-
Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug und
eine Loslagerstelle.
-
Als Schienenfahrzeuge ausgeführte Linearmotoren
sind bekannt, wobei Linearmotoren als Asynchron-, Synchron-, Reluktanzmotoren
oder dergleichen ausführbar
sind.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Schienenfahrzeug und eine Loslagerstelle derart weiterzubilden,
dass der Verschleiß bei
industriellen Anwendungen in kostengünstiger Weise verbessert ist.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Loslagerstelle
nach den in Anspruch 1 und bei dem Schienenfahrzeug nach den in
Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Wesentliche Merkmale der Erfindung
bei der Loslagerstelle sind, dass zum Lagern eines zweiten Teils
auf ein drittes Teil, insbesondere mit einem Freiheitsgrad, erstes
und drittes Teil lösbar
und/oder fest verbindbar sind, wobei ein Distanzelement auf ein erstes
Teil mit einem Verbindungselement lösbar verbindbar ist, wobei
zwischen zweitem Teil und dem Verbindungselement zumindest ein Federelement angeordnet
ist, wobei drittes und zweites Teil eine gegenseitige Berührfläche aufweisen,
wobei bei entsprechender Krafteinwirkung das Federelement relativ
zum Verbindungselement und/oder zum zweiten Element verschiebbar
angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Längenänderung,
insbesondere eine thermisch bewirkte, kompensierbar ist und somit der
Verschleiß bei
Schienenfahrzeugen mittels Verwendung einer erfindungsgemäßen Loslagerstelle
in kostengünstiger
Weise kompensierbar ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
sind erstes und drittes Teil identisch, also aus einem Stück ausgeführt sind.
Von Vorteil ist dabei, dass die Teileanzahl reduziert ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist das erste Teil derart in einer Nut des zweiten Teils vorgesehen,
dass der Freiheitsgrad des Loslagers derart gerichtet ist, dass
Bewegungen des ersten Teils entlang der Nut ausführbar sind, insbesondere thermisch
bedingte Ausdehnungen in Richtung der Nut.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
sind zweites und drittes Teil jeweils aus verschiedenen Materialien
gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass das zweite Teil aus Aluminiumdruckguss
und das dritte Teil aus Stahl oder Guss herstellbar sind.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist zwischen Federelement und zweitem Teil eine Scheibe zur Verringerung
von Reibung zwischengeordnet und/oder zwischen Federelement und
Verbindungselement eine Scheibe zur Verringerung von Reibung zwischengeordnet
ist. Von Vorteil ist dabei, dass trotzdem geringe Reibwerte erzielbar
sind, auch wenn die Materialien des zweiten und dritten Teils verschieden
sind, insbesondere in der genanten Auswahl. Denn die Scheiben und
das Federelement sind aus dem gewünschten Material wählbar, beispielsweise
alle aus Stahl.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
sind Distanzelement und Verbindungsschraube in einer Auslassung,
wie Bohrung, des zweiten Teils angeordnet sind. Von Vorteil ist
dabei, dass eine einfache Montage und eine geschützte Bauweise ausführbar sind.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist zum Schutz vor Überlast
der Arbeitsbereich des Federelements, wie Federweg, derart begrenzt,
dass bei Auftreten entsprechender Kräfte in Normalenrichtung zur
Berührfläche das
zweite Teil von der Berührfläche des
dritten Teils nur um einen geringen Betrag abhebbar ist. Von Vorteil
ist dabei, dass keine Gefahr für die
Teile bei Überlastung
auftritt.
-
Wesentliche Merkmale der Erfindung
bei dem Schienenfahrzeug sind, dass das Schienenfahrzeug auf mindestens
zwei, zueinander parallel angeordneten Schienen bewegbar angeordnet
ist, wobei das Schienenfahrzeug mindestens einen Führungswagen
für jede
Schiene umfasst, wobei das Schienenfahrzeug zu einem ersten der
einer ersten Schiene zugeordneten Führungswagen mindestens ein Festlager
aufweist und das Schienenfahrzeug zu einem ersten der einer zweiten
Schiene zugeordneten Führungswägen mindestens
ein Loslager aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass Längenausdehnungen kompensierbar
sind und somit die Belastungen, insbesondere Querbelastungen verringerbar
sind.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist zur Erfassung der Position und/oder Geschwindigkeit ein Messsystem
vom Schienenfahrzeug umfasst, das näher am Festlager als am Loslager
angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Störungen des
Messsystems verringerbar sind , insbesondere die durch thermisch
oder sonstig bedingte Längenausdehnungen
verursachten Messfehler.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist das Schienenfahrzeug ein Linearmotor. Von Vorteil ist dabei,
dass das Schienenfahrzeug nicht passiv ist sondern einen Antrieb
umfasst.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist der Linearmotor als Synchronmotor ausgeführt.
