DE19817090A1 - Linear-Positioniervorrichtung - Google Patents

Abstract

Positioniervorrichtung mit einer Schiene (1), an der ein Support (2) längsverschieblich gelagert ist, von dem sich ein Mitnehmer (20) in eine Längsaussparung der Schiene (1) erstreckt, der mit einem Linearmotor (3) verbunden ist, dessen Motorwicklungen (W1-W3) am Mitnehmer (20) angeordnet sind und dessen Permanent-Feldmagnete (M1-M4) auf einem Weicheisenträger (T1, T2) neben den Motorwicklungen (W1-W4) innen an der Schiene (1), abschnittsweise in der Schienenlängsrichtung mit wechselnder Polarität auf die Motorwicklungen (W1-W3) gerichtet, angeordnet sind, die in ihrer Längsausdehnung (L) jeweils derjenigen der Permanent-Feldmagnete (M1-M4) etwa entsprechen, und daß entlang der Schiene (1) ein schrittcodiertes Positioniermaßband (SB) und dazu signalaufnehmend orientiert am Support (2) eine Positionssonde (PS) angeordnet sind, deren Schrittsignale einer Steuervorrichtung zugeführt sind, die abhängig von einer jeweils vorgegebenen Sollposition jeweils in einem Servobetrieb die Motorwicklungen (W1-W3) phasenversetzt so ansteuert, daß der Support (2) in die Sollposition verbracht und dort festgehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung mit ei­ ner Schiene, an der ein Support längsverschieblich gela­ gert ist, von dem sich ein Mitnehmer in eine Längsausspa­ rung der Schiene erstreckt, der mit einem Antriebsmittel verbunden ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 90 06 554 U1 be­ kannt. Bei dieser ist auf einer Schiene ein Support längs­ verschieblich gelagert, der einen Mitnehmer aufweist, der sich in eine Längsaussparung der Schiene erstreckt und dort mit einem Antriebsmittel verbunden ist, das sich dar­ in längs erstreckt. Der Support ist gegenüber dem Mitneh­ mer in der Verfahrrichtung, der Längsrichtung, justierbar festgelegt. Die Schiene enthält seitlich in Taschen daraus hervorstehende Führungsstangen, auf denen im Support gela­ gerte entsprechend profilierte Rollen laufen. Die Schiene und der Support sind aus Strangpreßprofilmaterialien her­ gestellt und weisen längs laufende Befestigungsaussparungen auf, mit denen seitlich und stirnseitig Anschlüsse möglich sind. Die Längsaussparung ist gegen das Eindringen von Schmutzpartikeln etc. mit einem Abdeckband abgedeckt, das sich durch den Support über den Mitnehmer umgelenkt er­ streckt. Als Antriebsmittel ist eine endseitig motorisch angetriebene Spindel mit einer Laufmutter in der Schiene angeordnet. Die Spindel hat ein relativ hohes Trägheitsmo­ ment und ist aus Steifigkeitsgründen in ihrer maximalen Länge begrenzt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die vorstehend beschriebene Positioniervorrichtung dahingehend zu verbessern, daß sie in quasi beliebiger Länge aus abgelängten Bauteilen herge­ stellt werden kann und unabhängig von der Länge ein be­ stimmtes geringeres Trägheitsmoment des Antriebes aufweist und daß der Antrieb unterschiedlichen Anforderungen an Trag- und Beschleunigungsfähigkeit durch abgelängte Sup­ port- und Antriebsbauteile leicht anpaßbar ist, sowie eine höhere Positioniergenauigkeit hat.

Die Lösung besteht darin, daß das Antriebsmittel ein Line­ armotor ist, dessen Motorwicklungen am Mitnehmer angeord­ net sind und dessen Permanent-Feldmagnete auf einem Weich­ eisenträger neben den Motorwicklungen innen an der Schiene abschnittweise, in der Schienenlängsrichtung mit wechseln­ der Polarität auf die Motorwicklungen gerichtet, angeord­ net sind, und die Motorwicklungen in ihrer Längsausdehnung jeweils etwa derjenigen der Permanent-Feldmagnete entspre­ chen, und daß entlang der Schiene ein schrittcodiertes Po­ sitioniermaßband und dazu signalaufnehmend orientiert am Support eine Positionssonde angeordnet sind, deren Schrittsignale einer Steuervorrichtung zugeführt sind, die abhängig von einer jeweils vorgegebenen Sollposition in einem Servobetrieb die Motorwicklungen phasenversetzt so ansteuert, daß der Support in die Sollposition verbracht und dort festgehalten wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Anordnung des Ankers des Linearmotors an dem Support entfällt jegliches zusätzliches mit Masse behaftetes bewegtes Teil. Außerdem wird die Positionierung unmittel­ bar auf die Stellung des Supports bezogen und durch eine Servosteuerung angesteuert, so daß keinerlei Getriebespiel und dergleichen die Position verfälscht.

