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Die Erfindung geht aus von einer Transportvorrichtung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Transportsysteme, in welchen die Transportkörper (sogenannte Mover) im elektromagnetischen Feld nahezu reibungsfrei gelagert sind. Die regelbaren elektromagnetischen Kräfte werden sowohl für den Antrieb der Transportkörper als auch für elektromagnetische Linearlagerung oder Levitation über eine flache, elektrisch erregte Transportfläche (auch als X-Y-Stator bezeichnet) benutzt. Ein solches System ist in der
WO 2013/059934 A1 beschrieben. Die vorliegende Erfindung baut ausdrücklich auf den darin offenbarten Gegenständen auf.
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Das Antriebssystem des in der
WO 2013/059934 A1 offenbarten Systems verfügt über Permanentmagnete in den Transportkörpern, welche in einer X-Y-Halbach-Anordnung vorgesehen sind. Das Magnetfeld dieser Permanentmagnete interagiert mit dem Magnetfeld elektrischer Leiter im Stator, welche einer an die Magnete abgestimmten spezifischen X-Y-Anordnung folgen. Durch das Zusammenwirken der permanentmagnetischen Halbach-Systeme mit den im Stator durch die Bestromung der Leiterbahnen entstehenden elektromagnetischen Feldern, werden die auf die Transportkörper wirkenden Antriebskräfte in den Richtungen X und Y sowie eine Hebekraft (Tragkraft) in Z-Richtung erzeugt. Die Magnetsysteme in Halbach-Konfiguration im Mover bestehen aus einzelnen anisotropen gesonderten Seltenen Erden Magneten. Die Formgebung der Permanentmagnete und die Geometrie des Wicklungssystems sind aufeinander abgestimmt. Hierbei verlaufen mehrere Strombahnen im Stator in Richtungen X und Y senkrecht zueinander. Die Breite der Strombahnen und ihre Abstände ist ist üblicher Weise an die Breite und die Polteilung der Halbach-Module angepasst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Transportvorrichtung bei unterwarteten Betriebszuständen besser abzusichern und das gesamte System zu sichern. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Absicherung insbesondere des Movers bei Ausfall der den Statorteil des Planarantriebs versorgenden Energie erreicht wird und eventuell ein Notbetrieb der Anlage mit eingeschränkter Funktionalität möglich wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, indem der Mover zumindest einen Grundkörper und ein bewegliches Teil umfasst, wobei das bewegliche Teile relativ zum Grundkörper beweglich ausgebildet ist. Hierbei ist das bewegliche Teil zumindest in Richtung der Antriebsfläche verfahrbar. Dadurch wirkt der bewegliche Teil einem Absenken des gesamten Movers auf der Antriebsfläche entgegen. Dadurch kann verhindert werden, dass ein Benutzer von einem absenkenden Mover eingeklemmt wird oder dass der Mover bei einem Absinken sich selbst und/oder die Antriebsfläche beschädigt. Dadurch wird die Betriebssicherheit weiter erhöht.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest eine Bewegung des beweglichen Teils relativ zu dem Grundkörper in Abhängigkeit von einem von der Spulenebene erzeugten Magnetfeld und/oder in Abhängigkeit einer Änderung eines von der Spulenebene erzeugten Magnetfelds erfolgt. Dies erlaubt eine automatische Betriebsweise des Movers in Abhängigkeit von dem Stromfluss in der Spulenebene. Zudem kann das Magnetfeld, welches im Normalbetrieb von der Spulenebene erzeugt wird, dazu verwendet werden, dem System kinetische Energie zuzuführen, welche dann bei Ausfall des Stroms die Bewegung des beweglichen Teils relativ zu dem Grundkörper ermöglicht. Damit kann auf eine separate Energieversorgung des Movers verzichtet werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das bewegliche Teil zumindest ein ferromagnetisches Teil umfasst. Damit können gezielt Anziehungskräfte des Magnetfelds der Spulenebene an den gewünschten Stellen im beweglichen Teil eingeleitet werden. Dadurch erhöht sich die Effizienz der Anordnung.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das bewegliche Teil zumindest ein Auflagemittel, vorzugsweise zumindest eine Rolle, Kugel, Gleitlager oder Saugelement etc. umfasst. Damit kann eine besonders schonende Absenkung beweglichen Teils auf die Antriebsfläche erreicht werden. Zudem unterstützt ein geeignetes Auflagemittel eine manuelle Bewegungsmöglichkeit des Movers beispielsweise auch bei Stromausfall bzw. ein Notbetrieb bei Ausfall der Zentralsteuerung, bei dem z.B. die Antriebskräfte für die x-y Bewegung nach wie vor von der Zentralsteuerung realisiert werden und die magnetische Schwebekraft in z-Richtung durch die konventionellen Lagerkräfte der oben genannten Auflagemittel (Rollen, Kugeln, Gleitlager) ersetzt wird. Bei der Verwendung eines Saugelements kann zudem auch eine Fixierung des Movers auf einer vertikalen Antriebsfläche erreicht werden.
