DE10224100B9 - Storage of a rotating part - Google Patents

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Abstract

Lagerung eines Rotationsteils, das an einem Ende mittels eines Festlagers und am anderen Ende mittels eines Loslagers in Form eines Magnetlagers (1, 9) gelagert ist, beide Lager unabhängig voneinander quer zur Rotationsachse durch jeweils einen Antrieb verfahrbar sind, wobei eine Schrägstellung des Rotationsteils einstellbar ist, und die Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils im Festlager durch einen Direktantrieb und im Magnetlager durch einen magnetischen Antrieb gesteuert wird.Storage of a rotating part, which is mounted at one end by means of a fixed bearing and at the other end by means of a loose bearing in the form of a magnetic bearing (1, 9), both bearings can be moved independently of one another transversely to the axis of rotation by one drive each, with an inclined position of the rotary part being adjustable is, and the rotation speed of the rotating part is controlled in the fixed bearing by a direct drive and in the magnetic bearing by a magnetic drive.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagerung von Bauteilen in unterschiedlichen Ausführungs- und Anwendungsvarianten, die in verschiedenen Prozessen zur Anwendung kommen.The invention relates to a storage of components in different embodiments and application variants, which are used in various processes.

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 stored in sliding or rolling bearings in which the respective components are guided and supported. In addition to the use of plain and roller bearings find magnetic bearings application in which the components to be supported are arranged. The components supported in magnetic bearings can perform rotary as well as linear movements.

Aus der DE 199 34 291 A1 ist eine magnetische Lagerung eines Tisches bekannt, bei der das Magnetlager aus Trag-, Halte und Zentriermagnete besteht, die als Elektro- und/oder als Hybridmagnete, d. h. einer Kombination aus Elektro- und Permanentmagneten ausgebildet sind. Es sind Sensoren vorgesehen, mittels derer eine Steuerung der Ströme in den Elektromagneten geregelt wird, um den Spalt zwischen dem Rotationsteil und dem Gehäuse einzustellen. Der magnetisch gelagerte Tisch ist außerdem durch eine magnetische Einrichtung verstellbar.From the DE 199 34 291 A1 is a magnetic storage of a table is known in which the magnetic bearing consists of carrying, holding and centering magnets, which are designed as electrical and / or as hybrid magnets, ie a combination of electric and permanent magnets. Sensors are provided by which a control of the currents in the electromagnet is controlled to adjust the gap between the rotary member and the housing. The magnetically mounted table is also adjustable by a magnetic device.

Aus der DE 25 27 104 A1 ist eine Lagerung eines Rotors bekannt, die durch ein Festlager an einem Ende des Rotors und durch ein Loslager am anderen Ende des Rotors mittels eines Magnetlagers realisiert ist. Eine unabhängig voneinander erfolgende Verstellung beider Rotorenden geht aus dieser Schrift nicht hervor.From the DE 25 27 104 A1 is known a bearing of a rotor, which is realized by a fixed bearing at one end of the rotor and by a floating bearing at the other end of the rotor by means of a magnetic bearing. An independent adjustment of both rotor ends is not apparent from this document.

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. Bewegungsablauf-genauigkeiten im μm-Bereich zu gewährleisten.The problem with the known magnetic bearings, however, is that it requires a considerable effort to achieve an exact position-compensated storage of rotationally and linearly moving components in order to ensure running accuracies or movement accuracy in the μm range.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lager zu entwickeln, welches eine aktive Magnetlagerung enthält, mittels der die gelagerten Elemente und in den unterschiedlichsten Ebenen/Achsen bewegbar sind.The object of the invention is therefore to develop a bearing which contains an active magnetic bearing, by means of which the mounted elements and in different planes / axes are movable.

