DE10224100A1

DE10224100A1 - Magnetic bearing for mounting e.g. bearer elements, rotary parts, and supporting elements, is in form of rotary and linear active bearing with hybrid bearer, holding, centering magnets and direct drives

Info

Publication number: DE10224100A1
Application number: DE10224100A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Wiemers
Original assignee: W I T Wiemers Innovative Technik GmbH
Current assignee: Wiemers Karl-Heinz 39179 Ebendorf De
Priority date: 2001-06-16
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2022-06-01
Also published as: DE10129160A1; DE10224100B4; DE10224100B9

Abstract

The magnetic bearing is in the form of a rotary and linear active magnetic bearing (1) with magnets in the form of bearer, holding and centering magnets (4-6) in a hybrid magnet versions and is fitted with direct drives. The direct drive can be a rotary direct drive in the form of a torque motor (7) or a linear direct drive in the form of a linear motor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetlager zur Lagerung von Bauteilen in unterschiedlichen Ausführungs- und Anwendungsvarianten, die in verschiedenen Prozessen zur Anwendung kommen. The invention relates to a magnetic bearing for storing components in different Design and application variants that are used in different processes come.

Allgemein werden Bauteile, die dynamischen Belastungen unterliegen, in Gleit- oder Wälzlagern gelagert, in denen die jeweiligen Bauteile geführt und gestützt sind. Neben der Verwendung von Gleit- und Wälzlagern finden auch Magnetlager Anwendung, in denen die zu stützenden Bauteile angeordnet sind. Dabei können die in Magnetlagern gestützten Bauteile rotative als auch lineare Bewegungen ausführen. In general, components that are subject to dynamic loads are in sliding or Rolling bearings in which the respective components are guided and supported. In addition to the The use of plain and roller bearings also applies to magnetic bearings in which the components to be supported are arranged. It can be supported in magnetic bearings Carry out rotary and linear movements of components.

Das Problem bei den bekannten Magnetlagerungen besteht jedoch darin, dass es eines erheblichen Aufwandes bedarf, eine exakte lagekompensierbare Lagerung von rotativ und linear sich bewegenden Bauteilen zu erreichen, um Laufgenauigkeiten bzw. Bewegungsablaufgenauigkeiten im µm-Bereich zu gewährleisten. The problem with the known magnetic bearings, however, is that there is one requires considerable effort, an exact position-compensatable storage of rotative and linearly moving components to achieve running accuracy or To guarantee motion sequence accuracy in the µm range.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Magnetlager zu entwickeln, welches als eine aktive Magnetlagerung ausgebildet ist, mittels der die gelagerten Elemente berührungslos und in den unterschiedlichsten Ebenen/Achsen bewegbar sind. The object of the invention is therefore to develop a magnetic bearing, which as a active magnetic bearing is formed by means of which the mounted elements are contactless and can be moved in different planes / axes.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. According to the invention the object is achieved with the features of claim 1.

Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous designs result from the subclaims.

So wurde ein Magnetlager geschaffen, welches als ein aktives Magnetlager ausgebildet ist und eine Magnetaktorik besitzt, mittels der die zu lagernden Bauteile und Funktionseinheiten magnetisch gelagert, berührungslos rotativ als auch linear angetrieben und positioniert werden und gleichzeitig gesichert wird, dass die Bauteile und Funktionselemente in dem jeweiligen aktiven Magnetlager absetz- und festsetzbar sind. So besteht das aktive Magnetlager aus Trag-, Halte- und Zentriermagneten für lineare Bewegungsabläufe sowie einem berührungslos wirkenden Direktantrieb für rotative und lineare Bewegungsabläufe. A magnetic bearing was thus created, which is designed as an active magnetic bearing and has a magnetic actuator by means of which the components and Functional units magnetically supported, non-contact rotative as well as linearly driven and positioned and at the same time it is ensured that the components and Functional elements can be removed and fixed in the respective active magnetic bearing. The active magnetic bearing consists of supporting, holding and centering magnets for linear ones Movements and a contactless direct drive for rotary and linear movements.

Dabei wirken die einzelnen Elemente des aktiven Magnetlagers auf die zu lagernden und anzutreibenden Konstruktionselemente berührungslos, ohne Schmiermittel und somit weitestgehend verschleißfrei, so dass die einzelnen Konstruktionselemente µm - genau ausgerichtet, positioniert und angetrieben werden können. The individual elements of the active magnetic bearing act on those to be stored and construction elements to be driven contactless, without lubricant and thus largely wear-free, so that the individual construction elements are µm - accurate can be aligned, positioned and driven.

Über die Magnetaktorik des aktiven Magnetlagers sind ausgleichende/gewünschte Bewegungsabläufe hochgenau möglich, wenn diese durch externe Kräfte und damit verbundenen Form- oder Lauffehlern erforderlich werden, somit ist gesichert, dass hochgenaue Bewegungsabläufe gewährleistet werden. So beispielsweise das exakte Positionieren von Werkstücken zu bearbeitenden/behandelnden Werkzeug- und sonstigen Systemen auch während der ablaufenden Arbeitsvorgänge. Balancing / desired are via the magnetic actuator of the active magnetic bearing Movements can be performed with high precision if these are caused by external forces and thus associated form or running errors are required, thus ensuring that high-precision movements are guaranteed. For example, the exact one Positioning workpieces to be processed / treated tool and other Systems even during the ongoing work processes.