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In einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung ist zumindest ein Bewegungsmittel wie beispielsweise eine Feder vorgesehen, die besonders bevorzugt zwischen dem Grundkörper und dem beweglichen Teil angeordnet ist. Diese Variante ermöglicht es, auf eine weitere Energieversorgung des Movers zu verzichten. Dies ist gerade bei dem Ausfall der Versorgungsspannung von Bedeutung und gewährleistet die Betriebssicherheit gerade im Notbetrieb.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist zumindest ein Führungselement vorgesehen, welches zwischen dem Grundkörper und dem beweglichen Teil angeordnet ist. Besonders bevorzugt wirkt das Führungselement mit einer Schraubenlinie zusammen, welche zwischen Grundkörper und beweglichen Teil gebildet ist. Damit kann insbesondere eine Drehbewegung umgesetzt werden in eine translatorische Bewegung, sodass das bewegliche Teil hin zur Antriebsfläche abgesenkt wird.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist das ferromagnetische Teil als ferromagnetisches Netz (eingebettet in einem besonders leichtem Trägerelement) ausgebildet. Besonders bevorzugt weist das ferromagnetische Netz dieselbe Teilung auf wie die Spulenebene. Damit lässt sich gezielt ein Magnetfeld auf das bewegliche Teil einbringen. Das bewegliche Teil kann dadurch leicht gebaut werden, sodass aufgrund der geringeren Massenträgheit als der Grundkörper eine sehr dynamische Relativbewegung zum Grundkörper erzeugt werden kann. Hierzu ist das Trägerelement beispielsweise aus Kunststoff oder z.B. aus porösem Kunststoff aufgebaut, in den das ferromagnetische Netz eingebracht ist.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung umfasst das bewegliche Teil zumindest einen Rahmen bzw. ein Rahmenteil, welches über einen Hebelmechanismus mit dem beweglichen Teil gekoppelt ist. Dadurch lassen sich auch gegenläufige Bewegungen des beweglichen Teils relativ zum Grundkörper in eine Bewegung des Rahmenteils umsetzen, die in einem Notbetrieb hin zur Antriebsfläche gerichtet ist.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das bewegliche Teil im nicht abgesenkten Zustand bündig mit der Unterseite des Movers, vorzugsweise der Permanentmagnete abschließt. Damit lassen sich Spalten minimieren, in denen sich Schmutz absetzen könnte.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das bewegliche Teil im mittleren Bereich des Movers angeordnet ist und/oder von Magnetarrays umgeben ist. Damit kann eine besonders stabile Lage des Movers erreicht werden. Außerdem werden die für die Antriebsfunktion notwendigen Permanentmagnete in ihrer hierfür besonders geeigneten Anordnung nicht beeinträchtigt.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das bewegliche Teil in einem sich von einem Normalbetriebszustand unterscheidenden kritischen Betriebszustand abgesenkt ist. Dadurch lassen sich sicherheitskritische Betriebszustände durch definierte Ruhelagen des Movers abfangen.
