DE19853250A1 - Linearmotor und Sekundärteil für einen Linearmotor - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Linearmotor mit einem Läufer (70) und einem Sekundärteil (80), wobei der Sekundärteil (80) eine Abdeckung (40) zum Schutz gegen mechanische Beschädigungen, aggressive Flüssigkeiten etc. trägt. Die Abdeckung (40) weist schwach magnetisierbares Material auf und wird von den Magnetelementen (30) des Sekundärteils am Ort gehalten, muß also nicht zusätzlich durch Klebung etc. befestigt werden und kann einfach ausgetauscht werden. DOLLAR A Vorzugsweise ist die Abdeckung einstückig auf den Sekundärteil, der aus mehreren Sekundärteilelementen bestehen kann, aufgelegt und trägt einen Maßstab zur Positionsregelung des Motors.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Linearmotoren und insbesondere auf Linearmotoren, deren Sekundärteil ab­ gedeckt ist.

Im allgemeinen besteht ein Linearmotor aus einem zumeist feststehenden Sekundär- oder Reaktionsteil, in dem im Fall eines Synchronlinearmotors eine Anzahl Magnetelemente (Permanentmagnete) aneinander gereiht sind und eine Lauf­ bahn für einen relativ dazu beweglichen Läufer definieren. Der Läufer wechselwirkt mit den Magneten des Sekundärteils und setzt diese Wechselwirkung in einer translatorischen Bewegung um.

Derartige Linearmotoren werden in verschiedenen Gebieten der Technik als Antriebe eingesetzt, beispielsweise bei Werkzeugmaschinen, Bearbeitungsmaschinen wie Bohr-, Fräs-, Dreh-, Bestückungs- oder Bondingautomaten bis hin zu Fahr­ zeugantrieben bei Magnetschwebebahnen etc.

Die Baulänge der Laufbahn richtet sich nach dem Einsatz­ zweck des Linearmotors und muß mindestens so lang sein wie der erforderliche Verschiebeweg Plus der Länge des Läufers. Um bei der Gestaltung verschieden langer Linearmotoren fle­ xibel zu sein, sind deshalb die Sekundärteile aus kürzeren Sekundärteilelementen aufgebaut, die bis zur gewünschten Länge aneinandergereiht werden.

Die dabei entstehenden Stoßfugen sind allerdings insbeson­ dere bei rauhen Betriebsbedingungen nachteilig, da sich Staub, Betriebsflüssigkeiten, agressive Stoffe etc. darin sammeln könnten. Auch tritt es häufig auf, daß feste Bau­ teile, Werkzeugstücke etc. auf die Laufbahn gelangen, bei­ spielsweise wenn bei einem Bohrautomaten Bohrer abbrechen. Im ungünstigsten Fall können diese festen Stoffe vom Läufer des Motors ergriffen und im Bereich der Stoßfugen in den Sekundärteil getrieben werden.

Um dies zu vermeiden ist es üblich, die Laufbahn mit einer Abdeckung zu versehen, wobei die Abdeckung normalerweise als Kunststoff-Folie ausgebildet ist, die auf die Laufbahn des Sekundärteils aufgeklebt wird. Häufig gelingt es dabei jedoch nur ungenügend, die Stoßfugen zu egalisieren, so daß Unebenheiten entstehen, die vorzugsweise der oben dargestellten mechanischen Belastung ausgesetzt sind; aber auch die anderen Bereiche können relativ leicht beschädigt werden. Somit müssen die Kunststoff-Folien von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden, was, wegen der Verklebung der Bahnen am Sekundärteil, relativ zeit- und kostenaufwendig ist und Maschinenstillstandszeiten verursacht.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sekundärteil für einen Linearmotor und einen Linearmo­ tor anzugeben, bei denen eine Abdeckung die Lauffläche des Sekundärteils zuverlässig schützt und wobei die Abdeckung einfach austauschbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. durch einen Linearmotor nach An­ spruch 11; die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß weist die Abdeckung des Sekundärteils ma­ gnetisierbares Material auf.

Zwar geht man im allgemeinen davon aus, daß in den Luft­ spalt eines Linearmotors, d. h. zwischen Sekundärteil und Läufer, kein magnetisches Material eingebracht werden darf, weil dadurch der Magnetfluß zwischen Läufer und Sekundär­ teil beeinträchtigt werden würde. Demgegenüber hat der Er­ finder erkannt, daß diese an sich nachteilige Wirkung sich auch positiv ausnutzen läßt. Indem die Abdeckung aus magne­ tisierbarem Material besteht, kann sie einfach auf die Se­ kundärteiloberfläche gelegt werden und haftet ohne Zusatz weiterer Mittel allein durch die Wirkung der Magnetelemente im Sekundärteil.