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 embodiments emerge 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. 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. 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.Thus, a magnetic bearing was created, which is designed as an active magnetic bearing and has a Magnetaktorik by means of which the components to be stored and functional units are magnetically supported, non-contact rotary and linear driven and positioned and at the same time ensures that the components and functional elements in the respective active magnetic bearing settling and can be fixed. Thus, the active magnetic bearing consists of carrying, holding and centering magnets for linear motion sequences and a non-contact direct drive for rotary and linear motion sequences. The individual elements of the active magnetic bearing act on the to be stored and driven design elements without contact, without lubricant and thus largely wear-free, so that the individual construction elements can be aligned, positioned and driven microns accurate. By means of the magnetic actuator of the active magnetic bearing, compensatory / desired motion sequences are possible in a highly accurate manner if these are required by external forces and associated shape or running errors, thus ensuring that highly accurate motion sequences are ensured. For example, the exact positioning of workpieces to be machined / treated tool and other systems during the ongoing operations.

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. 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. 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.It is part of the invention that the active magnetic bearing is formed with a non-contact direct drive, can be realized with the rotary and linear motion sequences. This is done via in the active magnetic bearing respectively provided torque motor, which is also designed as a linear motor. In addition to the formation of the active magnetic bearing as a rotationally or linearly acting storage, there is a significant advantage of the invention in the combination of rotary and linear magnetic bearing, whereby a wide range of applications of the proposed active magnetic bearing is derived and results. It is also advantageous that the active magnetic bearing can be used in a variety of ways, including in conjunction with an inactive non-locating bearing, and an active magnetic bearing constructed according to the invention can also be designed in horizontal or vertical form and used in these embodiments.

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 particular embodiment, the magnetic actuators of the active magnetic bearing, by means of which the components and functional elements spent in suspension, held and positioned and also driven, largely supported by the fact that gaseous and / or liquid media in the emerging magnetic gaps of the active magnetic bearing be initiated. As a result, an additional support is achieved and also secured in an accident, for example in case of power failure, additional support of the components to be stored.

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

Die dazugehörige Zeichnung zeigt inThe accompanying drawing shows in

1: ein aktives Magnetlager mit einem Rotativ-Direktantrieb in waagerechter Bauweise 1 : an active magnetic bearing with a rotary direct drive in a horizontal design

2: ein aktives Magnetlager mit einem Rotativ-Direktantrieb in senkrechter Bauweise 2 : an active magnetic bearing with a rotary direct drive in vertical design

3: ein aktiver Magnetlager mit einem Linear-Direktantrieb 3 : an active magnetic bearing with a linear direct drive

4: eine weitere Ausführungsform eines aktiven Magnetlagers nach 3 4 A further embodiment of an active magnetic bearing according to 3

5: eine kombinierte Ausbildung eines aktiven Magnetlagers nach den 1 und 3 5 : a combined formation of an active magnetic bearing after the 1 and 3

Ein aktives Magnetlager 1 mit einem rotativ wirkenden Direktantrieb, als Torque-Motor 7 ausgeführt, ist in der 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. 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. 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.An active magnetic bearing 1 with a rotary direct drive, as a torque motor 7 is executed in the 1 which also shows the entire structure of the active magnetic bearing 1 and the associated functional elements and their arrangements shows and illustrates that the entire active magnetic bearing 1 is designed as a compact unit. This is how the active magnetic bearing is made 1 from a rotating part 3 which is in the housing 11 mounted centrally and rotatably arranged circumferentially. For magnetic bearing of the rotating part 3 are in the case 11 supporting magnets 4 , Holding magnets 5 and centering magnets 6 provided, wherein for the rotary direct drive of the active magnetic bearing 1 a troque engine 7 in the case 11 is arranged. By the formation of the rotating part 3 with so-called laminated zones 15 the magnetic efficiency of the magnets used is increased, which is a preferred embodiment. The carrying magnets 4 , Holding magnets 5 and the centering magnets 6 can also directly on the rotation part 3 Act.