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Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine Systemdarstellung der Vorrichtung,
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2 und 3 Schnittdarstellungen des Movers und der Spulenebene,
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4 einen Mover mit zugehöriger Anordnung der Halbach-Systeme relativ zu der Spulenebene in der Draufsicht bei fließendem Strom,
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5 eine Draufsicht auf den Mover mit einem runden, beweglichen Mittelteil,
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6 eine Schnittdarstellung des Movers nach 5 in der Seitenansicht im Normalbetrieb,
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7 eine Schnittdarstellung des Movers nach 5 in der Seitenansicht im abgesicherten bzw. abgesenkten Betrieb,
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8 eine Schnittdarstellung des Motors nach 5 im abgesicherten bzw. abgesenkten Betrieb bei einer vertikalen Antriebsfläche,
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9 eine Schnittdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels im Normalbetrieb,
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10 eine Schnittdarstellung des alternativen Ausführungsbeispiels gemäß 9 im abgesicherten Betrieb,
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11 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Movers mit absenkbaren Rahmenteilen und ferromagnetischer Platte Schlaf ein im Normalbetrieb sowie
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12 das Ausführungsbeispiel gemäß 11 im abgesicherten bzw. abgesenkten Betrieb,
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13 ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Movers mit zwei ferromagnetischen Platten in der geschnittenen Seitenansicht,
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind beispielhaft zwei Mover 20 dargestellt mit unterschiedlichen Grundformen, nämlich ein im Wesentlichen rechteckförmiger Mover 20 bzw. ein runder Mover 20. Auch eine ovale Gestaltung wäre denkbar. Die Trägerplatte 12 bzw. Antriebsfläche 13 besteht aus mehreren Einzelteilen bzw. Kacheln 16. Die Kacheln 16 sind quadratisch bzw. rechteckförmig ausgebildet. Die Kacheln 16 besitzen im Wesentlichen eine planare Oberfläche und sind schichtweise aufgebaut. Die Kachel 16 ist quadratisch bzw. rechteckförmig ausgebildet. So umfasst die Kachel 16 eine Spulenebene 18, eine Sensorebene 22 sowie eine Leistungselektronikebene 24. Weiterhin ist ein Bussystem 26 vorgesehen, welches die Kacheln 16 mit einem nicht dargestellten Zentralrechner bzw. Prozessor verbindet. Außerdem ist eine Spannungsversorgung 28 vorgesehen mit zugehörigen Anschlüssen, über die die Leistungselektronikebene 24 bzw. die Spulenebene 18 und/oder die Sensorebene 22 mit Energie versorgt werden kann.
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Die Grundplattform 10 beschreibt das Basiselement. Aus dieser ergeben sich die nötigen Gestaltungsmöglichkeiten des Systems im Raum. Unter der Grundplattform 10 wird der Systemträger bzw. ein Maschinengestell verstanden. Sie muss die notwendige Steifigkeit aufweisen. Die Grundplattform 10 kann bereits Steuerungskomponenten und Leistungselektronik aufnehmen. Optional könnte auch bereits die Trägerplatte 12 bzw. Antriebsfläche 13 Bestandteil der Grundplattform 10 sein. Die Grundplattform 10 bietet die Basis oder das Element zur Anordnung weiterer Funktionseinheiten. Die Grundplattform 10 ist weiterhin die Basis oder das Element zur Anordnung weiterer Transportsysteme. Die Grundplattform 10 soll kompatibel mit anderen Grundplattformen sein. Auf der Oberfläche der Grundplattform 10 sind auf der Antriebsfläche 13 die relativ hierzu beweglichen Mover 20 angeordnet. Hierzu erzeugt die Antriebsfläche 13 bzw. die Trägerplatte 12 eine Antriebskraft, die auf den Mover 20 wirkt und ihn in die gewünschte Bewegung versetzt. Die stationäre Antriebsfläche 13 ist vorzugsweise planar ausgeführt. Der Mover 20 wird so angesteuert, dass er zumindest in zwei Freiheitsgraden verschiebbar und/oder drehbar ist. Damit lassen sich insbesondere wie nachfolgend beschrieben unterschiedliche Stationen in flexibler Weise anfahren, wenn die Antriebsfläche 13 diese in geeigneter Weise miteinander verbindet.
