydharz eingegossen, so dass deren räumliche Anordnung festgelegt ist, wobei sie gleichzeitig vor Umgebungseinflüssen geschützt sind. Der Seitenrand des Primärteils 30, der nicht vom Sekundärteil 31 umgriffen ist, wird von einem U-förmigen Halteteil 32 aus Stahl umgriffen, welches mit dem Tischteil 23 verschraubt ist. Der U-förmige Umgriff bewirkt einen besonders guten Wärmeübergang zwischen dem Halteteil 32 und dem Tischteil 23. Gleichzeitig verhindert das Halteteil 32, dass die vergleichsweise große erwärmungsbedingte Längenänderung des Primärteils 30 unvermindert auf das Tischteil 23 übertragen wird. Das Halteteil 32 ermöglicht darüber hinaus eine feste und vollflächige Verbindung zwischen Primär- und Tischteil 30; 23, so dass ein besonders guter Wärmeübergang gegeben ist. In der Folge weist das Tischteil 23 beim Betrieb des Linearmotors nur eine geringfügig geringere Temperatur als das Primärteil 30 auf.The linear motion device 10 is with a linear motor consisting of a primary part 30 and a secondary part 31 Mistake. The primary part 30 includes coils of copper wire, which move the table part 23 longitudinal 11 be traversed by a strong alternating current. The coils are cast in epoxy resin, so that their spatial arrangement is fixed, while they are protected from environmental influences simultaneously. The side edge of the primary part 30 that is not from the abutment 31 is encompassed by a U-shaped holding part 32 made of steel, which with the table part 23 is screwed. The U-shaped gripping causes a particularly good heat transfer between the holding part 32 and the table part 23 , At the same time prevents the holding part 32 in that the comparatively large heating-related change in length of the primary part 30 undiminished on the table part 23 is transmitted. The holding part 32 also allows a solid and full-surface connection between primary and table part 30 ; 23 , so that a particularly good heat transfer is given. Subsequently, the table part 23 during operation of the linear motor, only a slightly lower temperature than the primary part 30 on.

Das Sekundärteil 31 ist am Grundkörper 20 befestigt. Es umfasst zwei Permanentmagnetreihen 33, die jeweils entlang der Längsrichtung 11 sich periodisch wechselnde Magnetisierungsrichtungen aufweisen. Zwischen den gegenüberliegenden Permanentmagnetreihen 33 ist das Primärteil 30 angeordnet. Dieser Aufbau eines Linearmotors hat den Vorteil, dass auf das Primärteil 30 im Wesentlichen nur Magnetkräfte wirken, die parallel zur Längsrichtung 11 ausgerichtet sind. Die gesonderten Permanentmagnete der Permanentmagnetreihen 33 sind mit einem Magnetträger 34 fest verbunden, der im Querschnitt betrachtet U-förmig ausgebildet ist. Der Magnetträger 34 ist wiederum mit der Basis 21 des Grundkörpers 20 verschraubt.The secondary part 31 is at the body 20 attached. It comprises two rows of permanent magnets 33 , each along the longitudinal direction 11 periodically changing magnetization directions exhibit. Between the opposite rows of permanent magnets 33 is the primary part 30 arranged. This structure of a linear motor has the advantage that on the primary part 30 essentially only magnetic forces acting parallel to the longitudinal direction 11 are aligned. The separate permanent magnets of the permanent magnet series 33 are with a magnet carrier 34 firmly connected, which is viewed in cross-section U-shaped. The magnet carrier 34 is in turn with the base 21 of the basic body 20 screwed.