-
Von Vorteil ist dabei, dass ein leistungsstarker
hochdynamischer Positionierantrieb vorsehbar ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
umfasst das zweite Teil Spulen des Linearmotors. Von Vorteil ist
dabei, dass im beweglichen Teil Spulen sind, wobei die mittels Erwärmung entstehenden Längenausdehnungen
kompensierbar sind.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
umfasst das Schienenfahrzeug Mittel derart, dass die Spulen berührungslos
mit Energie versorgbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass keine verschleißbehaftete Energiezufuhr
notwendig ist, wie beispielsweise Schleifleitungen mit Schleifleitungskontakten.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
umfasst das zweite Teil eine Kühlvorrichtung,
wie Kühlrippen
oder Kühlfinger.
Von Vorteil ist dabei, dass eine leistungsfähige Kühlung vorgesehen ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
umfasst das zweite Teil eine Schnittstelle zum Verbinden mit weiteren
Vorrichtungen. Von Vorteil ist dabei, dass die Kühlvorrichtung zwischen anzuschließender Vorrichtung
und Spulen des Linearmotors angeordnet ist, wobei der Luftstrom
zum Abtransport der Wärme
zwischen Gehäuse
und anzuschließender
Vorrichtung durchströmen
kann.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
umfasst die Schnittstelle regelmäßig voneinander
beabstandete Bohrungen. Von Vorteil ist dabei, dass verschiedene
Vorrichtungen mittels der Schnittstelle anschließbar und verbindbar sind, wobei
auf diese Weise nicht für
jede anzuschließende
Vorrichtung ein spezielles Schienenfahrzeug herzustellen ist.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
-
- 1
- Passfeder
- 2
- Gehäuse
- 3
- Führungswagen
- 4
- Schiene
- 5
- Nut
- 6
- Verbindungsschraube
- 7
- Verbindungsschraube
- 8
- Abdeckplatte
- 9
- Magnete
- 10
- Loslagerseite
- 11
- Festlagerseite
- 12
- elektrische
Anschlussvorrichtung
- 13
- Bohrungen
- 14
- Messsystem
- 15
- Scheibe
- 16
- Tellerfeder
- 17
- Scheibe
- 18
- Distanzrohr
- 19
- Verschlussdeckel
- 20
- Kühlrippen
- 21
- Kühlfingern
- 22
- Berührfläche
-
Die Erfindung wird nun anhand von
Abbildungen näher
erläutert:
-
In der 1 ist
ein erfindungsgemäßer Linearmotor
gezeigt, der als Zweites Teil ein Gehäuse 2 umfasst, das über erfindungsgemäße Lagerstellen mit
Führungswagen 3 als
dritten Teilen verbunden ist. In der 2 ist
der Linearmotor somit auf zwei voneinander beabstandeten Schienen
beweglich, wobei die Führungswagen
nach Stand der Technik ausführbar
sind, insbesondere mit Kugelumlauflager.
-
Das Gehäuse 2 umgibt die Spulenwicklungen
des Linearmotors, deren elektrische Energieversorgung über die
elektrische Anschlussvorrichtung 12 ermöglicht ist. Je nach eingebrachter
elektrischer Leistung erwärmen
sich die Spulen und führen
somit auch zu entsprechend lokalen Erwärmungen des Gehäuses 2.
Dadurch bedingt finden entsprechende Längenausdehnungen und entsprechende
Verformungen am Gehäuse
statt. Zum Kompensieren dieser Verformungen ist das Gehäuse an einer
ersten Seite 10 mittels Loslager an den der ersten Schiene zugeordneten
Führungswagen 3 gelagert
und an einer zweiten Seite 11 mittels Festlager an den der zweiten
Schiene zugeordneten Führungswagen 3 gelagert.
-
Auf diese Weise wird die Längenausdehnung
an der Loslagerseite 10 derart kompensiert, dass keine
unzulässig
hohen Kräfte
auf die Führungswagen 3 wirken.
Des Weiteren nun an der Festlagerseite 11 ein Messsystem 14 zur
Erfassung der linearen Position und/oder Geschwindigkeit anbringbar,
wobei thermisch bedingte Störungen
des Messsystems 14 stark verringerbar sind. Insbesondere
ist das Messsystem 14 auf der Außenseite angebracht und somit
möglichst
weit entfernt von den Gebieten der thermischen Erwärmung.