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Der Mover 20 beschreibt das bewegbare Element der Vorrichtung 8. Zum einen dient der Mover 20 der Erzeugung einer Relativbewegung gegenüber der Trägerplatte 12 bzw. Antriebsfläche 13. Weiterhin erfolgt eine Interaktion zwischen den Movern 20 oder zwischen den Moverkomponenten. Weiterhin erzeugt der Mover 20 eine Kraft auf die Trägerplatte 12 bzw. Antriebsfläche 13. Hierzu umfasst der Mover 20 zumindest ein Mittel zur Erzeugung eines Magnetfelds, insbesondere einen Magneten, vorzugsweise einen Permanentmagneten 19, der mit ein Wanderfeld erzeugenden Spulen 18 der Trägerplatte 12 bzw. der Antriebsfläche 13 zur Bewegungserzeugung zusammenwirkt. Hierbei wird einen Luftspalt zwischen der Trägerplatte 12 bzw. der Antriebsfläche 13 und dem Mover 20 ausgebildet, so dass eine berührungslose Bewegung des Movers 20 relativ zur Antriebsfläche 13 erfolgen kann. Weiterhin kann der Mover 20 Mittel zur Erkennung einer Position aufweisen.
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In einer Ansicht der
1 ist der Mover
20 perspektivisch dargestellt. Eine Unterseite
17 des Movers
20 wirkt mit der Trägerplatte
12 bzw. Antriebsfläche
13 zusammen. An der Unterseite
17 des Movers
20 sind mehrere Permanentmagnete
19 angeordnet. Die Magnetfelder benachbart angeordneter Permanentmagnete
19 unterscheiden sich. Im Wesentlichen besteht die Unterseite
17 aus vier Feldern mit jeweils mehreren Permanentmagneten
19. Der mittlere Bereich der Unterseite
17 weist keine Permanentmagnete
19 auf. In diesen Bereich ist ein bewegliches Teil
42 angeordnet. Das bewegliche Teil
42 ist relativ zu einem Grundkörper
31 beweglich, die beide Bestandteile des Movers
20 sind.
WO 2013/059934 A1 gibt noch weitere alternative Ausgestaltungen an, die in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung einbezogen sind. Der Mover
20 wird von einem Kollisionsschutz
23 umgeben, was bei einer Vielzahl bewegter Mover
20 vorteilhaft ist. Der Grundkörper
31 mehrere Permanentmagnete
19, die jeweils vier Magnetarrays
41 bilden. Oberhalb der vier Magnetarrays
41 ist eine Deckplatte
34 angeordnet. Zumindest die Magnetarrays
41 und die Deckplatte
34 bilden den Grundkörper
31. Außerdem weist der Mover
20 zumindest ein bewegliches Teil
42 auf, welches mit dem Grundkörper
31 in der Weise verbunden ist, dass eine Relativbewegung gegenüber dem Grundkörper
31 möglich wird. Insbesondere ist das bewegliche Teil
42 so anzuordnen, dass es sich relativ zum Grundkörper
31 hin zur Antriebsfläche
13 bewegen kann. Dabei kann das bewegliche Teil
42 durchaus auch aus mehreren beweglichen Teilen bestehen, die mit dem beweglichen Teil
42 verbunden sind. Auch ist es denkbar, dass die weiteren beweglichen Teile auch relativ zu dem ersten beweglichen Teil bewegt werden können bzw. durch das erste bewegliche Teil bewegt werden können.
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Die Trägerplatte 12 bzw. Antriebsfläche 13 stellt eine mehrschichtige Komponente gemäß dar. Sie weist folgende Basisfunktionalitäten auf. Zum einen umfasst sie Mittel zur Erzeugung einer Relativbewegung gegenüber dem Mover 20. Außerdem wird eine Kraft erzeugt, die auf den Mover 20 wirkt. Außerdem umfasst sie Mittel zur Erzeugung von Distanzen (Luftspalt) zwischen der Trägerplatte 12 und dem Mover 20. Außerdem umfasst die Trägerplatte 12 Mittel zur Erkennung von Positionen sowie Mittel zur Erkennung von Energieübertragung und Mittel zur Übertragung von Informationen.
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Die Ansicht aus der 2 präsentiert das allgemeine Prinzip des Zusammenwirkens der Magnete und einer Schicht der Statorwicklung in den der Kacheln in einer Koordinate x bzw. y. Die Mover 20 und Spulenebene 18 der Antriebsfläche 13 bzw. des Stators des Planarantriebs sind in der Seitenansicht dargestellt. Die Orientiertung der Magnetfelder der Magnetpole benachbarter Permanentmagnete 19 unterscheiden sich wie mit Pfeilen angedeutet. Nach einem Polpar bestehend aus vier unterschiedlichen Richtungen der Magnetfelder wiederholt sich die Anordnung der Magnete 19 mit zugehörigen Magnetfeldern. Unterhalb des Movers 20 und dessen Permanentmagneten 19 befindet sich die Spulenebene 18, deren Spulen mit Strömen mit bestimmter Richtung so beaufschlagt werden, dass der Mover 20 in Bewegung gerät. Die Spulenteilung bzw. die Abstände der Leiter der Spulenebene 18 entsprechen den Abmessungen der einzelnen Permanentmagnete 19.
