DE2718489A1

DE2718489A1 - Lineartransportmechanismus

Info

Publication number: DE2718489A1
Application number: DE19772718489
Authority: DE
Inventors: Gilbert Belmont Bonner; Joseph Leo Dessel
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1977-04-26
Publication date: 1977-12-15
Also published as: US4037122A; GB1531114A; IT1115479B; CA1079784A; JPS52146814A; FR2353987A1; FR2353987B1; JPS6042701B2

Description

Anmelderin:

Amtliches Aktenzeichen:

Aktenzeichen der Anmelderin:

Vertreter:

Bezeichnung:

Böblingen, dßiL· 22, .Ao^.1 1 ker-rs-rz I I loHöy

977

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504 USA

Neuanmeldung
EN 976 023

Patentanwalt Dipl.-Ing. G.BRUGE Sindelfinger Straße 49 7030 Böblingen

Lineartransportmechanismus

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Lineartransportmechanismus entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Elektrische Linearmotoren mit einem magnetischen gezahnten Motorständer und einem magnetischen Anker mit Kern und Wicklungen zur Erzeugung von schrittweisen Relativbewegungen bei der aufeinanderfolgenden Erregung der vorgesehenen Wicklungen sind wohlbekannt. In der US-PS 3 867 676 und der entsprechenden DT-OS 24 44 492 ist ein solcher Linearschrittmotor beschrieben.

Dieser Motor hat einen Ankeraufbau mit E-förmigen Kernen. Die Ε-Kerne weisen an den Polen gezahnte Oberflächen auf, die mit den gegenüberstehenden Zähnen des Motorständers zusammenwirken.

Die Ε-Kerne sind in einer starren Rahmenanordnung befestigt mit Rollen über bzw. unter der oberen und unteren gezahnten Motorständeroberflache. Der Rahmen und die Rollen sind für einen gegebenen Luftspalt zwischen den Polflächen der E-Kerne !und der oberen und unteren Oberfläche des Motorständers ausgelegt. Bei vielen Anwendungen von Linearschrittmotoren, wie ιz. B. für Serien-Zeilendrucker entsprechend der deutschen Patentanmeldung P 27 15 258.5, ist eine präzise Schritt-Ifunktion erforderlich. Dazu ist eine sehr genaue Ausrichtung von Motor und Luftspalt erforderlich und diese Ausrichtung auch ohne Veränderungen während sehr hoher mechanischer Beanspruchung aufrechtzuerhalten. Bei der Ausführung des Motors nach der DT-OS 24 44 492 läßt sich die Garantie der erforderlichen präzisen Ausrichtung und des Luftspalts nur unter hohem Fabrikationsaufwand erzielen. Toleranzvariationen bei der Montage der Ε-Kerne und Rollen in den Rahmenteilen und die Parallelität der oberen und unteren Ständeroberflächen machen sehr leicht die erforderliche Luftspaltgröße und Ausrichtung der E-Kernpolzähne zunichte und beeinflussen damit die Präzision der Schrittfunktion des Motors.

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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein demgegenüber verbesserter Lineartransportraechanismus mit einem Linearschrittmotor, dessen verbesserter Aufbau die vorgenannten Probleme löst; die Absicherung einer präzisen Ausrichtung der entscheidenden magnetischen Bauteile ohne Nachstellung soll erreichbar sein; ein vorgegebener Luftspalt soll dabei auch bei geringfügigen Fabrikationstoleranzen garantierbar sein; ein Hauptgesichtspunkt ist die einfache Konstruktion, Montage und Wartung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nach der vorliegenden Erfindung werden die verwendeten Führungsrollen direkt an den Magnetkernen angeordnet. Auf diese Weise läßt sich der Luftspalt sehr leicht in bezug auf die Führungsoberfläche des Motorständers fixieren. Des weiteren lassen sich nach der vorliegenden Erfindung die Magnetkerne direkt mit einer Tragkonstruktion verbinden, die automatisch Abweichungen der Motorständerdicke ausgleicht. Die Tragkonstruktion ist nach der vorliegenden Erfindung so ausgelegt, daß sie in vertikaler Richtung relativ flexibel gegenüber Abweichungen der Motorständerdicke, jedoch in horizontaler Richtung stabil bei der präzisen Aufrechterhaltung der Aus-

ι richtung der oberen und unteren Magnetkerne ist. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält die Tragkonstruktion Verbindungsplatten aus Federstahl oder dergleichen mit hori-_{zontal ausgebildeten oberen und unteren Tragarmen. Die oberen Tragarme sind fest mit dem oberen Magnetkern verbunden, wohingegen die unteren Arme mit dem unteren Magnetkern verbunden sind. Die Arme sind so ausgelegt, daß sie sich biegen, wenn sie Kräften in der Ebene der Verbindungsplatte ausge-

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setzt werden, daß sie jedoch verhältnismäßig unverformbar sind, wenn Kräfte In Richtung der Bewegung wirken.