Dabei kann die Abdeckung einstückig aus magnetisierbarem Material bestehen, oder ein nichtmagnetisches Material kann in Teilbereichen mit magnetischen Flächen versehen sein, beispielsweise Streifen, die sich längs der Laufbahn er­ strecken und mit der Sekundärteiloberfläche in Kontakt ste­ hen. Da die Verluste aufgrund von magnetischem Material im Luftspalt einerseits proportional zur Schichtdicke und andererseits proportional zur Tragfähigkeit sind, sollte das magnetisierbare Material eine Sättigungsinduktion von nicht mehr als 1,5 Tesla aufweisen, bei einer Schichtdicke von vorzugsweise weniger als 0,5 mm. Damit eine ausrei­ chende Haftkraft erzielt wird, sollte eine Mindestsätti­ gungsinduktion von 0,3 Tesla vorliegen, und um eine ausrei­ chende Funktion der Abdeckung als Schutz gegen mechanische Beanspruchung sicherzustellen, sollte eine Mindestschicht­ dicke von 0,1 mm vorliegen. Ein geeignetes Material ist beispielsweise Edelstahl mit einer Sättigungsmagnetisierung von ≦ 1,5 Tesla.

Abdeckungen im Bereich der obengenannten Angaben haften ei­ nerseits ausreichend fest am Sekundärteil, bieten Schutz gegen mechanische Beschädigungen und können über die ge­ samte Länge der Laufbahn einstückig aufgebracht werden und beispielsweise als Rollenmaterial geliefert werden; die Leistungsverluste liegen etwa im Bereich von 5 bis 6% der ursprünglichen Schubkraft.

Da das Material ausreichend fest gegen mechanische Bean­ spruchungen ist und positionsstabil als einstückige Bahn auf den Sekundärteil ausgelegt werden kann, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ein Längenmaßstab auf das Material aufgebracht, beispielsweise durch Einprägen, Be­ drucken, Bekleben etc. Derartige Längenmaßstäbe sind für den Betrieb eines Linearmotors zur Positionsregelung erfor­ derlich und wurden bisher seitlich am Sekundärteil ange­ bracht und mit einem Lesekopf am Läufer abgelesen. Diese seitliche Anbringung hat allerdings den Effekt, daß bei ei­ ner möglichen horizontalen Verkantung des Läufers gegen den Sekundärteil, und damit gegen den Maßstab ein Meßfehler in Längsrichtung des Maßstabs auftreten kann. Wenn demgegen­ über der Maßstab auf der Abdeckung des Sekundärteils ange­ bracht ist, vorzugsweise in der Mitte der Laufbahn, führt eine Verkantung des Läufers lediglich zu einer seitlichen Verschiebung des Lesekopfs am Maßstab, nicht jedoch zu ei­ ner Verschiebung in der Längsrichtung, so daß mit der er­ findungsgemäßen Ausgestaltung zusätzlich noch eine Erhöhung der Positionsmeßgenauigkeit erzielt werden kann.

Einzelheiten hinsichtlich der Ausgestaltung des Maßstabes werden hier nicht aufgeführt, da solche Maßstäbe, wie dar­ gestellt, dem Fachmann bekannt sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der bei­ gefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Sekundärteilelement ohne Abdeckung in Aufsicht,

Fig. 2 einen Seitenquerschnitt durch ein Sekundärteilele­ ment mit Abdeckung,

Fig. 2a ein Detail der Fig. 2,

Fig. 3 eine Aufsicht auf ein Sekundärteilelement mit Abdec­ kung,

Fig. 4 eine Vorderansicht des Linearmotors mit Querschnitt durch den Sekundärteil,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Linearmotors und

Fig. 6 einen schematischen Längsschnitt durch den Linearmo­ tor mit dem Verlauf der magnetischen Feldlinien.

Da der konstruktive Aufbau eines Sekundärteils für einen Linearmotor im einzelnen als bekannt vorausgesetzt werden kann, wird er im folgenden nur kursorisch beschrieben.

Gemäß den Fig. 1 und 2 sind auf einer Bodenplatte 10 in einer Reihe Magnetelemente 30 mit Abstand zueinander ange­ ordnet. Diese Magnetelemente sind mit einer Kunstharzver­ gußmasse 20 vergossen, die die Magnetelemente mit Ausnahme des Bodens allseitig umgibt, so daß ein kompaktes Sekundär­ teilelement 80 gebildet ist, das über Bohrlöcher 50 und Schrauben 52 einer geeigneten Position montiert werden kann.