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Bei der Ansicht gemäß 3 für eine spezifische Ausführung des Antriebes sind die unterschiedlich orientierten Permanentmagnete 19 an der Unterseite der Deckplatte 34 angeordnet, sodass der Grundkörper 31 gebildet wird. Beispielhaft ist lediglich ein Leiter der Spulenebene 18 dargestellt mit seinem zugehörigen Strombelag 33. Wiederum ist er Teil eines magnetischen Kreises mit einem magnetischen Fluss 30. Dabei wird ersichtlich, dass sich der Mover 20 bei fließendem Strom selbst ausrichtet. Die Permanentmagnete 19 des Movers 20 werden automatisch im rechteckigen Strombelag 33 der Antriebsfläche 13 des Stators in x-y-Richtung ausgerichtet. Bei Auslenkung in der Ebene x-y entsteht ein stabilisierendes Drehmoment 36 wie beispiehaft mit den Doppelpfeilen verdeutlicht. Der Stromleiter der Spulenebene 18 erzeugt ebenfalls ein Magnetfeld, dessen Magnetfeldlinie 35 ebenfalls eingezeichnet ist. Wird der Stromfluss unterbrochen, so erzeugt die Antriebsfläche 13 kein Drehmoment mehr, das auf den Mover 20 wirkt. Wie nachfolgend noch näher erläutert kann dieser Effekt dazu genutzt werden, dass eine dann auftretende Bewegung zum automatischen Absenken eines beweglichen Teils 42 genutzt werden kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 befindet sich der Mover 20 in der gezeigten Orientierung über den Wicklungen 38. Die Wicklungen 38 verlaufen in einer Orientierung sowohl in X-Richtung wie auch in Y-Richtung. Wie bereits in Verbindung mit 1 gezeigt, weist der Mover 20 zumindest vier Magnetfeldarrays 41 auf. Diese sind in der durch Doppelpfeile gezeigten Weise magnetisiert. Bei fließendem Strom durch die Wicklungen 38 im Stator richtet sich der Mover 20 in der gezeigten Weise aus, nämlich in X-Y-Richtung, was mit einem stabilisierenden Moment 38 in X-Y-Ebene angedeutet ist. Das in der Mitte des Movers 20 liegende bewegliche Teil 42 wird von den vier Magnetfeldarrays 41 umgeben. Die Spulenebenen 18 in X- bzw. Y-Richtungen werden durch entsprechende Spannungsversorgungen 40 im Stator versorgt.
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In der Darstellung gemäß 5 ist in der Draufsicht auf den Mover 20 das bewegliche Teil 42 genauer dargestellt. Das bewegliche Teil 42 ist rund ausgeführt. Es lässt sich relativ zu den umgebenden Magnetfeldarrays 41 bewegen, nämlich um die Z-Achse verdrehen und absenken. Die Drehbewegung wird unterstützt durch ein Verdrehmittel 49 wie beispielsweise eine Verdrehfeder. Das Verdrehmittel 49 ist sowohl mit dem beweglichen Teil 42 wie auch mit dem Grundkörper 31 des Movers 20 bzw. dem Magnetarray 41 verbunden. Außerdem sind mehrere Führungselemente 51 vorgesehen, die die Relativbewegung des beweglichen Teils 42 relativ zu dem weiteren Teil des Movers 20 führen. Hierzu sind beispielsweise vier Kugeln als Führungselemente 51 vorgesehen, welche in einer spiralförmigen Schraubenlinie 57 (vergleiche die 6, 7) geführt werden, der jeweils von der Außenseite des beweglichen Teils 42 und der Innenseiten der jeweils angrenzenden Magnetarrays 41 gebildet wird. Zudem umfasst das bewegliche Teil 42 eine vorzugsweise bewegliches ferromagnetisches Teil 53, beispielsweise ein ferromagnetisches Netz. Somit rollt das bewegliche Teil 42 auf beispielsweise vier Kugeln 51 über die Schraubenlinie des äußeren Teils 41 ab. Im wesentlichen besteht das runde, bewegliche Teil 42 aus einem nicht ferromagnetischen