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 in the effective ranges of the supporting, holding and centering magnets 4 . 5 . 6 during commissioning of the magnetic bearing 1 air gaps forming are as magnetic gaps 13 represented, to which the rotary part 3 can be positioned, rotated and corrected in its positions. For these processes, sensors are arranged to the individual magnets, which form a sensor system and are in operative connection with corresponding measuring, control 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. 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. 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. 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. Wie aus der 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.To the active magnetic bearing 1 also includes a stepless rotary encoder 16 , as far as possible designed as a measuring device, so that the encoder 16 an exact angle adjustment and measurement of the angle of rotation ☐ of the active magnetic bearing 1 is possible and thus its position is determined. At the same time can via the encoder 16 directly the speed of the active magnetic bearing 1 and indirectly its acceleration can be measured. The additional support of the active magnetic bearing already described above 1 via the supply of gaseous or liquid media through the supply lines 14 in the interior of the case 11 be initiated and within the magnetic gap 13 and the inside of the case 11 distribute, causing the floating state of the active magnetic bearing 1 is additionally supported and at the same time a Absinksicherung is given if, for example, in a power failure, the effectiveness of the magnets is reduced. In a preferred embodiment, the carrying, holding and centering magnets 4 . 5 . 6 designed as hybrid magnets, and by the inventive design of the active magnetic bearing 1 is assured that this active magnetic bearing 1 highly accurate, sensor-based and defined in the horizontal and vertical axis held and in the broadest sense can be discontinued, ie the entire active magnetic bearing 1 is inside his housing 11 fixable, what special applications of the active magnetic bearing 1 is of particular importance. So, for example, if this active magnetic bearing 1 with a support element 2 , Is connected to a workpiece clamping plate, clamped on the workpieces and assemblies and subjected to mechanical processing. About the non-contact rotary direct drive, here the torque motor 7 , the rotary circulation of the rotary part takes place 3 with the on the support element 2 arranged workpieces and units. Like from the 1 Also visible is the direct drive, the torque motor 7 , inside the case 11 arranged and includes the rotation part 3 to power this. Here is the arrangement of the torque motor 7 not limited to the illustrated embodiment.

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.So can the torque motor 7 also directly and directly on the support element 2 Act, this in the form that the support element 2 directly through the torque motor 7 is included and can be driven without contact from the outside or in the way that the support element 2 the torque motor 7 is covered and driven by this from the inside.

Die Ausbildung eines aktiven Magnetlagers 1 in senkrechter Bauausführung mit einem rotativen Direktantrieb ist in der 2 gezeigt. Der Grundaufbau des aktiven Magnetlagers 1 gemäß dieser Ausführung entspricht dem aktiven Magnetlager 1, wie in der 1 dargestellt und beschrieben. 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 Drehgeber 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 formation of an active magnetic bearing 1 in vertical construction with a rotary direct drive is in the 2 shown. The basic structure of the active magnetic bearing 1 according to this embodiment corresponds to the active magnetic bearing 1 , like in the 1 shown and described. Here, the functionally essential elements that are necessary for storage and drive, namely the support, holding and centering magnets 4 . 5 . 6 as well as the direct drive, the torque motor 7 , in the housing 11 of the active magnetic bearing 1 arranged. Also in this embodiment of the active magnetic bearing 1 is this with the encoder 16 formed, which directly with the rotation part, here a wave 10 , connected is. The wave 10 is in the end in the area of their storage in the broadest sense formed with a approach to which the individual magnets and the direct drive are positioned. This illustrated active magnetic bearing 1 can be used in a variety of fields, such as storage and drive a roller in rolling mills, where high-precision sheets or profiles are produced. The active magnetic bearing ensures this 1 both a rotary circulation of the shaft 10 in the micron range as well as their controllable and controllable drive, with the provided sensors 12 to the magnets 4 . 5 . 6 radial and axial deviations in the bearing of the shaft 10 be signaled and thus the possibilities of a readjustment in the shortest time are given.

Ein aktives Magnetlager 9 mit einem Linear-Direktantrieb ist in der 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 in the 3 shown. Shown is a on a base plate 18 fixed bearing part 17 which are within a leadership structure 8th magnetically stored and within this management structure 8th is arranged linear motor adjustable.