Die Linearbewegungsvorrichtung 10 umfasst weiter eine Wegmesseinrichtung mit einer Abtastvorrichtung 50 und einer Maßverkörperung 51. Die Wegmesseinrichtung kann wahlweise optisch, induktiv oder magnetisch arbeiten. Bei der bevorzugten optischen Ausführung ist die Maßverkörperung 51 in Form eines langgestreckten Glasmaßstabs ausgeführt, auf dem mittels eines photochemischen Ätzverfahrens eine Vielzahl von Messmarkierungen aufgebracht ist, welche Licht anders reflektieren als der Glasmaßstab selbst. Der Glasmaßstab 51 ist an der Innenseite eines Schenkels 22 des Grundkörpers 20 befestigt. Er wird von der Abtastvorrichtung 50 mit Licht bestrahlt, das vorzugsweise eine konstante Wellenlänge aufweist. Die von dem Glasmaßstab 51 mit den Messmarkierungen auf die Photodetektoren der Abtastvorrichtung 50 zurückreflektierte Lichtmenge ist abhängig von der Relativstellung zwischen der Maßverkörperung 51 und der Abtastvorrichtung 50. Aus den Signalen der Photodetektoren kann daher ein Zahlwert für die Stellung des Tischteils 23 gegenüber dem Grundkörper 20 ermittelt werden.The linear motion device 10 further comprises a displacement measuring device with a scanning device 50 and a material measure 51 , The path measuring device can optionally work optically, inductively or magnetically. In the preferred optical embodiment is the material measure 51 in the form of an elongated glass scale, on which by means of a photochemical etching process, a plurality of measuring marks is applied, which reflect light differently than the glass scale itself. The glass scale 51 is on the inside of a thigh 22 of the basic body 20 attached. He is from the scanner 50 irradiated with light, which preferably has a constant wavelength. The of the glass scale 51 with the measuring marks on the photodetectors of the scanning device 50 reflected back light quantity depends on the relative position between the material measure 51 and the scanning device 50 , From the signals of the photodetectors can therefore a numerical value for the position of the table part 23 opposite the main body 20 be determined.

Die Signale der genannten Photodetektoren hängen jedoch sehr stark von dem Abstand zwischen der Abtastvorrichtung 50 und der Maßverkörperung 51 ab, so dass jede Veränderung des genannten Abstands eine Verminderung der Messgenauigkeit der Wegmesseinrichtung bewirkt.However, the signals of said photodetectors depend very much on the distance between the scanning device 50 and the material measure 51 so that any change in said distance causes a reduction in the measurement accuracy of the path measuring device.

Eine solche Abstandsänderung wird durch eine Verbiegung des Tischteils 23 verursacht. Es hat sich gezeigt, dass das vorliegende Tischteil 23, welches bei Raumtemperatur eben ausgebildet ist, während des Betriebs des Linearmotors 30; 31 sowohl in Längs- als auch in Querrichtung 11; 12 verbogen wird. Dabei kommt es für die Verlagerung der Abtastvorrichtung 50 hauptsächlich auf die Verbiegung des Tischteils 23 in Querrichtung 12 an. Diese ist zwar deutlich geringer als die Längsverbiegung aber gleichwohl groß genug, um eine störende Verlagerung der Abtastvorrichtung 50 zu bewirken.Such a change in distance is caused by a bending of the table part 23 caused. It has been shown that the present table part 23 , which is flat at room temperature, during operation of the linear motor 30 ; 31 both in the longitudinal and in the transverse direction 11 ; 12 is bent. It comes for the displacement of the scanning device 50 mainly on the bending of the table part 23 in the transverse direction 12 at. Although this is much lower than the Längsverbiegung but nevertheless large enough to disturbing displacement of the scanning device 50 to effect.