Sowohl die Schiene mit dem Stator aus der Permanentmagnet- Anordnung als auch der Läufer, der Anker, des Motors kön­ nen in quasi beliebiger Länge ausgebildet werden. Zweckmä­ ßig wird der Läufer so lang gewählt, daß er die notwendige Beschleunigungsleistung aufbringt, die in Verbindung mit der zu bewegenden Masse gefordert ist.

Der Anker des Linearmotors ist bevorzugt symmetrisch mit­ tig in der Schiene und am Support gelegen, so daß mög­ lichst wenig Verwindungsmomente auftreten.

Die Motorwicklungen sind bevorzugt aus zwei Wicklungsfol­ gen aufgebaut die um 90° phasenversetzt angesteuert sind, so daß bei entsprechender Einspeisung der Wicklungsströme der Anker in der Folge der Magnetfelder sich vorwärts oder rückwärts entlang der Schiene bewegt.

Der Anker kann aus einer Scheibenwicklung mit entsprechen­ der Unterteilung für die beiden Ansteuerungsphasen beste­ hen oder aus einem mittleren tragenden lamellierten Weich­ eisenkern der zu beiden Seiten je eine Wicklung trägt, wo­ bei sich selbstverständlich nebeneinander in der Bewe­ gungsrichtung jeweils die beiden unterschiedlich angesteuerten Wicklungsgruppen befinden.

Das Schrittcodeband ist bevorzugt mittig unter dem Mitneh­ mer bzw. dem Weicheisenkern angeordnet. Gering beabstandet darüber ist die Positionssonde stirnseitig am Mitnehmer angeordnet. Die Zuleitungen zu der Sonde und zu den Wick­ lungen sind mit einem Schleppkabel oder Wendelkabel am Support und endseitig der Schiene befestigt und ange­ schlossen.

Die Permanentmagnete sind wechselweise gepolt und gegenein­ ander geringfügig um einen Bruchteil ihrer Längenausdeh­ nung in der Bewegungsrichtung des Ankers versetzt angeord­ net. Ebenso sind die phasenversetzt angesteuerten Wicklun­ gen leicht beabstandet zueinander angeordnet. Die Magnete oder die Wicklungen sind jeweils leicht geneigt nebenein­ ander plaziert und zwar um einen Betrag der etwa ihrem Ab­ stand nebeneinander entspricht.

Jeweils endseitig der Schiene sind in bekannter Weise Mon­ tageprofilabschnitte angeschraubt, die sämtliche längsge­ richtete Bauteile in der Schiene axial festlegen. In einer zentralen Ausnehmung in den Montageprofilabschnitten ist jeweils ein Stoßdämpfer eingebaut, der auf den Mitnehmer bzw. dem Weicheisenkern gerichtet ist und unter Startbe­ dingungen oder Extrembedingungen den Support sanft ab­ fängt.

Zum Schutz der Motorteile vor Staub, Fremdkörpern, magneti­ schen Kleinteilen und dergleichen ist die Aussparung der Schiene mit einem Abdeckband außerhalb des Support ver­ schlossen. Das Abdeckband wird an seinen Seitenbereichen durch magnetische Dichtungsstreifen an der Schiene lösbar gehalten. Die streifenförmigen Bauteile, das Schrittcode­ band, der magnetische Dichtungsstreifen und das Abdeckband sind in Vertiefungen der Schiene, die im Profil bei der Herstellung eingebracht sind, eingelagert.

Der Mitnehmer ist in bekannter Weise mit seitlichen Ansät­ zen in profilierten Längskanälen der Schiene gehalten und dort mit Justierschrauben axial festgelegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Fig. 1 bis 4 dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt der Vorrichtung;

Fig. 2 zeigt eine Perspektive mit stufenweise auf­ geschnittener Seite und längenverkürzter Schiene;

Fig. 3 zeigt den Läufer des Linearmotors stufenweise geschnitten in Perspektive;

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht von unten analog zu Fig. 2.