Es gehört zur Erfindung, dass das aktive Magnetlager mit einem berührungslos wirkenden Direktantrieb ausgebildet ist, mit dem rotative und lineare Bewegungsabläufe realisiert werden können. Dies erfolgt über in dem aktiven Magnetlager jeweils vorgesehenen Torque-Motor, der auch als Linearmotor ausgebildet ist. It is part of the invention that the active magnetic bearing with a non-contact Direct drive is designed with which rotary and linear movements are realized can be. This is done via the respective provided in the active magnetic bearing Torque motor, which is also designed as a linear motor.

Neben der Ausbildung des aktiven Magnetlagers als rotativ oder linear wirkende Lagerung, besteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung in der Kombination von rotativer und linearer Magnetlagerung, wodurch sich ein breites Anwendungsspektrum des vorgestellten aktiven Magnetlagers ableitet und ergibt. In addition to the formation of the active magnetic bearing as rotating or linear acting Storage, a major advantage of the invention is the combination of rotative and linear magnetic bearings, which enables a wide range of applications for the presented active magnetic bearing derives and results.

Von Vorteil ist auch, dass das aktive Magnetlager vielfältig einsetzbar ist, so auch in Verbindung mit einem inaktiven Loslager, auch kann ein nach der Erfindung ausgebildetes aktives Magnetlager in waagerechter oder senkrechter Form ausgebildet sein und in diesen Ausführungsformen zum Einsatz kommen. Another advantage is that the active magnetic bearing can be used in a variety of ways, including in Connection with an inactive floating bearing, can also be designed according to the invention active magnetic bearing be formed in a horizontal or vertical shape and in this Embodiments are used.

In einer besonderen Ausführungsform wird weitestgehend die magnetische Aktorik des aktiven Magnetlagers, mittels der die Bauteile und Funktionselemente in den Schwebezustand verbracht, gehalten und positioniert und auch angetrieben werden, dadurch unterstützt, dass gasförmige und/oder flüssige Medien in die sich herausbildenden Magnetspalte des aktiven Magnetlagers eingeleitet werden. Hierdurch wird eine zusätzliche Stützung erreicht und gleichfalls in einem Havariefall, beispielsweise bei Stromausfall, eine zusätzliche Stützung der zu lagernden Bauteile gesichert. In a special embodiment, the magnetic actuators of the active magnetic bearing, by means of which the components and functional elements in the Suspended, held and positioned and also driven, supported by the fact that gaseous and / or liquid media in the emerging Magnetic column of the active magnetic bearing can be initiated. This will create a additional support is achieved and also in the event of an accident, for example in the event of Power failure, additional support for the components to be stored is ensured.

Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail with the following exemplary embodiment.

Die dazugehörige Zeichnung zeigt in The accompanying drawing shows in

Fig. 1 ein aktives Magnetlager mit einem Rotativ-Direktantrieb in waagerechter Bauweise; Figure 1 is an active magnetic bearing with a rotary direct drive in a horizontal design.

Fig. 2 ein aktives Magnetlager mit einem Rotativ-Direktantrieb in senkrechter Bauweise; Figure 2 shows an active magnetic bearing with a rotary direct drive in a vertical construction.

Fig. 3 ein aktiver Magnetlager mit einem Linear-Direktantrieb; Fig. 3 is an active magnetic bearing with a linear direct drive;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines aktiven Magnetlagers nach Fig. 3; FIG. 4 shows a further embodiment of an active magnetic bearing according to FIG. 3;

Fig. 5 eine kombinierte Ausbildung eines aktiven Magnetlagers nach den Fig. 1 und 3. Fig. 5 is a combined form an active magnetic bearing shown in Figs. 1 and 3.

Ein aktives Magnetlager 1 mit einem rotativ wirkenden Direktantrieb, als Torque-Motor 7 ausgeführt, ist in der Fig. 1 gezeigt, welche gleichfalls den gesamten Aufbau des aktiven Magnetlagers 1 sowie der dazugehörigen Funktionselemente und deren Anordnungen zeigt und verdeutlicht, dass das gesamte aktive Magnetlager 1 als eine kompakte Baueinheit ausgeführt ist. An active magnetic bearing 1 with a rotating direct drive, designed as a torque motor 7 , is shown in FIG. 1, which likewise shows the entire structure of the active magnetic bearing 1 and the associated functional elements and their arrangements and illustrates that the entire active magnetic bearing 1 is designed as a compact unit.