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. 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.Within the mechanical management structure 8th are the carrying magnets 20 , the holding magnets 21 as well as the centering magnets 22 arranged, wherein in this embodiment, the supporting magnets 20 in the upper part and the holding magnets 21 in the lower part of the mechanical guide structure 8th are arranged. Also in the upper part of the mechanical guide structure 8th is the linear direct drive, as a linear motor 23 trained, arranged. Side of the base plate 18 are in the mechanical management structure 8th centering magnets 22 provided, to which the sensors 12 belong. Such sensors 12 are also to the support and holding magnets 21 . 22 provided so that about these sensors 12 an exact position position of the bearing part 17 can be detected, from which information for the positioning of the bearing part 17 can be derived. Like the active magnetic bearing 1 is also the active magnetic bearing 9 with supply lines 14 that are in the mechanical management structure 8th are provided, formed, via the gaseous and / or liquid media in the magnetic gaps 13 can be forwarded. Intended seals 19 ensure that these channeled media can not leave the storage system. The gaseous medium can also be sealing air with a certain overpressure to prevent the ingress of vapors / dusts from the outside into the interior of the active magnetic bearing 1 ; 9 , in addition to the existing seals 19 , to avoid.

Eine weitere Ausbildung des aktiven Magnetlagers 9 ist in der 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. In beiden Fällen wird die Genauigkeit des Verfahrweges über Laserstrahlen bestimmt.Another embodiment of the active magnetic bearing 9 is in the 4 shown at the carrying and holding magnets 20 . 21 and also the linear direct drive, the linear motor 23 , in the base plate 18 are arranged. This training of the base plate 18 with the inserted and holding magnets 20 . 21 and the linear motor 23 does not change the way the active magnetic bearing works 9 Rather, this embodiment is to choose when bearing parts 17 within the mechanical management structure 8th must be moved over longer distances. In this embodiment, there is also the possibility of the linear motors 23 laterally in the base plate 18 to arrange and thereby the linear motors 23 also sensors 12 assigned. In both cases, the accuracy of the travel is determined by laser beams.

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

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. So kann eine derart ausgebildete kombinierte Lagerung als Lagerung und Positionierung von Werkstückaufnahmeplatten, die mit dem Tragelement 2 verbunden sind, Anwendung finden.In the combined version is the active magnetic bearing 1 with the active magnetic bearing 9 electronically coupled. The active magnetic bearing 1 is in the mechanical management structure 8th positioned and connected with it, allowing the linear and rotary movements in the x / φ axes of the two active magnetic bearings 1 . 9 coordinated with each other, thus resulting from the respective rectilinear and rotating movement of the moving elements trajectories for Cartesian target intersections. Thus, such a trained combined storage as storage and positioning of workpiece receiving plates, with the support element 2 connected, find application.

Die Variationsmöglichkeiten und Ausführungen sowie der Einsatz von aktiven Magnetlagern 1, 9 zeigten die folgenden AuflistungThe variations and designs as well as the use of active magnetic bearings 1 . 9 showed the following listing

Die Varianten für rotativ ausgebildete/arbeitende Magnetlager:The variants for rotationally trained / working magnetic bearings:

  • a) mit Längsachsen = z-Achsenbewegung bzw. -kompensation und geradlinig und/oder winklig, fest und/oder rhythmisch berührungslosem Direktantrieb (φ-Achse)a) with longitudinal axes = z-axis movement or compensation and rectilinear and / or angular, fixed and / or rhythmic contactless direct drive (φ-axis)
  • b) ohne Längsachsen = z-Achsenbewegung bzw. -kompensation und berührungslosem Direktantrieb (φ-Achse)b) without longitudinal axes = z-axis movement or compensation and non-contact direct drive (φ-axis)
  • c) ohne Längsachsen = z-Achsenbewegung bzw. -kompensation und berührendem Antrieb (φ-Achse)c) without longitudinal axes = z-axis movement or compensation and touching drive (φ-axis)