Die Verbindungsplatten können sehr einfach durch Stanzen hergestellt werden und machen somit die Fertigung einfach und relativ wenig aufwendig. Wegen der Flexibilität der Verbindungsplatten in ihrer Ebene werden geringe Abweichungen der Dicke des Motorständers leicht unter Einhaltung präziser Luftspalttoleranzen kompensiert. Somit ist eine konstante magnetische Kraft erzielbar, wobei der Transportmechanismus präzise betrieben werden kann.

Ein gewähltes Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht des Ausführungs-i

beispiels des Lineartransportmechanismus entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Mechanismus gemäß Fig. 1 mit abgenommenen Läuferrahmenteilen;

Fig. 3 eine Stirnansicht des Lineartransportmechanismus gemäß Fig. 1 mit ebenfalls zum Teil abgenommenen Läuferteilen;

Fig. 4 eine Seitenansicht der Magnetkernkonstruktion;

Fig. 5 die Ansicht einer der Verbindungsplatten entsprechend der Erfindung.

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Entsprechend den Darstellungen In den Zeichnungen enthält der betrachtete Lineartransportmechanismus 10 einen Motorständer und einen Motorläufer 12. Entsprechend der bekannten, In der genannten DT-OS 24 44 492 dargestellten Ausführung 1st der Motorständer 11 fest mit einer (nicht dargestellten) Tragkonstruktion verbunden; der Motorläufer 12 1st darauf bewegbar. Entsprechend anderen Verwendungen könnte der Motorläufer 12 auch fest angeordnet werden und der Motorständer 11 bewegbar. Wie dem auch sei, erfolgt die Bewegung In jedem Falle In Richtung der Längsachse des Motorständers 11, wie dies durch den Zwelrlchtungspfell 13 angedeutet 1st.

Der Motorständer 11 besteht vorzugsweise z. B. aus einer Vielzahl von Lamellen 14 (gemäß Fig. 3) aus magnetisierbarem Material, die mittels zweier Führungsschienen 15 und 16 zusammengehalten werden. Auskehlungen 17 und 18 (gemäß'Fig. 2) sind in der oberen und unteren parallelen Oberfläche des Lamellenpakets 14 vorgesehen und lassen gleichmäßig ausgebildete Zähne 19 und 20 übrig, die sich in Richtung der Längsachse des Ständers 11 folgen. Die Zähne 19 in der oberen Oberfläche des Ständers 11 sind auf die Zähne 20 in der unteren Ständeroberfläche ausgerichtet. Die Führungsschienen 15 und 16 werden vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das gute Verschleißeigenschaften hat, wie z. B. Stahl, und sind so ausgebildet, daß sie einwandfreie obere und untere Führungsflächen für den Motorläufer 12 anbieten.

Bei der Herstellung des Motorständers 11 werden die magnetisierbar en Lamellen zuerst mit den Auskehlungen 17 und 18 versehen, um die Zähne 19 und 20 auszubilden; nach Ausrichtung werden sie mittels der Schienen 15 und 16 zu einem kompakten Paket verbunden, das eine Dicke aufweist, die etwas größer als

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verlangt ist. Dann werden alle vier Oberflächen des Ständers 11 auf die erforderlichen Dimensionen heruntergeschliffen. Während des Schleifens können u. U. geringe Toleranzabweichungen zwischen der oberen und unteren Fläche des Ständers 11 auftreten, wenn nicht extrem präzise gearbeitet wird. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist der Motorläufer 12 ;jedoch so ausgebildet, daß er automatisch Dickenabweichungen des Motorständers 11 ausgleicht, wenn der Motorläufer 12 sich in Richtung des Pfeiles 13 relativ hin oder her bewegt.