So besteht das aktive Magnetlager 1 aus einem Rotationsteil 3, welches im Gehäuse 11 zentrisch gelagert und rotativ umlaufend angeordnet ist. Zur magnetischen Lagerung des Rotationsteiles 3 sind im Gehäuse 11 Tragmagnete 4, Haltemagnete 5 und Zentriermagnete 6 vorgesehen, wobei für den rotativen Direktantrieb des aktiven Magnetlagers 1 ein Troque-Motor 7 im Gehäuse 11 angeordnet ist. Thus, the active magnetic bearing 1 consists of a rotating part 3 which is mounted centrally in the housing 11 and is arranged in a rotating manner. Support magnets 4 , holding magnets 5 and centering magnets 6 are provided in the housing 11 for the magnetic mounting of the rotary part 3 , a troque motor 7 being arranged in the housing 11 for the rotary direct drive of the active magnetic bearing 1 .

Durch die Ausbildung des Rotationsteiles 3 mit sogenannten geblechten Zonen 15 wird die magnetische Effizienz der eingesetzten Magnete gesteigert, wobei dies eine bevorzugte Ausführungsform ist. Die Tragmagnete 4, Haltemagnete 5 und die Zentriermagnete 6 können auch direkt auf das Rotationsteil 3 wirken. The design of the rotating part 3 with so-called laminated zones 15 increases the magnetic efficiency of the magnets used, this being a preferred embodiment. The support magnets 4 , holding magnets 5 and the centering magnets 6 can also act directly on the rotating part 3 .

Die in den Wirkbereichen der Trag-, Halte- und Zentriermagnete 4, 5, 6 sich bei Inbetriebsetzung des Magnetlagers 1 herausbildenden Luftspalte sind als Magnetspalte 13 dargestellt, zu denen das Rotationsteil 3 positioniert, rotativ bewegt und in seinen Positionen korrigiert werden kann. Für diese Vorgänge sind zu den einzelnen Magneten Sensoren angeordnet, welche ein Sensorsystem bilden und mit entsprechenden Mess-, Regel- und Steuereinrichtungen im Wirkzusammenhang stehen. The air gaps that form in the effective areas of the supporting, holding and centering magnets 4 , 5 , 6 when the magnetic bearing 1 is put into operation are shown as magnetic gaps 13 , to which the rotary part 3 can be positioned, rotated, and corrected in its positions. For these processes, sensors are arranged for the individual magnets, which form a sensor system and are in operative connection with corresponding measuring, regulating and control devices.

Zum aktiven Magnetlager 1 gehört auch ein stufenlos arbeitender Drehgeber 16, weitestgehend als eine Messeinrichtung ausgebildet, so dass über den Drehgeber 16 eine exakte Winkeleinstellung und Messung des Drehwinkels □ des aktiven Magnetlagers 1 möglich ist und damit dessen Position bestimmt wird. Gleichzeitig kann über den Drehgeber 16 direkt die Drehzahl des aktiven Magnetlagers 1 und indirekt seine Beschleunigung gemessen werden. The active magnetic bearing 1 also includes a continuously operating rotary encoder 16 , largely designed as a measuring device, so that an exact angle setting and measurement of the angle of rotation □ of the active magnetic bearing 1 is possible via the rotary encoder 16 and its position is thus determined. At the same time, the speed of the active magnetic bearing 1 and indirectly its acceleration can be measured directly via the rotary encoder 16 .

Die bereits oben beschriebene zusätzliche Stützung des aktiven Magnetlagers 1 erfolgt über die Zuführung von gasförmigen oder flüssigen Medien, die über die Zuleitungen 14 in das Innere des Gehäuses 11 eingeleitet werden und sich innerhalb der Magnetspalte 13 und des Inneren vom Gehäuse 11 verteilen, wodurch der Schwebezustand des aktiven Magnetlagers 1 zusätzlich unterstützt wird und gleichzeitig eine Absinksicherung gegeben ist, wenn beispielsweise bei einem Stromausfall die Wirksamkeit der Magnete verringert wird. The additional support of the active magnetic bearing 1 already described above takes place via the supply of gaseous or liquid media which are introduced into the interior of the housing 11 via the feed lines 14 and which are distributed within the magnetic gaps 13 and the interior of the housing 11 , as a result of which the state of suspension is present of the active magnetic bearing 1 is additionally supported and at the same time a sink protection is provided if, for example, the effectiveness of the magnets is reduced in the event of a power failure.

In bevorzugter Ausführung sind die Trag-, Halte- und Zentriermagnete 4, 5, 6 als Hybridmagnete ausgebildet, und durch die erfindungsgemäße Ausbildung des aktiven Magnetlagers 1 ist gesichert, dass dieses aktive Magnetlager 1 hochgenau, sensorgestützt und definiert in der horizontalen und auch vertikalen Achse gehalten und im weitesten Sinne auch abgesetzt werden kann, d. h. das gesamte aktive Magnetlager 1 ist innerhalb seines Gehäuses 11 festsetzbar, was für besondere Einsatzfälle des aktiven Magnetlagers 1 von besonderer Bedeutung ist. So beispielsweise, wenn dieses aktive Magnetlager 1 mit einem Tragelement 2, so einer Werkstückaufspannplatte verbunden ist, auf der Werkstücke und Baugruppen aufgespannt und einer mechanischen Bearbeitung unterzogen werden. In a preferred embodiment, the supporting, holding and centering magnets 4 , 5 , 6 are designed as hybrid magnets, and the inventive design of the active magnetic bearing 1 ensures that this active magnetic bearing 1 is highly accurate, sensor-supported and defined in the horizontal and also the vertical axis can be held and in the broadest sense can also be discontinued, ie the entire active magnetic bearing 1 can be fixed within its housing 11 , which is of particular importance for special applications of the active magnetic bearing 1 . For example, if this active magnetic bearing 1 is connected to a support element 2 , such as a workpiece mounting plate, on which workpieces and assemblies are clamped and subjected to mechanical processing.