Die Varianten für linear wirkende Magnetlager:Variants for linear magnetic bearings:

  • a) mit Längsachsen = z-Achsenbewegung bzw. -kompensation und geradlinig und/oder winklig, fest und/oder rhythmisch berührungslosem Direktantrieb (x-Achse)a) with longitudinal axes = z-axis movement or compensation and rectilinear and / or angular, fixed and / or rhythmic non-contact direct drive (x-axis)
  • b) ohne Längsachsen = z-Achsenbewegung bzw. -kompensation und berührungslosem Direktantrieb (x-Achse)b) without longitudinal axes = z-axis movement or compensation and non-contact direct drive (x-axis)
  • c) ohne Längsachsen = z-Achsenbewegung bzw. -kompensation und berührendem Antrieb (x-Achse)c) without longitudinal axes = z-axis movement or compensation and touching 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 variants mentioned are possible in every 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. 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. 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.The operation of the invention will be described in more detail with reference to a magnetically supported, mounted and driven tool receiving plate - hereinafter WAP - of machine tools / tool systems, which are carriers of workpieces and assemblies. Thus, the vertical and horizontal magnetic adjustment follows in a concentric sequence of movements of a fixed or removable WAP on the one hand to prevent floating, on the other hand ηm-accurate concentricity of the rotating part 3 in the case 11 or the base plate 18 centered on their mechanical guide structure 8th by maintaining or adjusting the horizontal or vertical magnetic gaps 13 the magnetic bearing, so that even under the influence of static and dynamic tilting moments, machining forces u. Ä. A touch of the rotating part 3 with the inside of the magnetic bearing 1 , the housing 11 or the base plate 18 with the inside mechanical guide structure 8th , in compliance with the μm- or ∢-second-accurate movements, is excluded. Concentric movement of the rotating part 3 in the case 11 or the base plate 18 in the management structure 8th can support the floating state of these parts by rectified magnets, compared to the holding and the centering magnets 5 ; 6 are arranged take place. The necessary contactlessness in the entire magnetic bearing in the raised state is monitored and secured by the sensor system, whereby the positioning of the active bearing 1 . 9 ηm and ∢-second-accurate can be done.

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 WAP, the workpieces mounted on the platen can be placed on portals or in the vicinity of the machine to machine tool systems that are movable in their z-axes (longitudinal axes), very precisely by the rotational movement of the platen as φ-angle around the vertical z-axis. Axial of the rotating magnetic bearing and on the x-axis in combination with the linear magnetic bearing 9 be positioned so that they act by means of provided with or without their own drive tooling systems on the workpieces.

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 sustainable, clampable and positionable rotating part 3 of the rotating magnetic bearing 1 or the bearing element 17 of the linear magnetic bearing 9 are lifted, positioned and lowered with the help of magnetic forces, which can be further enhanced by gaseous or liquid media. The rotation part 3 or the base plate 18 can be magnetically clamped, preferably by means of hybrid magnets, wherein the rotating part 3 of the magnetic bearing 1 in his case 11 and the base plate 18 of the magnetic bearing 9 in his leadership structure 8th are arranged. In the case 11 as well as the base plate 18 and / or the leadership structure 8th are lifting, clamping, driving and centering magnets. The proposed drive magnets, 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 and also linearly relative to tool systems and that they can be moved during machining or clamped tightly before machining.