und nicht elektrischen Material, beinhaltet jedoch das eingebettete Netz 53 aus ferromagnetischem Material. Die Teilung dieses Netzes 53 entspricht dem Wickelschritt der Spulenebene 18 des Stators. Anstelle des ferromagnetischen Netzes 53 könnten auch sonstige ferromagnetische Elemente vorgesehen werden, die in der Achse X-Y des Movers 20 aus einem stark magnetisch anisotropen Material bestehen könnte. In der Draufsicht sind zudem vier Federn 44 angedeutet, die in Z-Richtung wirken. Im bestromten Zustand richten sich Grundkörper 31 und bewegliches Teil 42 des Movers 20 in einer Richtung X-Y aus. Im nicht bestromten Zustand verdreht sich das bewegliche Teil 42 relativ zum Grundkörper 31 unter Wirkung des Verdrehmittels 49. Wenn das System so ausgelegt wird, dass die Reibung an den Gleitflächen der Führungselemente 51 minimal ist, könnte auf die Federn 44 in Z-Richtung verzichtet werden.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist im Schnitt in 6 im Normalbetrieb gezeigt, wenn also Strom durch die Spulenebene 18 fließt. Dann befindet sich das bewegliche Teil 42 noch nicht im abgesenkten Zustand. Zudem ist die Schraubenlinie 57 ersichtlich, die mit einer bestimmten Steigung bezogen auf die Unterseite des beweglichen Teils 42 versehen ist, um ein Absenken des beweglichen Teils 42 in Z-Richtung zu bewirken. So wird die Drehbewegung des Verdrehmittels 49 umgewandelt in eine translatorische Bewegung in Z-Richtung.
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Der abgesenkte Zustand des beweglichen Teils 42 ist in 7 gezeigt. Sobald der Strom durch die Spulenebene 18 im Störfall verschwindet, verdreht sich das bewegliche Teil 42 relativ gegenüber dem Grundkörper 31 bzw. dem Antriebsteil 41 des Movers 20 automatisch. Damit wird die Position des beweglichen Teils 42 gegenüber dem Antriebsteil 41 abgesenkt. Der bewegliche Teil 42 ist viel leichter (besteht vor allem aus Kunststoff) und besitzt vor allem eine wesentlich kleinere Trägheit als der Grundkörper 31 mit zugehörigen Magnetfeldarrays 41. Dadurch ist die Bewegung des beweglichen Teils 42 sehr schnell bezogen auf das Grundteil 31 bzw. Antriebsteil 41 und bewegt sich zuerst in Z-Richtung auf die Antriebsfläche 13 des Stators. Dadurch wird der Mover 20 vor größeren Beschädigungen geschützt und ermöglicht einen Notbetrieb beispielsweise durch Rollen bzw. Abbremsen (durch in den Aufnahmen der Kugeln 45 eingebaute Reibeelemente). Die Absenkung kann auch beispielsweise dann ausgelöst werden, wenn bestimmte Ist-Größen ein automatisches Absenken beispielsweise einen gewissen eingestellten Grenzwert, beispielsweise der Strombelag der Spulenebene 18, unterschreiten. Dies kann auf einen sicherheitskritischen Betriebszustand hinweisen, beispielsweise einen Stromausfall.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß der 8 unterscheidet sich von demjenigen der 5 bis 7 dadurch, dass die Antriebsfläche 13 nicht mehr horizontal, sondern vertikal angeordnet ist. Der Aufbau des Movers 20 unterscheidet sich im wesentlichen nicht. Lediglich anstelle der Kugeln bzw. Auflageelemente 45 sind nun Saugelemente 46 vorgesehen. In 8 ist der Notbetrieb dargestellt. Hierzu wurde das bewegliche Teil 42 gegenüber dem Grundkörper 31 abgesenkt, sodass die Saugelemente 46 gegen die vertikale Oberfläche der Antriebsfläche 13 gedrückt wurden. Dadurch wird der Mover 20 mit der Antriebsfläche 13 im Notbetrieb fixiert.