Über den berührungslos wirkenden rotativen Direktantrieb, hier der Torque-Motor 7, erfolgt der rotative Umlauf des Rotationsteiles 3 mit den auf dem Tragelement 2 angeordneten Werkstücken und Baueinheiten. Via the non-contacting rotary direct drive, here the torque motor 7 , the rotary part 3 rotates with the workpieces and structural units arranged on the support element 2 .

Wie aus der Fig. 1 auch ersichtlich, ist der Direktantrieb, der Torque-Motor 7, innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet und umfasst das Rotationsteil 3, um dieses anzutreiben. Dabei ist die Anordnung des Torque-Motors 7 nicht auf die dargestellte Ausführung begrenzt. As can also be seen from FIG. 1, the direct drive, the torque motor 7 , is arranged within the housing 11 and comprises the rotary part 3 in order to drive it. The arrangement of the torque motor 7 is not limited to the embodiment shown.

So kann der Torque-Motor 7 auch unmittelbar und direkt auf das Tragelement 2 wirken, dies in der Form, dass das Tragelement 2 direkt durch den Torque-Motor 7 umfasst wird und berührungslos von außen angetrieben werden kann oder in der Art und Weise, dass das Tragelement 2 den Torque-Motor 7 umfasst und durch diesen von innen angetrieben wird. Thus, the torque motor 7 can also act directly and directly on the support element 2 , in the form that the support element 2 is directly encompassed by the torque motor 7 and can be driven without contact from the outside, or in the manner that the support element 2 comprises the torque motor 7 and is driven by it from the inside.

Die Ausbildung eines aktiven Magnetlagers 1 in senkrechter Bauausführung mit einem rotativen Direktantrieb ist in der Fig. 2 gezeigt. The formation of an active magnetic bearing 1 in a vertical construction with a rotary direct drive is shown in FIG. 2.

Der Grundaufbau des aktiven Magnetlagers 1 gemäß dieser Ausführung entspricht dem aktiven Magnetlager 1, wie in der Fig. 1 dargestellt und beschrieben. The basic structure of the active magnetic bearing 1 according to this embodiment corresponds to the active magnetic bearing 1 , as shown and described in FIG. 1.

Dabei sind die funktionswesentlichen Elemente, die zur Lagerung und zum Antrieb notwendig sind, nämlich die Trag-, Halte- und Zentriermagnete 4, 5, 6 sowie der Direktantrieb, der Torque-Motor 7, im Gehäuse 11 des aktiven Magnetlagers 1 angeordnet. Auch bei dieser Ausführung des aktiven Magnetlagers 1 ist dieses mit dem Taktgeber 16 ausgebildet, welcher unmittelbar mit dem Rotationsteil, hier eine Welle 10, verbunden ist. Die Welle 10 ist dabei endseitig im Bereich Ihrer Lagerung im weitesten Sinne mit einem Ansatz ausgebildet, zu dem die einzelnen Magnete und der Direktantrieb positioniert sind. Dieses dargestellte aktive Magnetlager 1 kann in den verschiedensten Bereichen angewendet werden, so beispielsweise als Lagerung und Antrieb einer Walze in Walzanlagen, in denen hochgenaue Bleche oder Profile hergestellt werden. Dabei sichert das aktive Magnetlager 1 sowohl einen rotativen Umlauf der Welle 10 im µm-Bereich als auch deren steuer- und regelbaren Antrieb, wobei über die vorgesehenen Sensoren 12 zu den Magneten 4, 5, 6 radiale und axiale Abweichungen in der Lagerung der Welle 10 signalisiert werden und somit die Möglichkeiten einer Nachregelung in kürzester Zeit gegeben sind. The essential functional elements that are necessary for storage and drive, namely the support, holding and centering magnets 4 , 5 , 6 and the direct drive, the torque motor 7 , are arranged in the housing 11 of the active magnetic bearing 1 . In this embodiment of the active magnetic bearing 1 , too, this is formed with the clock generator 16 , which is directly connected to the rotary part, here a shaft 10 . The shaft 10 is formed at the end in the area of your bearing in the broadest sense with an approach to which the individual magnets and the direct drive are positioned. This illustrated active magnetic bearing 1 can be used in a wide variety of areas, for example as a bearing and drive for a roller in rolling mills in which high-precision sheets or profiles are produced. The active magnetic bearing 1 ensures both a rotating rotation of the shaft 10 in the μm range and its controllable and regulatable drive, radial and axial deviations in the bearing of the shaft 10 being provided via the sensors 12 provided for the magnets 4 , 5 , 6 are signaled and the possibilities for readjustment are given in the shortest possible time.