Um dem entgegen zu wirken, wurde ein langgestreckter Verbindungsabschnitt 40 zwischen dem Tischteil 23 und der Abtastvorrichtung 50 vorgesehen. Der Verbindungsabschnitt umfasst eine erste und eine zweite Schicht 41; 42, die jeweils in Form eines Metallblechs ausgebildet sind. Die beiden Bleche liegen unmittelbar aufeinander und sind fest miteinander verbunden. Die Materialien der beiden Schichten 41; 42 sind unterschiedlich ausgeführt, wobei sich die bevorzugten Materialpaarungen aus DIN 1715; Teil 1 ergeben. Dort ist auch angegeben, wie aus der verwendeten Materialpaarung und den Abmessungen des Verbindungsabschnitts 40 die erwärmungsbedingte Verlagerung des ersten 43 gegenüber dem zweiten Ende 44 des Verbindungsabschnitts 40 ermittelt werden kann. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich der Verbindungsabschnitt im Wesentlichen kreisförmig verbiegt, wobei der Kehrwert des Krümmungsradius proportional zur Gesamtdicke der beiden Schichten 41; 42 und der Temperaturerhöhung des Verbindungsabschnitts 40 gegenüber dem geraden Zustand ist. Die Oberfläche des Tischteils 23 verbiegt sich erfahrungsgemäß konkav nach unten, so dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste Schicht 41 einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen muss als die zweite Schicht 42, damit der gewünschte Kompensationseffekt eintritt.To counteract this, became an elongated connecting section 40 between the table part 23 and the scanning device 50 intended. The connecting portion comprises a first and a second layer 41 ; 42 , which are each formed in the form of a metal sheet. The two sheets are directly adjacent to each other and are firmly connected. The materials of the two layers 41 ; 42 are designed differently, with the preferred material pairings of DIN 1715; Part 1 result. There is also indicated as from the material used and the dimensions of the connecting portion 40 the warming-related displacement of the first 43 opposite the second end 44 of the connection section 40 can be determined. It is assumed that the connecting portion bends substantially circular, wherein the reciprocal of the radius of curvature is proportional to the total thickness of the two layers 41 ; 42 and the temperature increase of the connecting portion 40 is opposite to the straight state. The surface of the table part 23 Bends down experience concave down, so that in the present embodiment, the first layer 41 must have a higher thermal expansion coefficient than the second layer 42 , so that the desired compensation effect occurs.

Der insgesamt rechteckig ausgebildete Verbindungsabschnitt 40 ist parallel zu dem Schenkel 22 des Grundkörpers 20 mit der Maßverkörperung 50 ausgerichtet. Die erwärmungsbedingte Verlagerung des ersten Endes 43 des Verbindungsabschnitts 40, an dem die Abtastvorrichtung 50 befestigt ist, erfolgt daher im Wesentlichen senkrecht zur Messoberfläche der Maßverkörperung 51. Hierbei ist anzumerken, dass die genannte Verlagerung nur wenige Zehntel eines Millimeters beträgt.The generally rectangular formed connecting portion 40 is parallel to the thigh 22 of the basic body 20 with the material measure 50 aligned. The warming-related displacement of the first end 43 of the connection section 40 at which the scanning device 50 is attached, therefore, takes place substantially perpendicular to the measuring surface of the material measure 51 , It should be noted that the said displacement is only a few tenths of a millimeter.

Das zweite Ende 44 des Verbindungsteils 40 wird von einem Befestigungsteil 45 U-förmig umgriffen, so dass ein guter Wärmeübergang zwischen dem Befestigungsteil 45 und dem Verbindungsabschnitt 40 gegeben ist. Das Befestigungsteil 45 ist wiederum mit dem Tischteil 23 fest verschraubt. In der Folge weist der Verbindungsabschnitt 40 eine Temperatur auf, die im Wesentlichen gleich der Temperatur des Tischteils 23 ist. Die erwärmungsbedingte Verbiegung des Tischteils 23 ist daher im Wesentlichen proportional zur erwärmungsbedingten Verbiegung des Verbindungsabschnitts 40.The second end 44 of the connecting part 40 is from a mounting part 45 U-shaped embraced, allowing a good heat transfer between the fastening part 45 and the connection section 40 given is. The fastening part 45 is in turn with the table part 23 firmly screwed. As a consequence, the connecting section has 40 a temperature that is substantially equal to the temperature of the table part 23 is. The heating-related bending of the table part 23 is therefore substantially proportional to the warp caused by the bending of the connecting portion 40 ,

2 zeigt eine grobschematische Draufsicht der Linearbewegungsvorrichtung 10 nach 1. Hinzuweisen ist auf die Anordnung der vier als Strichlinie dargestellten Führungswägen 26 in den Eckbereichen des Tischteils 23. Um die Verbiegung des Tischteils 23 weiter zu minimieren, können in der Mitte des Tischteils 23 zusätzliche Führungswägen angebracht sein. Die Abtastvorrichtung 50 der Wegmesseinrichtung ist an einem Längsende des Tischteils 23 angebracht, so dass sie leicht zu montieren ist. Darüber hinaus wird die Erwärmung der Abtastvorrichtung 50 durch die Abwärme des Linearmotors dort auf ein Mindestmaß beschränkt. 2 shows a rough schematic plan view of the linear motion device 10 to 1 , Attention is drawn to the arrangement of the four guide carriages shown as a dashed line 26 in the corner areas of the table part 23 , To the bending of the table part 23 To further minimize, can be in the middle of the table part 23 be mounted additional carriages. The scanning device 50 the path measuring device is at a longitudinal end of the table part 23 attached so that it is easy to assemble. In addition, the heating of the scanning device 50 limited by the waste heat of the linear motor there to a minimum.

