DE10309880A1

DE10309880A1 - Trägerplatte für ein Spulenteil eines Linearmotors

Info

Publication number: DE10309880A1
Application number: DE2003109880
Authority: DE
Inventors: Walter Andersch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-16

Abstract

Die Magnetkräfte von elektromagnetischen Antriebsteilen (7) werden über eine Trägerplatte (6) auf seitliche Linearführungen übertragen. Die Trägerplatte (6) ist aus zwei zum Beispiel miteinander verklebten Materialschichten gebildet, die unterschiedliche Wärmedehnungen aufweisen. Die den Antriebsteilen (7) abgewandte Oberschicht (9) weist eine erheblich höhere Wärmedehnung auf, als eine Unterschicht (8). Verbindungszapfen (10) übertragen einen Teil der Betriebswärme von den Antriebsteilen (7) zur Oberschicht (9). Diese dehnt sich entsprechend stärker als die Unterschicht (8) und wirkt so der von den Magnetkräften bewirkten Durchbiegung entgegen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trägerplatte für ein entlang einer Magnetbahn verfahrbares Spulenteil eines einseitig wirkenden Linearmotors mit seitlich der Magnetbahn angeordneten Führungsschienen für das Spulenteil, wobei an der Trägerplatte elektromagnetische Antriebsteile sowie seitlich von diesen an den Führungsschienen geführte Führungsteile verankert sind.

Eine derartige Trägerplatte ist zum Beispiel durch die DE 19842384 A bekannt geworden. Nach Spalte 3, Zeile 19 besteht ein Laufwagen des Linearmotors aus Aluminiumstrangpressprofil, das nach 1 plattenartig ausgebildet ist. Bei derartig einseitig wirkenden Linearmotoren sind die Anziehungskräfte zwischen den Permanentmagneten der Magnetbahn und den elektromagnetischen Antriebsteilen des Spulenteils sehr hoch. Das bedeutet, dass die zu beiden Seiten der Antriebsteile an den Führungsschienen abgestützte Trägerplatte einer entsprechenden Biegebelastung ausgesetzt ist, und eine entsprechend dicke Trägerplatte erfordert, um die Durchbiegung und die zusätzliche Lagerbelastung gering zu halten.

Zum Bestücken von elektrischen Leiterplatten werden hochdynamische Antriebe bis zu 4-facher Erdbeschleunigung eingesetzt. Das bedeutet, dass die zu beschleunigenden Massen möglichst klein gehalten werden müssen. Die hohe Bestückgenauigkeit erfordert außerdem, dass die Verformungen durch die Magnet- und Massenkräfte sowie durch die thermische Belastung der Antriebsteile gering bleiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verformung der Trägerplatte zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die beiden Materialschichten sind z.B. durch Verkleben fest miteinander verbunden. Die Magnetkräfte bewirken eine konkave Durchbiegung der Oberseite der Trägerplatte. Die Oberschicht wird entsprechend druckbelastet. Die Betriebswärme der Antriebsteile wird über die Verbindungszapfen zum Teil in die Oberschicht übergeleitet, die sich entsprechend dehnt und damit der Durchbiegung entgegenwirkt. Durch Auswahl geeigneter Materialpartner sowie durch abgestimmte Dimensionierung der Schichtdicken kann dieser Effekt derart genutzt werden, dass die von den Magnetkräften bewirkte Durchbiegung nahezu völlig ausgeglichen wird. Die Trägerplatte kann somit erheblich dünner und leichter ausgebildet werden. Eine an die Oberseite der Trägerplatte angesetzte Funktionseinheit rückt entsprechend näher an die Linearführungen heran, was eine günstigere Hebelwirkung ergibt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet:
Das CFK-Material nach Anspruch 2 kann so ausgebildet werden, dass bei hohem Faseranteil die Wärmedehnung weitgehend eliminiert wird. Eine solche Tragschicht ist leicht und formsteif. Die Leichtmetallschicht hat einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der die thermische Gegenbiegung fördert.

Die Verankerung der Antriebsteile an den Verbindungszapfen ergibt hohen Kontaktkräfte mit entsprechend günstigem Wärmeübergang. Die Weiterbildungen der Erfindung nach den Ansprüchen 4 und 5 ermöglichen einen zusätzlichen Spannungsausgleich zu den Führungen insbesondere während der Anlaufphase bis zur durchgehenden Erwärmung der Oberschicht.