Ein aktives Magnetlager 9 mit einem Linear-Direktantrieb ist in der Fig. 3 gezeigt. Dargestellt ist ein auf einer Grundplatte 18 befestigtes Lagerteil 17, welche innerhalb einer Führungsstruktur 8 magnetisch gelagert und innerhalb dieser Führungsstruktur 8 linearmotorisch verstellbar angeordnet ist. An active magnetic bearing 9 with a linear direct drive is shown in FIG. 3. Shown is a bearing part 17 fastened on a base plate 18 , which is magnetically supported within a guide structure 8 and is arranged to be adjustable linearly within this guide structure 8 .

Innerhalb der mechanischen Führungsstruktur 8 sind die Tragmagnete 20, die Haltemagnete 21 sowie die Zentriermagnete 22 angeordnet, wobei bei dieser Ausführungsform die Tragmagnete 20 im oberen Teil und die Haltemagnete 21 im unteren Teil der mechanischen Führungsstruktur 8 angeordnet sind. Gleichfalls im oberen Bereich der mechanischen Führungsstruktur 8 ist der Linear-Direktantrieb, als Linearmotor 23 ausgebildet, angeordnet. Seitlich der Grundplatte 18 sind in der mechanischen Führungsstruktur 8 Zentriermagnete 22 vorgesehen, zu denen die Sensoren 12 gehören. Derartige Sensoren 12 sind gleichfalls zu den Trag- und Haltemagneten 21, 22 vorgesehen, so dass über diese Sensoren 12 eine exakte Lageposition des Lagerteiles 17 erfasst werden kann, woraus Informationen für die Positionierung des Lagerteiles 17 abgeleitet werden können. Within the mechanical guide structure 8 supporting the magnets 20, the holding magnets 21 and the centering magnets 22 are arranged, in this embodiment, the levitation magnets 20 are disposed in the upper part and the holding magnets 21 in the lower part of the mechanical guide structure. 8 The linear direct drive, designed as a linear motor 23 , is also arranged in the upper region of the mechanical guide structure 8 . At the side of the base plate 18 , 8 centering magnets 22 are provided in the mechanical guide structure, to which the sensors 12 belong. Such sensors 12 are also provided for the support and holding magnets 21 , 22 , so that an exact position of the bearing part 17 can be detected via these sensors 12 , from which information for the positioning of the bearing part 17 can be derived.

Wie das aktive Magnetlager 1 ist auch das aktive Magnetlager 9 mit Zuleitungen 14, die in der mechanischen Führungsstruktur 8 vorgesehen sind, ausgebildet, über die gasförmige und/oder flüssige Medien in die Magnetspalte 13 zugeleitet werden können. Vorgesehene Dichtungen 19 sichern, dass diese zugeleiteten Medien nicht aus dem Lagersystem austreten können. Das gasförmige Medium kann auch Sperrluft mit einem gewissen Überdruck sein, um das Eindringen von Dämpfen/Stäuben von außen in das Innere des aktiven Magnetlagers 1; 9, zusätzlich zu den vorhandenen Dichtungen 19, zu vermeiden. Like the active magnetic bearing 1 , the active magnetic bearing 9 is also designed with feed lines 14 , which are provided in the mechanical guide structure 8 , via which gaseous and / or liquid media can be fed into the magnetic gaps 13 . Provided seals 19 ensure that these supplied media cannot escape from the storage system. The gaseous medium can also be sealing air with a certain overpressure in order to prevent vapors / dusts from entering the interior of the active magnetic bearing 1 ; 9 , in addition to the existing seals 19 , to be avoided.

Eine weitere Ausbildung des aktiven Magnetlagers 9 ist in der Fig. 4 gezeigt, bei der die Trag- und Haltemagnete 20, 21 und auch der lineare Direktantrieb, der Linearmotor 23, in der Grundplatte 18 angeordnet sind. Diese Ausbildung der Grundplatte 18 mit den eingesetzten Trag- und Haltemagneten 20, 21 und dem Linearmotor 23 ändert nichts an der Funktionsweise des aktiven Magnetlagers 9, vielmehr ist diese Ausführungsvariante zu wählen, wenn Lagerteile 17 innerhalb der mechanischen Führungsstruktur 8 über längere Wege bewegt werden müssen. Bei dieser Ausführungsvariante besteht gleichfalls die Möglichkeit, die Linearmotore 23 seitlich in der Grundplatte 18 anzuordnen und dabei den Linearmotoren 23 gleichfalls Sensoren 12 zuzuordnen. A further embodiment of the active magnetic bearing 9 is shown in FIG. 4, in which the supporting and holding magnets 20 , 21 and also the linear direct drive, the linear motor 23 , are arranged in the base plate 18 . This design of the base plate 18 with the supporting and holding magnets 20 , 21 and the linear motor 23 does not change the functioning of the active magnetic bearing 9 ; rather, this embodiment variant should be selected if bearing parts 17 have to be moved over long distances within the mechanical guide structure 8 , In this embodiment variant, there is also the possibility of arranging the linear motors 23 laterally in the base plate 18 and also assigning sensors 12 to the linear motors 23 .