-
Das Reaktivteil, insbesondere Sekundärteil des
Linearmotors, ist direkt oder bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
indirekt mit den als Führungsschienen
ausgeführten
Schienen 4 verbunden. Zwischen den Schienen sind die Magnete 9 des
Linearmotors auf die Grundplatte des Reaktivteils aufgeklebt und
mit einer zum Reaktiivteil zählenden
Abdeckplatte 8 versehen.
-
Das Gehäuse 2 ist mit Kühlrippen 20 und Kühlfingern 21 als
Kühlvorrichtung
versehen. Dabei ermöglichen
Kühlfinger
eine richtungsunabhängigere Wärmeabfuhr
und eine größere Strömungsdurchmischung
als Kühlrippen.
Das Gehäuse
weist außerdem
eine standardisierte Schnittstelle für das Anschließen weiterer
Vorrichtungen auf. Dazu sind regelmäßig voneinander beabstandete
Erhebungen mit Bohrungen 13 versehen, an die die anzuschließenden Vorrichtungen
lösbar
verbindbar mit dem Gehäuse 2 sind.
-
Die genannten Längenausdehnungen können unter
Umständen
auch weitere oder andere Ursachen haben, wie mechanische Spannungen,
die von einer an das Gehäuse 2 angeschlossenen
weiteren Vorrichtung verursacht sind. Weitere Ursachen sind auch
fertigungsbedingte Toleranzen.
-
Die Montagerichtung des Linearmotors
ist nicht festgelegt. Beispielsweise ist die Montage derart ausführbar, dass
die Gravitationsrichtung vom Gehäuse 2 zu
den Magneten 9 gerichtet oder umgekehrt.
-
Die Lagerung mittels Loslagerstellen
ist in 2 schematisch
deutlicher gezeigt. In der 3a ist
ein entsprechender Schnitt gezeigt, wobei in 3b ein vergrößerter Ausschnitt gezeigt ist.
-
Das Gehäuse 2 weist mehrere
Nuten 5 auf. In der 2 sind
davon zwei zu sehen. Die Richtung dieser Nuten 5 definiert
die Richtung des Freiheitsgrades des Loslagers.
-
In den Nuten 9 ist jeweils
eine Passfeder 1 vorgesehen, die mit dem Führungswagen 3 fest
verbunden ist. In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Führungswagen
auch einstückig
mit der Passfeder oder einer entsprechenden, funktional gleichwertigen
Ausformung ausführbar. Statt
der Passfeder mit Nut sind auch alle anderen mechanischen linearen
Führungsarten
verwendbar.
-
Jede Passfeder 1 ist mittels
zweier Loslagerstellen mit dem Gehäuse 2 verbunden. Dazu
ist auf die Passfeder ein Distanzrohr 18 als Distanzelement aufgesetzt
und mit einer Verbindungsschraube 7 als Verbindungselement
angeschraubt. Der Schraubenkopf der Verbindungsschraube 7 drückt dabei
die Scheibe 15 auf die als Federelement verwendete Tellerfeder 16,
die wiederum mittels der Scheibe 17 auf das Gehäuse 2 drückt. Das
Gehäuse 2 sitzt
an der Berührfläche 22 auf
dem Führungswagen 3 auf
und wird somit mit Federkraft auf diesen gedrückt, wobei die Gewichtskraft
je nach Montagerichtung hinzukommt oder kraftvermindernd wirkt.
Im letztgenannten Fall wird der Linearmotor mit Loslagerstellen
derart dimensioniert, dass die Gewichtskraft einen kleineren Betrag
als die Federkraft aufweist.
-
Tritt eine Kraft in Richtung der
Nut auf, die die Haftreibung der Loslagerstellen überschreitet,
ist eine Verschiebung zwischen Tellerfeder 16 und Scheibe 17 erlaubt.
Dabei wird dann das gesamte Distanzrohr 18 samt Verbindungsschraube 7,
Scheibe 15 und Tellerfeder 16 relativ zum Gehäuse 2 und Scheibe 17 verschoben.
Die Auslassungen und/oder Bohrungen für das Distanzrohr 18,
die Scheiben 15 und 17 und die Tellerfeder 16 sind
hierzu genügend groß ausgeführt. Außerdem sind
die Außendurchmesser
der Scheibe 15, der Tellerfeder 16 und des Schraubenkopfes
der Verbindungsschraube 7 entsprechend klein ausgeführt, insbesondere
um den maximal erlaubten, zu kompensierenden Verschiebungsbetrag
kleiner.