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In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel gemäß der 9 und 10 erfolgt eine automatische Absenkung des beweglichen Teils 42 durch Reversieren der Anzugskraft. Hierbei umfasst das bewegliche Teil 42 zumindest ein ferromagnetisches Element 48. Im Ausführungsbeispiel ist das ferromagnetische Element 48 plattenförmig ausgebildet. Bei dem ferromagnetischen Element 48 handelt es sich beispielsweise um sogenannte Soft Magnetic Components (SFC). Diese Stoffe verhindern üblicherweise die Ausbildung von Wirbelströmen. Insbesondere bei einer Bewegung des Movers 20 sollen keine Wirbelströme entstehen, da sie zu zusätzlichen Leistungsverlusten, Erwärmung und Reduzierung der Antriebskraft führen würden.
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Das bewegliche Teil ist über eine Feder 44 mit der Unterseite des Grundkörpers 31 beweglich verbunden. Seitlich von dem beweglichen Teil 42 ist zumindest ein Rahmenteil 67 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel sind es zwei Rahmenteile 67. Diese Rahmenteile 67 sind jeweils über zumindest einen um Lenkhebel 63 beweglich mit dem beweglichen Teil 42 verbunden. Im mittleren Bereich des Umlenkhebels 63 ist ein Lager 65 vorgesehen, über das ein Ende einer Befestigung 61 beweglich gelagert ist. Das andere Ende der Befestigung 61 ist mit der Unterseite des Grundkörpers 31 fixiert. An der Unterseite des Rahmenteils 67 befindet sich zumindest ein Auflagemittel 45 wie eine Kugel, Rolle oder sonstiges. Im Normalbetrieb gemäß 9 übt das Magnetfeld der Spulenanordnung 18 eine so große Anziehungskraft auf das ferromagnetische Element 48 aus, dass die Anziehungskraft größer ist als die Federkraft der Feder 44. Über den Hebelmechanismus, gebildet aus Befestigung 61, Umlenkhebel 63 und Umlenklager 65, ist bzw. sind der Rahmen bzw. die beiden Rahmenteile 67 mit den Auflagemitteln 45 angehoben. Der Mover 20 schwebt im Normalbetrieb über der Antriebsfläche 13 des Stators unter dem Einfluss der elektromagnetischen Kräfte zwischen Spulenebene 18 und Mover 20. Im Notbetrieb gemäß 10 sinkt der Strom durch die Spulenebene 18 unter einen bestimmten Grenzwert. Die Federkraft der Feder 44 ist dann größer als die elektromagnetische Kraft, die durch den Strom durch die Spulenebene 18 auf die ferromagnetische Platte 48 wirkt. Die Feder 44 zieht das bewegliche Teil 42 nach oben in Richtung der Unterseite des Grundkörpers 31. Der entsprechende Hebelmechanismus 61, 63, 65 bewegt die Rahmenteile 67 nach unten in Richtung der Oberfläche der Antriebsfläche 13. Die Auflagemittel 45 wie Kugel oder Rolle liegen auf der Oberfläche der Antriebsfläche 13 auf. Fließt der Strom durch die Spulenebene 18 anschließend wieder, wird das mittlere Teil 42 mit dem darin befindlichen ferromagnetischen Element 48 wieder nach unten angezogen, wodurch die Rahmenteile 67 nach oben geklappt werden. Die Vorrichtung gelangt wieder in den Ausgangspunkt wie in 9 gezeigt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß den 11 und 12 unterscheidet sich von demjenigen der 9 und 10 darin, dass zusätzlich in dem Grundkörper 31 und in dem beweglichen Teil 42 jeweils ein ferromagnetisches Element 48, 50 vorgesehen ist. Sobald ein Strom fließt, verlaufen die Feldlinien wie in 11 dargestellt auch durch das ferromagnetische Element 48, 50. Dadurch ziehen sich die beiden ferromagnetischen Elemente 48, 50 zusammen. Dadurch werden die Federn 44 zusammengedrückt. Bei den ferromagnetischen Elementen 48, 50 handelt es sich beispielsweise um sogenannte Soft Magnetic Components (SFC). Diese Stoffe verhindern üblicherweise die Ausbildung von Wirbelströmen. Insbesondere bei einer Bewegung des Movers 20 sollen keine Wirbelströme entstehen. Fließt nun kein Strom mehr, ziehen sich die beiden ferromagnetischen Elemente 48, 50 nicht mehr an. Die Federn 44 sind somit in der Lage, das bewegliche Teil 42 nach unten zu drücken. Damit können die an der Unterseite des beweglichen Teils 42 befindlichen Rollen 45 auf die Oberfläche der Antriebsfläche 13 aufsetzen.