In Fig. 1 ist das im wesentlichen U-förmige Strangprofil der Schiene 1 zu sehen, in welche seitlich Führungsstangen 4 eingesetzt sind, die vorzugsweise aus geglättetem Stahl bestehen und auf denen mit profilierten Rollen 40 der Sup­ port 2 eng toleriert verschieblich gelagert ist. Auch die­ ser besteht aus einem Strangprofil, das auf der linken Seite angeschnitten gezeichnet ist, so daß die Lagerung der Rolle 40 erkennbar ist. Mittig im Support 2 ist ein Mitnehmer 20 angeordnet, welcher sich als das Antriebsmit­ tel 3 in den Stator erstreckt, der schienenfest angeordnet ist. Der Mitnehmer 20 ist mit seitlichen Ansätzen 21 in Ausnehmungen des Supports mittels Justierschrauben J ge­ halten. Der Motorläufer besteht aus einem lamellierten Weicheisenkern WK, der beidseitig mit je einer Wicklung W1-W3 besetzt ist, die sich flach auf dem Weicheisenkern WK erstreckt. Gering beabstandet neben diesen Wicklungen sind beidseitig in der Schiene Permanentmagnete M1-M4 ange­ ordnet und auf die Felder führenden und nach außen abschirmenden Weicheisenträgern T1, T2 jeweils befestigt. Die Weicheisenträger sind in Taschenöffnungen der Schiene gehalten.

Unterhalb des Weicheisenkerns WK ist in einer Vertiefung der Schiene ein Schrittcodeband SB eingelagert, über dem die Positionssonde PS stirnseitig am Mitnehmer 20 angeord­ net ist.

Über dem Mitnehmer 20 liegt das Abdeckband AB, das ferro­ magnetisch ist, und außerhalb des Supports mit Magnetdich­ tungsstreifen MD zu beiden Seiten eine Abdichtung bildet. Die Magnetdichtungsstreifen sind in Vertiefungen der Schiene eingelagert, und im Bereich des Supports sind abdichtend darüber elastische Dichtungen angebracht.

Im unteren Bildteil erkennt man den endseitigen Montage­ profilabschnitt 5 der mit der Schiene 1 verschraubt ist.

Fig. 2 zeigt die Anordnung teilweise geschnitten und die Schiene 1 links im Bild verkürzt. Sie kann sich in belie­ biger Länge erstrecken. Der Support 2 läuft mit den Rollen 40 auf den Führungsstangen 4, wobei insgesamt vier derar­ tige Rollen, je zwei zu jeder Seite, vorgesehen sind. In dem endseitig angesetzten Montageprofilabschnitt 5 ist mittig ein Stoßdämpfer D eingebaut, dessen Stößel auf den Anker des Linearmotors gerichtet ist.

In dem Support 2 ist der Mitnehmer 20 eingelagert. Er er­ streckt sich mit dem Weicheisenkern WK, der zentral ge­ schnitten dargestellt ist, in den Freiraum der Schiene 1. Stirnseitig ist die Positionssonde PS daran mit einer Hö­ henjustageschraube gehalten. Unter ihr befindet sich das Schrittcodeband SB, das in dichter Folge magnetische Schrittmarkierungen trägt.

Auf dem Weicheisenkern WK befinden sich Wicklungen W1, W2 in alternierenden Folge verschaltet, und auf der gegen­ überliegenden Seite liegen ebensolche Wicklungsgruppen, die im Bild unsichtbar sind. Es sind jeweils die Anschlüs­ se zu den komplementären Wicklungen auf der anderen Seite des Weicheisenkerns zu erkennen. Vor den Wicklungen W1, W2 sind in gleicher Flächengröße Permanentmagnete M1, M2 des Stators in alternierender Polarität angeordnet und von ei­ nem Weicheisenträger T1 dort gehalten. Diese Feldmagnete sind in der Längserstreckung L um einen Bruchteil B der­ selben voneinander beabstandet und um etwa diesen Bruch­ teil B schräg gestellt. Im oberen Bereich des Mitnehmers 20 erkennt man das Abdeckband AB, das mit einem Ausschnitt SCH gezeichnet ist, so daß man den darunterliegenden Be­ reich des Mitnehmers 20 erkennen kann. Durch den Frei­ schnitt des Mitnehmers 20 erkennt man auch die durchlau­ fend gezeichneten Magnetdichtungsstreifen MD auf dem das Abdeckband AB außerhalb des Supports dicht aufliegt. Rechts vom Support erkennt man im gezeichneten Freischnitt die Permanentmagnete M3, M4 der rückseitigen Magnetanord­ nungen. Durch den symmetrischen Aufbau kompensieren sich die Querkräfte der Magnete M1, M3; M2, M4 auf den Weichei­ senkern WK und auf die Wicklungen W1, W2 etc., also in Be­ zug auf den gesamten Anker.