In beiden Fällen wird die Genauigkeit des Verfahrweges über Laserstrahlen bestimmt. In both cases, the accuracy of the travel path is determined using laser beams.

Eine kombinierte aktive Magnetlagerung, aus den aktiven Magnetlagern 1, 9 gebildet, ist in der Fig. 5 gezeigt, bei der das aktive Magnetlager 1 gemäß der Darstellung nach Fig. 1 und das aktive Magnetlager 9 gemäß der Darstellung nach Fig. 3 oder 4 ausgebildet sind. A combined active magnetic bearing, formed from the active magnetic bearings 1 , 9 , is shown in FIG. 5, in which the active magnetic bearing 1 as shown in FIG. 1 and the active magnetic bearing 9 as shown in FIG. 3 or 4 are formed are.

Bei der kombinierten Ausführung ist das aktive Magnetlager 1 mit dem aktiven Magnetlager 9 elektronisch gekoppelt. Das aktive Magnetlager 1 wird in der mechanischen Führungsstruktur 8 positioniert und mit dieser verbunden, so dass die linearen und rotativen Bewegungen in den x-/φ-Achsen der beiden aktiven Magnetlager 1, 9 aufeinander abgestimmt erfolgen können, sich somit aus der jeweiligen geradlinigen und drehenden Bewegung der Bewegungselemente Bahnkurven für kartesische Zielschnittpunkte ergeben. In the combined version, the active magnetic bearing 1 is electronically coupled to the active magnetic bearing 9 . The active magnetic bearing 1 is positioned in the mechanical guide structure 8 and connected to it, so that the linear and rotary movements in the x / φ axes of the two active magnetic bearings 1 , 9 can be coordinated with one another, thus resulting from the respective straight and revolving movement of the movement elements result in trajectories for Cartesian target intersections.

So kann eine derart ausgebildete kombinierte Lagerung als Lagerung und Positionierung von Werkstückaufnahmeplatten, die mit dem Tragelement 2 verbunden sind, Anwendung finden. Thus, a combined storage designed in this way can be used as storage and positioning of workpiece receiving plates which are connected to the support element 2 .

Die Variationsmöglichkeiten und Ausführungen sowie der Einsatz von aktiven Magnetlagern 1, 9 zeigten die folgenden Auflistung. The following list shows the possible variations and designs as well as the use of active magnetic bearings 1 , 9 .

Die Varianten für rotativ ausgebildete/arbeitende Magnetlager:

a) mit Längsachsen = z-Achsenbewegung bzw. -kompensation und geradlinig und/oder winklig, fest und/oder rhythmisch berührungslosem Direktantrieb (φ-Achse)
b) ohne Längsachsen = z-Achsenbewegung bzw. -kompensation und berührungslosem Direktantrieb (φ-Achse)
c) ohne Längsachsen = z-Achsenbewegung bzw. -kompensation und berührendem Antrieb (φ-Achse).

The variants for rotary trained / working magnetic bearings:

a) with longitudinal axes = z-axis movement or compensation and straight and / or angular, fixed and / or rhythmically contactless direct drive (φ-axis)
b) without longitudinal axes = z-axis movement or compensation and non-contact direct drive (φ axis)
c) without longitudinal axes = z-axis movement or compensation and contacting drive (φ-axis).

Die Varianten für linear wirkende Magnetlager:

1. mit Längsachsen = z-Achsenbewegung bzw. -kompensation und geradlinig und/oder winklig, fest und/oder rhythmisch berührungslosem Direktantrieb (x-Achse)
2. ohne Längsachsen = z-Achsenbewegung bzw. -kompensation und berührungslosem Direktantrieb (x-Achse)
3. ohne Längsachsen = z-Achsenbewegung bzw. -kompensation und berührendem Antrieb (x-Achse).

The variants for linear magnetic bearings:

1. with longitudinal axes = z-axis movement or compensation and rectilinear and / or angular, fixed and / or rhythmically contactless direct drive (x-axis)
2. without longitudinal axes = z-axis movement or compensation and non-contact direct drive (x-axis)
3. without longitudinal axes = z-axis movement or compensation and contacting drive (x-axis).

Bei der Kombination beider Magnetlager (rotativ und linear) sind die verschiedenen genannten Varianten in jeder Kombination möglich. When combining both magnetic bearings (rotary and linear), the different ones mentioned variants possible in any combination.

Die Funktionsweise der Erfindung wird anhand einer magnetisch gestützten, gelagerten und angetriebenen Werkzeugaufnahmeplatte - nachfolgend WAP bezeichnet - von Werkzeugmaschinen/Werkzeugsystemen, welche Träger von Werkstücken und Baugruppen sind, näher beschrieben. The operation of the invention is based on a magnetically supported and driven tool holder plate - hereinafter referred to as WAP - by Machine tools / tool systems, which support workpieces and Assemblies are described in more detail.