Bei den erfindungsgemäßen Sekundärteil- bzw. Sekundärteil­ elementen ist eine Abdeckung 40 aus schwach magnetischem Material wie beispielsweise Edelstahl vorgesehen. Diese Ab­ deckung ist in eine Ausnehmung in der Vergußmasse 20 einge­ legt, wie insbesondere aus der Fig. 2a ersichtlich ist. Die Ausnehmung kann während des Vergießens der Magnetelemente ausgebildet werden oder auch durch einen separaten Fräs­ schritt. Die Tiefe der Ausnehmung sollte etwa der Blech­ dicke entsprechen, damit eine im wesentlichen ebene Ober­ flache des Sekundärteils erzielt wird.

Fig. 4 zeigt einen Linearmotor, wobei der Läufer 70 über einen Luftspalt 60 mit dem Sekundärteilelement 80 wechsel­ wirkt. Der Aufbau des Läufers 70 mit Anschlüssen 72 etc. ist allgemein bekannt und wird hier nicht näher erläutert.

Fig. 5 zeigt den Linearmotor in Seitendarstellung. Aus die­ ser Darstellung ist ersichtlich, daß mehrere Sekundärteil­ elemente 80 aneinandergereiht werden, um eine gewünschte Sekundärteillänge zu erzielen.

Zwar ist es grundsätzlich möglich, jedes einzelne Sekundär­ teilelement mit einer separaten Abdeckung 40 zu versehen, wie in Fig. 3 dargestellt ist, wobei aber die Stoßfugen 82 zwischen aneinandergrenzenden Sekundärteilelementen sich bis zur Oberfläche der Laufbahn fortsetzen.

Deshalb wird bevorzugt ein durchgängiges Bahnmaterial für die Abdeckung verwendet, das beispielsweise als Rollenmate­ rial angeliefert werden kann und durchgängig von einem Ende der Laufbahn bis zum anderen Ende aufgebracht werden kann. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn das Bahn­ material einen Maßstab trägt, der über einen entsprechenden Lesekopf am Läufer erfaßt werden kann. Der Maßstab ist vor­ zugsweise in der Mitte des Bahnmaterials bzw. der Abdeckung angebracht, wie schematisch durch die Mittellinie in Fig. 3 dargestellt ist.

Da die Abdeckung durch alle Magnetelemente des Sekundär­ teils am Ort gehalten wird, ist sie zuverlässig gegen Horizontalverschiebungen geschützt. Um andererseits die Ab­ deckung zu entfernen, kann sie einfach angehoben werden, wobei jeweils immer nur die Wirkung eines Magnetelementes zu überwinden ist.

Fig. 6 zeigt schematisch den Feldlinienlauf im eingeschal­ teten Linearmotor, wobei die Zähne des Ankers im Läufer mit 74₁, . . ., 74₄ bezeichnet sind.

Der Feldlinienverlauf wurde mit Hilfe der Methode der fini­ ten Elemente berechnet und zeigt den Einfluß der magneti­ schen Abdeckung 40 auf das Magnetfeld.

Claims (12)

1. Sekundärteil für einen Linearmotor mit Magnetelementen (30), die eine Laufbahn für den Läufer (70) des Linearmo­ tors definieren, und einer flachen Abdeckung (40) der Laufbahn, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (40) magnetisierbares Material aufweist.

2. Sekundärteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung einstückig aus magnetisierbarem Material besteht.

3. Sekundärteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung zumindest einen längs der Laufbahn verlaufenden Streifen aus magnetisierbarem Material aufweist.

4. Sekundärteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine Sättigungsinduktion von maximal 1,5 Tesla aufweist.

5. Sekundärteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisier­ bare Material eine Sättigungsinduktion von mindestens 0,3 Tesla aufweist.

6. Sekundärteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung eine Dicke von weniger als 0,5 mm aufweist.

7. Sekundärteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung eine Dicke von mindestens 0,1 mm aufweist.

8. Sekundärteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisier­ bare Material Edelstahl ist.

9. Sekundärteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Abdeckung einen längs der Laufbahn verlaufenden Maßstab trägt.

10. Sekundärteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzahl von längs der Laufbahn aneinandergereihten Sekundärteilelementen, wo­ bei die Abdeckung sich einstückig über alle Sekundärteil­ elemente erstreckt.

11. Sekundärteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Anzahl von längs der Laufbahn aneinandergereihten Sekundärteilelementen (80), wobei jedes Sekundärteilelement eine eigene Abdeckung aufweist.

12. Linearmotor mit einem Läufer und einem Sekundärteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärteil nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.