Claims (12)

Lagerung eines Rotationsteils, das an einem Ende mittels eines Festlagers und am anderen Ende mittels eines Loslagers in Form eines Magnetlagers (1, 9) gelagert ist, beide Lager unabhängig voneinander quer zur Rotationsachse durch jeweils einen Antrieb verfahrbar sind, wobei eine Schrägstellung des Rotationsteils einstellbar ist, und die Rotationsgeschwindigkeit des Rotationsteils im Festlager durch einen Direktantrieb und im Magnetlager durch einen magnetischen Antrieb gesteuert wird.Bearing of a rotating part, which at one end by means of a fixed bearing and at the other end by means of a movable bearing in the form of a magnetic bearing ( 1 . 9 ), Both bearings are independently movable transversely to the axis of rotation by a respective drive, wherein an inclination of the rotary member is adjustable, and the rotational speed of the rotary member in the fixed bearing is controlled by a direct drive and in the magnetic bearing by a magnetic drive. Lagerung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetlager (1, 9) aus Elektromagneten und/oder Hybridmagneten in Form einer Kombination aus Elektro- und Permanentmagneten besteht.Bearing according to claim 1, characterized in that the magnetic bearing ( 1 . 9 ) consists of electromagnets and / or hybrid magnets in the form of a combination of electric and permanent magnets. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetlager (1, 9) aus Trag- (4), Halte- (5) und Zentriermagneten (6) besteht.Bearing according to one of claims 1 or 2, characterized in that the magnetic bearing ( 1 . 9 ) of carrying ( 4 ), Holding ( 5 ) and centering magnets ( 6 ) consists. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Magnetlagers (1, 9) Fluidauslässe (14) vorgesehen sind, wodurch das Magnetlager in seiner Lagerwirkung durch fluide Medien unterstützt wird.Bearing according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the region of the magnetic bearing ( 1 . 9 ) Fluid outlets ( 14 ) are provided, whereby the magnetic bearing is supported in its storage effect by fluid media. Lagerung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetlager mit Sensoren (12) ausgerüstet ist, die mit einer Steuereinrichtung zur Regelung der Ströme in den Elektromagneten und damit zur Regelung der Magnetspalte im Magnetlager verbunden sind. Bearing according to one of claims 2 to 4, characterized in that the magnetic bearing with sensors ( 12 ), which are connected to a control device for controlling the currents in the electromagnet and thus for controlling the magnetic gaps in the magnetic bearing. Lagerung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetlager mit einem Drehgeber (16) ausgerüstet sind, wodurch die Drehwinkelstellung, die Drehzahl und die Beschleunigung des Rotationsteils erfasst wird.Bearing according to one of claims 2 to 5, characterized in that the magnetic bearing with a rotary encoder ( 16 ), whereby the rotational position, the speed and the acceleration of the rotating part is detected. Lagerung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Trag- (4), Halte- (5) und Zentriermagnete (6) geblechte Zonen vorgesehen sind.Bearing according to one of claims 2 to 6, characterized in that in the region of the support ( 4 ), Holding ( 5 ) and centering magnets ( 6 ) are provided with dense zones. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der quer zur Rotationsachse erfolgende Antrieb durch Elektromagnete und/oder Hybridmagnete in Form einer Kombination aus Elektro- und Permanentmagneten bewirkt wird.Bearing according to one of claims 1 to 7, characterized in that the transversely takes place to the axis of rotation drive by electromagnets and / or hybrid magnets in the form of a combination of electric and permanent magnets is effected. Lagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im quer zur Rotationsachse erfolgenden Antrieb Trag- (4), Halte- (5) und Zentriermagnete (6) vorgesehen sind.Bearing according to claim 8, characterized in that in transversely to the axis of rotation take place drive support ( 4 ), Holding ( 5 ) and centering magnets ( 6 ) are provided. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Direktantrieb durch einen Magnetantrieb realisiert ist.Bearing according to one of claims 1 to 9, characterized in that the direct drive is realized by a magnetic drive. Lagerung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetantrieb aus Trag- (4), Halte- (5) und Zentriermagneten (6) besteht.Bearing according to claim 10, characterized in that the magnetic drive from carrying ( 4 ), Holding ( 5 ) and centering magnets ( 6 ) consists. Lagerung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Lagerung des Rotationsteils mittels Elektro- und/oder Hybridmagneten des Magnetantriebs erfolgt.Bearing according to one of claims 10 or 11, characterized in that the axial bearing of the rotary member is effected by means of electric and / or hybrid magnets of the magnetic drive.
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