So folgt die vertikale und horizontale magnetische Verstellung bei einem konzentrischen Bewegungsablauf einer festen oder auswechselbaren WAP einerseits zur Schwebesicherung, andererseits zum ηm-genauen Rundlauf des Rotationsteiles 3 im Gehäuse 11 bzw. der Grundplatte 18 mittig zu deren mechanischer Führungsstruktur 8 durch die Aufrechterhaltung oder Verstellung der horizontalen oder vertikalen Magnetspalte 13 der Magnetlager, so dass auch unter Einwirkung von statischen und dynamischen Kippmomenten, Bearbeitungskräften u. ä. eine Berührung des Rotationsteiles 3 mit der Innenseite des Magnetlagers 1, dem Gehäuse 11 bzw. der Grundplatte 18 mit der Innenseite mechanischen Führungsstruktur 8, unter Einhaltung der µm- bzw. ∢-Sekunden-genauen Bewegungsabläufe, ausgeschlossen wird. Thus, the vertical and horizontal magnetic adjustment follows a fixed or exchangeable WAP during a concentric movement on the one hand for securing against floating, on the other hand for ηm-precise concentricity of the rotating part 3 in the housing 11 or the base plate 18 in the center of its mechanical guide structure 8 by maintaining or adjusting the horizontal or vertical magnetic gaps 13 of the magnetic bearings, so that even under the influence of static and dynamic tilting moments, machining forces and. Ä. A contact of the rotating part 3 with the inside of the magnetic bearing 1 , the housing 11 or the base plate 18 with the inside of mechanical guide structure 8 , while observing the µm- or ∢-second-precise movements, is excluded.

Beim konzentrischen Bewegungsablauf des Rotationsteiles 3 im Gehäuse 11 bzw. der Grundplatte 18 in der Führungsstruktur 8 kann die Unterstützung des Schwebezustandes dieser Teile durch gleichgerichtete Magnete, die gegenüber den Halte- und den Zentriermagneten 5; 6 angeordnet sind, erfolgen. Die notwendige Berührungsfreiheiten im gesamten Magnetlager im angehobenen Zustand wird über das Sensorsystem überwacht und gesichert, wodurch die Positionierung der aktiven Lager 1, 9 ηm- und ∢-Sekunden- genau erfolgen kann. During the concentric movement of the rotating part 3 in the housing 11 or the base plate 18 in the guide structure 8 , the support of the suspended state of these parts can be supported by rectified magnets, which are opposite the holding and centering magnets 5 ; 6 are arranged. The necessary contact freedoms in the entire magnetic bearing in the raised state is monitored by the sensor system and secured, can be carried out accurately so that the positioning of the active bearing 1, 9 and ηm- ∢-second.

Durch den konzentrischen, selbstangetriebenen Bewegungsablauf eines Magnetlagers 1 der WAP, können die auf der Aufspannplatte befestigten Werkstücke zu Maschinenwerkzeugsystemen, die in deren z-Achsen (Längsachsen) beweglich sind, sich an Portalen oder im Umfeld der Maschine befinden, höchstgenau durch die Rotationsbewegung der Aufspannplatte als φ-Winkel um die vertikale z-Achse des rotativ wirkenden Magnetlagers sowie auf der x-Achse in Kombination mit dem linear wirkenden Magnetlager 9 positioniert werden, so dass diese mittels mit oder ohne eigenen Antrieb versehenen Werkzeugsysteme bearbeitend auf die Werkstücke einwirken. Due to the concentric, self-propelled motion sequence of a magnetic bearing 1 of the WAP, the workpieces fastened on the clamping plate can be machined to machine tool systems that are movable in their z-axes (longitudinal axes), on portals or in the vicinity of the machine, by the rotational movement of the clamping plate be positioned as a φ-angle around the vertical z-axis of the rotating magnetic bearing and on the x-axis in combination with the linearly acting magnetic bearing 9 , so that these act on the workpieces by means of tool systems provided with or without their own drive.