Weiter ist die Erstreckung der Anlagefläche 24 des Halteteils am Tischteil 23 als Strichlinie eingezeichnet. Nur im Bereich dieser Anlagefläche 24 wirkt die erwärmungsbedingte Längenänderung des Primärteils auf das Tischteil 23 ein. Da sich die Anlagefläche 24 nur über einen Abschnitt des Tischteils 23 erstreckt, führt die genannte Verformung des Primärteils zu einer Verbiegung des Tischteils 23 sowohl in Längs- als auch in Querrichtung 11; 12. Next is the extension of the contact surface 24 of the holding part on the table part 23 drawn as a dashed line. Only in the area of this contact surface 24 the heating-related change in length of the primary part acts on the table part 23 one. Because the contact surface 24 only over a section of the table part 23 extends, said deformation of the primary part leads to a bending of the table part 23 both in the longitudinal and in the transverse direction 11 ; 12 ,

3 zeigt eine Prinzipskizze, welche die Verlagerung der Abtastvorrichtung 50 aufgrund der Verbiegung des Tischteils 23 und des Verbindungsabschnitts 40 verdeutlicht. Sämtliche Verformungen sind in 3 stark übertrieben dargestellt. Das Tischteil 23, welches vereinfacht als breite durchgezogene Linie dargestellt ist, verbiegt sich beim Betrieb des Linearmotors durch dessen Abwärme bezüglich der Querrichtung 12 konvex nach unten. Diese Bewegung überträgt sich über den langgestreckten Verbindungsabschnitt 40; 40' auf die Abtastvorrichtung 50; 50', so dass diese in Querrichtung 12 nach links verlagert wird. Mit breiten Strichlinien ist ein hypothetischer Zustand 40'; 50' dargestellt, bei dem der Verbindungsabschnitt 40' durch die Erwärmung nicht verbogen wird und seine gerade Form beibehält. Mit breiten durchgezogenen Linien ist der Zustand 40; 50 dargestellt, der durch die Erfindung angestrebt wird. Hierbei ist der Verbindungsabschnitt 40 aufgrund des Bimetalleffekts annährungsweise kreisförmig verbogen. Dadurch wird die Abtastvorrichtung 50 gegenüber dem genannten hypothetischen Zustand 40'; 50 nach rechts verlagert. Die Verbiegung des Verbindungsabschnitts 40 wirkt also der durch die Verbiegung des Tischteils 23 verursachten Verlagerung der Abtastvorrichtung 50 entgegen. 3 shows a schematic diagram showing the displacement of the scanning device 50 due to the bending of the table part 23 and the connection section 40 clarified. All deformations are in 3 greatly exaggerated. The table part 23 , which is simplified as a broad solid line, bends in the operation of the linear motor by its waste heat with respect to the transverse direction 12 convex down. This movement is transmitted over the elongated connecting portion 40 ; 40 ' on the scanning device 50 ; 50 ' so that these are in the transverse direction 12 is shifted to the left. With broad dashed lines is a hypothetical state 40 '; 50 ' shown in which the connecting portion 40 ' is not bent by the warming and maintains its straight shape. With broad solid lines is the state 40 ; 50 represented, which is sought by the invention. Here is the connection section 40 due to the bimetallic effect bent in an approximately circular manner. This will make the scanner 50 towards the said hypothetical state 40 '; 50 shifted to the right. The bending of the connecting section 40 So the effect of the bending of the table part 23 caused displacement of the scanning device 50 opposite.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: LinearbewegungsvorrichtungLinear motion device
1111: Längsrichtunglongitudinal direction
1212: Querrichtungtransversely
2020: Grundkörperbody
2121: BasisBase
2222: Schenkelleg
2323: Tischteiltable part
2424: Anlageflächecontact surface
25a25a: linke Führungsschieneleft guide rail
25b25b: rechte Führungsschieneright guide rail
2626: Führungswagencarriages
3030: Primärteilprimary part
3131: Sekundärteilsecondary part
3232: Halteteilholding part
3333: PermanentmagnetreihePermanent magnet row
3434: Magnetträgermagnet carrier
40; 40'40; 40 ': Verbindungsabschnittconnecting portion
4141: erste Schichtfirst shift
4242: zweite Schichtsecond layer
4343: erstes Endefirst end
4444: zweites Endesecond end
4545: Befestigungsteilattachment portion
50; 50'50; 50 ': Abtastvorrichtungscanning
5151: MaßverkörperungMeasuring standard