Fig. 3 zeigt den herausgenommenen Antrieb 3 an dem man noch einmal den Weicheisenkern WK der durch Mitnehmer­ schrauben MS mit dem Mitnehmer 20 verschraubt ist, erkennt. Stirnseitig ist die Positionssonde PS angeordnet, und auf dem Weicheisenkern WK sieht man die alternierenden Wicklungsgruppen W1, W2. Die Justageschrauben J fixieren den Mitnehmer 20 in dem nicht gezeigten Support in Längs­ richtung.

Fig. 4 zeigt die Vorrichtung perspektivisch von unten mit den Ausschnitten wie in Fig. 2, wodurch die Gesamtkon­ struktion noch weiter verdeutlicht wird. Insbesondere sind drei der Lagerenden der insgesamt vier Rollen 40 zu sehen.

Claims (11)

1. Positioniervorrichtung mit einer Schiene (1), an der ein Support (2) längsverschieblich gelagert ist, von dem sich ein Mitnehmer (20) in eine Längsaussparung der Schie­ ne (1) erstreckt, der mit einem Antriebsmittel (3) verbun­ den ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel (3) ein Li­ nearmotor ist, dessen Motorwicklungen (W1-W3) am Mitneh­ mer (20) angeordnet sind und dessen Permanent-Feldmagnete (M1-M4) auf einem Weicheisenträger (T1, T2) neben den Motorwicklungen (W1-W3) innen an der Schiene (1), ab­ schnittweise in der Schienelängsrichtung mit wechselnder Polarität auf die Motorwicklungen (W1-W3) gerichtet, an­ geordnet sind, die in ihrer Längsausdehnung (L) jeweils etwa derjenigen der Permanent-Feldmagnete (M1-M4) ent­ sprechen, und daß entlang der Schiene (1) ein schrittco­ diertes Positioniermaßband (SB) und dazu signalaufnehmend orientiert am Support (2) eine Positionssonde (PS) ange­ ordnet sind, deren Schrittsignale einer Steuervorrichtung zugeführt sind, die abhängig von einer jeweils vorgegebe­ nen Sollposition jeweils in einem Servobetrieb die Motor­ wicklungen (W1-W3) phasenversetzt so ansteuert, daß der Support (2) in die Sollposition verbracht und dort festge­ halten wird.

2. Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Linearmotor (3) in der Schiene (1) beidseitig des Mitnehmers (20) symmetrisch aufgebaut ist.

3. Positioniervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Mitnehmer (20) eine scheiben­ förmige Reihe mittig gelegener Motorwicklungen (W1, W2) befindet oder an einem mittig gelegenen tragenden lamel­ lierten Weicheisenkern (WK) beidseitig Motorwicklungen (W1, W2; W3 . . .) angeordnet sind.

4. Positioniervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weicheisenträ­ ger (T1, T2) aus lamelliertem Transformatorblech bestehen.

5. Positioniervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrittcodeband (SB) magnetisch codiert ist und in der Schiene (1) mittig unter dem Mitnehmer (20) dazu beabstandet angeordnet ist und die Positionssonde (PS) stirnseitig am Mitnehmer (20) angeordnet ist.

6. Positioniervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanent-Feld­ magnete (M1-M4) und die Wicklungen (W1-W3) um einen Bruchteil (B) ihrer Längsausdehnungen (L) zueinander beab­ standet sind und die Permanent-Feldmagnete (M1-M4) oder die Wicklungen (W1-W3) zueinander in der Längsrichtung um etwa diesen Bruchteil (B) schräggestellt sind.

7. Positioniervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß endseitig der Schiene (1) extrudierte Montageprofilabschnitte (5) ange­ schraubt sind, durch die die Weicheisenträger (T1, T2), der Weicheisenkern (WT) und die Führungsstangen (4) in Längsrichtung festgehalten sind

8. Positioniervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Schiene (1) und/oder den Montage- Profilabschnitten (5) in einer zentralen Aussparungen im Mitnehmer (20) jeweils ein Stoßdämpfer (D) angeordnet ist.

9. Positioniervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung der Schiene (1) mit einem ferromagnetischen Abdeckband (AB), das im Support (2) über den Mitnehmer (20) verschieblich geführt ist, außerhalb des Supports (2) abgedeckt ist, in­ dem es dort beidseitig auf Magnetdichtungsstreifen (MD) an der Schiene (1) lösbar gehalten ist.

10. Positioniervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (20) mit seitlichen Ansätzen (21) in Längskanälen der Schiene (1) gehalten und mit Justierschrauben (J) in der Längsrichtung festgelegt ist.

11. Positioniervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrittcodeband (SB) und/oder die Magnetdichtungsstreifen (MD) und/oder das Abdeckband (AB) in Profilvertiefungen der Schiene (1) eingelagert sind.