Das magnetisch stützbare, verspannbare und positionierbare Rotationsteil 3 des rotativ wirkenden Magnetlagers 1 bzw. das Lagerelement 17 des linear wirkenden Magnetlagers 9 werden mit Hilfe von Magnetkräften angehoben sowie positioniert und abgesenkt, was zusätzlich durch gasförmige oder flüssige Medien unterstützt werden kann. Das Rotationsteil 3 bzw. die Grundplatte 18 können magnetisch, vorzugsweise mittels Hybridmagneten, festgespannt werden, wobei das Rotationsteil 3 des Magnetlagers 1 in seinem Gehäuse 11 und die Grundplatte 18 des Magnetlagers 9 in seiner Führungsstruktur 8 angeordnet sind. In dem Gehäuse 11 sowie der Grundplatte 18 und/oder der Führungsstruktur 8 befinden sich Hebe-, Spann-, Antriebs- und Zentriermagnete. Die vorgesehenen Antriebsmagnete, vorzugsweise Linearmotore 23 und der Torque-Motor 7 gewährleisten, dass im schwebenden Zustand zu bearbeitende Werkstücke hochgenau rotativ und auch linear zu Werkzeugsystemen positioniert und während der Bearbeitung verfahren oder vor der Bearbeitung fest verspannt werden können. The magnetically supportable, clampable and positionable rotating part 3 of the rotating magnetic bearing 1 and the bearing element 17 of the linearly acting magnetic bearing 9 are raised, positioned and lowered with the aid of magnetic forces, which can also be supported by gaseous or liquid media. The rotary part 3 or the base plate 18 can be clamped magnetically, preferably by means of hybrid magnets, the rotary part 3 of the magnetic bearing 1 being arranged in its housing 11 and the base plate 18 of the magnetic bearing 9 being arranged in its guide structure 8 . Lifting, tensioning, driving and centering magnets are located in the housing 11 and the base plate 18 and / or the guide structure 8 . The drive magnets provided, preferably linear motors 23 and the torque motor 7 ensure that workpieces to be machined in the floating state can be positioned with high precision in a rotary and linear manner with respect to tool systems and can be moved during machining or firmly clamped before machining.

Claims

1. Magnetic bearing for the storage of components in the form of supporting elements, rotating parts, supporting elements or the like, characterized in that the magnetic bearing is designed as a rotationally and linearly acting active magnetic bearing, with magnets in the form of supporting, holding and centering magnets ( 4 ; 5 ; 6 ) and ( 20 ; 21 ; 22 ) in hybrid magnet design, which is equipped with direct drives.

2. Magnetic bearing according to claim 1, characterized in that the active magnetic bearing is designed as an active magnetic bearing ( 1 ) or as an active magnetic bearing ( 9 ), each of which has a rotary direct drive in the form of a torque motor ( 7 ) or a linear direct drive in the form of a linear motor ( 23 ), the torque motor ( 7 ) acting contactlessly on a rotating part ( 3 ) and the linear motor ( 23 ) contactlessly acting on a base plate ( 18 ).

3. Magnetic bearing according to one of claims 1 and 2, characterized in that the active magnetic bearings ( 1 ; 9 ) are equipped with sensors ( 12 ) which are in a housing ( 11 ), in a guide structure ( 8 ) or a base plate ( 18 ) are arranged, which act in the form on the integrated sensor system, so that the magnetic gaps ( 13 ) present in the operating state of the active magnetic bearings ( 1 ; 9 ) are constantly checked and thus the contactlessness of the supporting, supporting and positioning elements of the active magnetic bearings ( 1 ; 9 ) is guaranteed.

4. Magnetic bearing according to one of claims 1 to 3, characterized in that the active magnetic bearing ( 1 ) can be formed with or without an active floating bearing, through which the rotating part ( 3 ) of the magnetic bearing ( 1 ) moving construction element, for. B. formed as a stub shaft, the axial and radial displacements by the magnetic bearing ( 1 ) can follow.

5. Magnetic bearing according to one of claims 1 to 4, characterized in that the active magnetic bearing ( 1 ) is formed with a rotary encoder ( 16 ), whereby the rotation angle adjustment, the speed (directly) and the acceleration (indirectly) of the rotary part ( 3 ) of the active magnetic bearing ( 1 ) can be measured.

6. Magnetic bearing according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotating part ( 3 ) of the active magnetic bearing ( 1 ) in the region of the supporting, holding and centering magnets ( 4 ; 5 ; 6 ) with laminated zones ( 15 ) and to which a support element ( 2 ) is assigned above the housing ( 11 ).

7. Magnetic bearing according to one of claims 1 to 3, characterized in that the supporting, holding and centering magnets ( 20 ; 21 ; 22 ) are arranged in the guide structure ( 8 ) of the active magnetic bearing ( 9 ).

8. Magnetic bearing according to one of claims 1 to 3 and 7, characterized in that the supporting, holding and centering magnets ( 20 ; 21 ; 22 ) are arranged in the base plate ( 18 ) of the active magnetic bearing ( 9 ) and in its guide structure ( 8 ) supply lines ( 14 ) are provided.

9. Magnetic bearing according to one of claims 1 to 3, characterized in that the active magnetic bearings ( 1 ; 9 ) are formed in combination to form a rotary and linear active magnetic bearing.

10. Magnetic bearing according to claim 9, characterized in that different variants can be carried out by combining the active bearings ( 1 ; 9 ) and their arrangements, so for rotating magnetic bearings ( 1 )
with longitudinal axes = z-axis movement or compensation and straight and / or angular, fixed and / or rhythmically contactless direct drive (φ-axis)
without longitudinal axes = z-axis movement or compensation and non-contact direct drive (φ axis)
without longitudinal axes = z-axis movement or compensation and contacting drive (φ-axis)
and for linear magnetic bearings ( 9 )
with longitudinal axes = z-axis movement or compensation and straight and / or angular, fixed and / or contactless direct drive (x-axis)
without longitudinal axes = z-axis movement or compensation and non-contact direct drive (x-axis)
without longitudinal axes = z-axis movement and compensation and contacting drive (x-axis).