-
Zur Verhinderung des Eindringen von Schmutz
und Erhöhung
der Schutzart ist ein Verschlussdeckel 19 eingesetzt, der
die jeweilige Loslagerstelle abdeckt.
-
Somit ist das Gehäuse 2 spielfrei verbunden mit
dem Führungswagen 3 und
es ist eine thermisch oder anderweitig bedingte Längenausdehnung
in Richtung der Nut kompensierbar.
-
Auftretende Störkräfte, die ein Abheben des Gehäuses 2 vom
Führungswagen 3 bewirken,
führen zu
keiner Schädigung
der Tellerfeder 16 , da der Arbeitsbereich beschränkt ist
durch Anschlag an die Scheiben 15 und 17. Überschreiten
die Kräfte
die Federkraft derart stark, dass die Tellerfeder vollständig zwischen
den Scheiben 15 und 17 zusammengedrückt wird,
hebt das Gehäuse 2 insbesondere
auch an der Berührfläche 22 ab.
Solche Kräfte
belasten dann allerdings den Führungswagen 3,
der diese dann aufnehmen muss.
-
Die Tellerfeder 16 erzeugt
also eine Vorspannung und bewirkt Spielfreiheit. Weiter vorteilhaft
ist auch, dass mittels der Tellerfeder 16 auch Fertigungstoleranzen
ausgleichbar sind.
-
Die Scheibe 17 stellt insbesondere
auch einen Schutz gegen Kantenpressung dar. Das Distanzrohr 18 ermöglicht,
dass die Verbindungsschraube 7 mit Nennmoment anziehbar
ist.
-
Die in der Nut 5 vorgesehene
Passfeder 1 verhindert eine Relativbewegung von Führungswagen 3 und
Gehäuse 2 in
Schienenrichtung.
-
Mittels der Materialwahl der Scheiben
ist die Reibung in weiten Grenzen wählbar, die bei der Verschiebung
auftritt. Beispielsweise ist das Gehäuse 2 aus Aluminiumdruckguss
ausgeführt,
da die Kühlfinger
und Kühlrippen
eine hochkomplexe Oberfläche darstellen.
Der Führungswagen 3 und
die Passfeder hingegen sind aus Stahl oder Guss kostengünstig und
mechanisch stabil herstellbar. Ebenso sind auch Verbindungsschrauben
aus Stahl vorsehbar. Somit sind die Scheiben ebenso wie die Tellerfeder
aus Stahl fertigbar und dadurch die Reibwerte anpassbar und/oder
verringerbar. Die Reibung ist also wesentlich beeinflussbar mittels
der Materialpaarung im Bereich der Tellerfeder.
-
Statt eines Linearmotors ist die
Erfindung auch bei allen Schienenfahrzeugen verwendbar, die mindestens
zwei Schienen und ein über
Führungswagen
oder Räder
gelagerten fahrbares Teil umfassen. Die von den Loslagerstellen
zu kompensierenden Längenausdehnungen
müssen
dabei nicht unbedingt nur thermisch bedingt sein, sondern können auch
andere Ursachen aufweisen.
-
Die Loslagerstelle ist auch bei anderen
Vorrichtungen verwendbar, bei welchen eine Ausdehnung in einer Richtung
zu kompensieren ist. Insbesondere die Verwendung einer Nut und einer
darin vorgesehenen Passfeder gemäß 2 ist auch bei anderen Vorrichtungen
vorteilhaft verwendbar. Dabei ist die Anzahl der Loslagerstellen
veränderbar
sowie auch die Anzahl der Passfedern mit Loslagerstellen. Statt
der Passfedern sind auch entsprechend geformte Dritte Teile verwendbar.
-
Darüber hinaus ist auch die Funktion
der Passfeder und Nut austauschbar. Dies bedeutet, dass das zweite
Teil nicht mit Nut sondern mit einer der Passfeder entsprechenden
Erhöhung
versehen wird und das dritte Teil eine entsprechend große Nut aufweist,
die dann diese Erhöhung
führt.
Die Erhöhung
ist selbstverständlich
wiederum als fest verbundene Passfeder ausführbar.
-
Bei weiteren erfidnugnsgemäßen Ausführungsbeispielen
sind die Spulenwicklungen separat vom Gehäuse 2 angeordnet.