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1054501 B1 [0002, 0002, 0004, 0017]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN 1715; Part 1 [0011]
DIN 1715; Part 1 [0028]

Claims

Linear motion device ( 10 ) with a basic body ( 20 ) and a table part ( 23 ), which with respect to a longitudinal direction ( 11 ) movable on the base body ( 20 ) is mounted, wherein a linear motor with a provided with electric coils primary part ( 30 ) and an elongate secondary part ( 31 ) is provided, wherein the primary part ( 30 ) with the table part ( 23 ) is firmly connected, so that the waste heat of the primary part ( 30 ) over the table part ( 23 ), whereby the secondary part ( 31 ) with the basic body ( 20 ), wherein a displacement measuring system with an elongated scale ( 51 ) and a scanning device ( 50 ) for scanning the material measure ( 51 ), wherein the material measure ( 51 ) on the base body ( 20 ), wherein the scanning device ( 50 ) on the table part ( 23 ) is attached so that they are at a small distance opposite to the material measure ( 51 ), characterized in that an elongate, bend-deformable connecting portion ( 40 ) with a first and an opposite second end ( 43 ; 44 ) is provided, wherein the scanning device ( 50 ) at the first end ( 43 ) of the connection section ( 40 ), the second end ( 44 ) of the connection section ( 40 ) on the table part ( 23 ), wherein the connecting portion ( 40 ) consists of at least two materials with different thermal expansion coefficients.

Linear movement device according to claim 1, characterized in that the connecting portion ( 40 ) Heat conducting with the table part ( 23 ) is connected so that it has substantially the same temperature as the table part ( 23 ), wherein the connecting section ( 40 ) is designed so that it bends when heated so that its deflection of the displacement of the scanning device ( 50 ) counteracted by a warpage caused by the heating of the table part ( 23 ) is caused.

Linear movement device according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting portion ( 40 ) of at least two separate layers ( 41 ; 42 ) is composed of different materials, said layers ( 41 ; 42 ) are adjacent and firmly connected.

Linear motion device according to claim 3, characterized in that the layers ( 41 ; 42 ) are rectangular.

Linear motion device according to claim 3 or 4, characterized in that the layers ( 41 ; 42 ) on the table part ( 23 ) lie directly or indirectly and are preferably screwed with this.

Linear movement device according to one of the preceding claims, characterized in that the coils of the primary part ( 30 ) are embedded in a coil carrier made of plastic, preferably epoxy resin.

Linear movement device according to claim 6, characterized in that the secondary part ( 31 ) two opposite permanent magnet rows ( 33 ) having a periodically alternating magnetization direction, wherein the primary part ( 30 ) at least in sections between the permanent magnet rows ( 33 ) is arranged.

Linear movement device according to claim 6 or 7, characterized in that a holding part ( 32 ) made of steel, which is the primary part ( 30 ) U-shaped encompasses substantially over its entire length at a side edge, wherein the holding part ( 32 ) with the table part ( 23 ), which preferably consists of aluminum.

Linear movement device according to one of the preceding claims, characterized in that the basic body ( 20 ) has a constant substantially U-shaped cross-sectional shape with a base ( 21 ) and two perpendicularly projecting legs ( 22 ), wherein the secondary part ( 31 ) at the base ( 21 ), wherein the material measure ( 51 ) on one of the legs ( 22 ) is attached, wherein the connecting portion ( 40 ) substantially parallel to the leg ( 22 ) with the material measure ( 51 ).