Das Ausgleichselement nach den Ansprüchen 6 und 7 lässt sich mit geringer Einbauhöhe in die Trägerplatte einsetzen, ohne die Höhe der Federstege zu verringern.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen Linearmotor mit einer Linearführung senkrecht zur Verfahrrichtung;
2 eine teilweise Draufsicht auf die Teile nach 1; 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2.
Nach 1 ist ein Stator 1 mit aneinandergereihten Permanentmagneten 2 und seitlichen Führungsschienen 3 versehen. Ein Spulenteil 4 ist mittels Führungsteilen 5 entlang den Führungsschienen verfahrbar. Das Spulenteil 4 weist eine Trägerplatte 6 auf, an der elektromagnetische Antriebsteile 7, auf der den Elektromagneten 2 zugewandten Seiten verankert sind und die zusammen mit diesen einen Linearmotor bilden. Die Antriebsteile 7 werden in geringem Abstand über den Permanentmagneten 2 geführt, die eine entsprechende Anziehungskraft ausüben, die von den zu beiden Seiten der Antriebsteile 7 angeordneten Führungsteile 5 abgefangen wird. Die Trägerplatte 6 wird dadurch zu den Permanentmagneten 2 hin durchgebogen.
Die Führungsplatte 6 besteht aus zwei unterschiedlichen miteinander verklebten Materialschichten, von denen eine den Antriebsteilen 7 zugewandte Unterschicht 8 aus CFK (= Carbonfaserverstärker Kunststoff) besteht. Eine darüber liegende Oberschicht 9 besteht aus einer Aluminiumlegierung. Die Unterschicht 8 ist mit Durchbrüchen versehen, durch die Verbindungszapfen 10 der Oberschicht 9 bis zu den Antriebsteilen 7 hindurchragen und mit diesen verschraubt sind. Während des Betriebs erwärmen sich die Antriebsteile 7. Die aus CFK bestehende Unterschicht 8 hat nur eine sehr geringe, die Oberschicht 9 eine relativ hohe Wärmedehnung. Durch die Verbindungszapfen 10 wird Wärme der Antriebsteile 7 auf die Oberschicht 9 übertragen, die sich entsprechend dehnt und die durch die Magnetkräfte bewirkte Durchbiegung ausgleicht. Da durch werden nicht nur die Linearführungen entlastet, sondern auch ein auf der Oberschicht 9 aufsitzendes Funktionsteil, das z. B. als Bestückkopf für elektrische Bauelemente dient. Die Trägerplatte 6 kann relativ dünn gehalten werden, wodurch sich die gesamte Bauhöhe des Linearmotors entsprechend verringert.
Die Führungsteile 5 sind auf einer Seite der Antriebsteile 7 unmittelbar an die Trägerplatte 6 angeschraubt. Die Führungsteile 5 auf der anderen Seite der Antriebsteile 7 sind über Ausgleichselemente 12 mit der Trägerplatte 6 verbunden. Diese sind mit zu den Führungsschienen 3 parallelen Federstegen 13 versehen, die einen Toleranzausgleich zwischen den beiden Führungsbahnen ermöglichen. Die Ausgleichselemente 12 sind raumsparend in Durchbrüche der Trägerplatte 6 eingesetzt und mit stirnseitigen Vorsprüngen 14 an die Trägerplatte 6 angeschraubt.

1: Stator
2: Permanentmagnet
3: Führungsschiene
4: Spulenteil
5: Führungssteil
6: Trägerplatte
7: Antriebsteil
8: Unterschicht
9: Oberschicht
10: Verbindungszapfen
11: Funktionsteil
12: Ausgleichselement
13: Federsteg
14: Vorsprung

Claims

Trägerplatte (6) für ein entlang einer Magnetbahn verfahrbares Spulenteil (4) eines einseitig wirkenden Linearmotors mit seitlich der Magnetbahn angeordneten Führungsschienen (3) für das Spulenteil (4), wobei an der Trägerplatte (6) elektromagnetische Antriebsteile (7) sowie seitlich von diesen an den Führungsschienen (3) geführte Führungsteile (5) verankert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtige Trägerplatte (6) auf ihrer den Antriebsteilen abgewandten Oberseite eine Oberschicht (9) von hoher Wärmedehnung und auf ihrer den Antriebsteilen (7) zugewandten Unterseite eine Unterschicht (8) von niedriger Wärmedehnung aufweist und dass zwischen den sich erwärmenden Antriebsteilen (7) und der Oberschicht (9) wärmeleitende, durch die Unterschicht (8) hindurchgeführte Verbindungszapfen (10) vorgesehen sind.
Trägerplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschicht (9) aus Metall, insbesondere Leichtmetall und die Unterschicht (8) aus CFK (Carbonfaserverstärkter Kunststoff) besteht.
Trägerplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsteile (7) an den Verbindungszapfen (10) verankerbar sind.
Trägerplatte nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweischichtige Trägerplatte (6) bis über die Führungsteile (5) ragt, die an der Trägerplatte (6) verankert sind.
Trägerplatte nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (6) mit den Führungsteilen (5) auf einer Seite der Magnetbahn unmittelbar und auf der anderen Seite über federnde Ausgleichselemente (12) verbunden ist.
Trägerplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichselemente (12) jeweils in einen Durchbruch der Trägerplatte (6) eingesetzt sind.
Trägerplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Ausgleichselement (12) mit sich in der Verfahrrichtung erstreckenden senkrecht zur Trägerplatte (6) stehenden Federstegen (13) am Führungsteil (5) abstützt und auf seinen beiden Stirnseiten an der Trägerplatte (6) verankert ist.