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 13 zeichnet sich durch einen selbsttätigen Mechanismus bei Abfall des beweglichen Teils 42 aus. Es bilden sich die gezeigten Verläufe der Magnetfelder aus. Zusätzlich ist in dem Grundkörper 31 und in dem beweglichen Teil 42 jeweils ein ferromagnetisches Element 48, 50 vorgesehen. Sobald ein Strom fließt, verlaufen die Feldlinien wie in 6 dargestellt auch durch das ferromagnetische Element 48, 50. Dadurch ziehen sich die beiden ferromagnetischen Elemente 48, 50 zusammen. Dadurch werden die Federn 44 zusammengedrückt. Bei den ferromagnetischen Elementen 48, 50 handelt es sich beispielsweise um sogenannte Soft Magnetic Components (SFC). Diese Stoffe verhindern üblicherweise die Ausbildung von Wirbelströmen. Insbesondere bei einer Bewegung des Movers 20 sollen keine Wirbelströme entstehen. Fließt nun kein Strom mehr, ziehen sich die beiden ferromagnetischen Elemente 48, 50 nicht mehr an. Die Federn 44 sind somit in der Lage, das bewegliche Teil 42 nach unten zu drücken. Damit können die an der Unterseite des beweglichen Teils 42 befindlichen Rollen 45 auf die Oberfläche der Antriebsfläche 31 aufsetzen. Die Spulenebene 18 gemäß der 6 ist im Schnitt dargestellt. Hierbei ist ersichtlich, dass die Wicklungen 38 wie auch in 4 dargestellt senkrecht zu einander ausgebildet sind. Bei den oberen Leiterbahnen sind nun mehrere in der Schnittdarstellung ersichtlich, während bei der Vielzahl der unteren Leiterbahnen lediglich eine einzige in dieser Ansicht dargestellt wird.
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Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass eine Veränderung des von der Spulenebene 18 erzeugten Magnetfelds, insbesondere wenn kein Magnetfeld mehr auf den Mover 20 wirkt, eine Bewegung des beweglichen Teils 42 bewirkt. Im Normalbetrieb, wenn ein Strom durch die Spulenebene 18 fließt, wird der Mover 20 in eine bestimmte Orientierung in der X-Y-Ebene gezwungen. Ein entsprechendes Stabilisierungsmoment bzw. Ausrichtungsmoment 38 ist in 3 eingezeichnet. Fällt nun der Strom aus, wirkt kein Magnetfeld mehr auf den Mover 20. Dadurch wird auch dieses Ausrichtungsmoment 38 nicht mehr erzeugt. Der Mover 20, bestehend aus zumindest Grundkörper 31 und beweglichen Teil 42, verdreht sich in X-Y Richtung zurück. Darüber hinaus kann durch geeignetes Vorsehen ferromagnetischer Teile 48, 50, 53 in dem beweglichen Teil 42 gezielt im bestromten Betrieb ein Magnetfeld erzeugt werden, welches das bewegliche Teil 42 hin zur Spulenebene 18 anzieht und so eine entsprechende Kraft in Z-Richtung ausübt. Endet das Magnetfeld, wenn kein Strom mehr durch die Spulenebene 18 fließt, wird auch keine Kraft mehr auf das bewegliche Teil 42 ausgeübt. Diese entsprechende, oft eine Federkraft überwindende Anziehungskraft wird nun in eine translatorische Bewegung des beweglichen Teils 42 in Z-Richtung umgesetzt. Dadurch bewegt sich das bewegliche Teil 42 relativ zu dem Grundkörper 31 in Richtung zu der Spulenebene 18.
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Die Vorrichtung ist Bestandteil eines flexiblen Transportsystems für unterschiedliche Transportanwendungen, insbesondere in der Verpackungstechnik von beispielsweise Pharmazeutika oder Lebensmittel. Die Verwendung ist hierauf jedoch nicht eingeschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2013/059934 A1 [0002, 0003, 0034]