,Beim AusfUhrungsbeispiel nach der Erfindung enthält der Motorläufer 12 eine obere und eine untere Magnetkonstruktion, die jeweils die Form von E-Kernen 21 und 22 aufweisen. Viie sich sehr gut in den Fign. 2 bis 4 erkennen läßt, besteht auch der E-Kern 21 aus Lamellen 23 magnetisierbaren Materials mit Polschenkeln 24, die in mit Zähnen 25 versehenen Polflächen enden. Die Polschenkel 24 tragen Erregungsspulen 26 mit einer oder mehreren Wicklungen, die mit einer äußeren Energiequelle über ein flexibles Flachkabel 27 verbunden sind. An den äußeren entgegengesetzten Enden weist der E-Kern 21 Fortsätze 28 und 29 auf, mit denen je zwei Paare von Rollen 30 und 31 verbunden sind. Die Rollen 30 und 31 sind mittels Wellen 32 und 33 so befestigt, daß eine ausgezeichnete Ausrichtung mit dem oberen Rand der Führungsschienen 15 und 16 gewährleistbar ist. Die Rollen 30 und 31 sind präzise ausgebildet und die Wellen 32 und 33 ebenfalls präzise in den Fortsätzen 28 und 29 gelagert, so daß sich ein präziser Luftspalt 34 zwischen den Zähnen 25 der Polschenkel 24 des E-Kerns 21 und den Zähnen 19 auf der oberen Oberfläche des Motorständers 11 gewährleisten läßt, wenn die Rollen 30 und 31 in Berührung mit den !Führungsschienen 15 und 16 stehen.

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In gleicher Weise 1st der E-Kern 22 mit einer Vielzahl von Lamellen 35 ausgebildet mit Polschenkeln 36, die in Oberflächen mit Zähnen 37 enden. Die Erregungsspulen 38 weisen wiederum eine oder mehrere Wicklungen auf, die auf den Polschenkeln angeordnet und mit den Spulen 26 des E-Kerns 21 und mit der externen Energiequelle über das Flachkabel 27 verbunden sind. Die Verbindungen der Wicklungen der Spulen 26 und 38 der E- j Kerne 21 und 22 können verschiedenartig durchgeführt sein, j vorzugsweise jedoch bifilar in Serie verbunden, wie dies in der bereits genannten DT-OS 24 44 492 zugrunde gelegt ist. ι

Wie der E-Kern 21 weist auch der E-Kern 22 Fortsätze 39 und 40 : auf. Zwei Paare von Rollen 41 und 42 auf Wellen 43 und 44 in den Fortsätzen 39 und 40 sind so angeordnet, daß sie auf dem ι unteren Rand der Führungsschienen 15 und 16 laufen. Die Größen der Rollen 41 und 42 sowie die Anordnung der Wellen 43 und 44 in den Fortsätzen 39 und 40 gewährleisten einen sehr präzisen Luftspalt 45 zwischen den Zähnen 37 der Polschenkel 36 des E-Kerns 22 und den Zähnen 20 auf der unteren Oberfläche des Motorständers 11.

Wie bereits ausgeführt wurde, ist der Motorläufer 12 so konstruiert, daß er automatisch Abweichungen der Motorständerdicke ausgleicht. Es ist sehr wesentlich, daß die E-Kerne 21 und 22 zueinander sehr präzise gehalten werden, so daß die Zähne 25 der Polschenkel 24 immer auf die Zähne 37 der Polschenkel 36 während der Bewegung ausgerichtet bleiben. Dazu ist der E-Kern 21 mechanisch direkt mit dem E-Kern 22 durch ein Paar von Verbindungsplatten 46 und 47 verbunden. Die Verbindungsplatten 46 und 47 sind so ausgebildet, daß sie in Längsrichtung kaum verformbar sind, jedoch flexibel in vertikaler Richtung, d. h. senkrecht zur Bewegungsrichtung. Da die

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beiden Verbindungsplatten 46 und 47 Identisch geformt sind, 'wird nur noch die Verbindungsplatte 46 In Einzelheiten welter erläutert.

Entsprechend Flg. 5 1st die Verbindungsplatte 46 aus dünnem Material hergestellt, vorzugsweise aus Metall wie z. B. Federstahl, obwohl auch andere Materlallen verwendet werden könnten. Bei Verwendung eines dünnen Materials können die Verbindungsplatten 46 und 47 leicht durch Stanzen hergestellt werden.

Während die Verbindungsplatten 46 und 47 auch abweichend von der dargestellten Form ausgebildet werden können, sind sie entsprechend dem gewählten Ausführungsbeispiel I-geformt. Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, hat die Verbindungsplatte 46 einen ; Mittelsteg 48, von dem die oberen Arme 49 und 50 und die unteren Arme 51 und 52 ausgehen. Die Arme 49 und 51 haben runde Löcher 53 und 54 für die Aufnahme und Befestigung der Wellen 42 und 43 der E-Kerne 21 und 22. Die Arme 50 und 52 haben Lang-¹ löcher 55 und 56 für die Aufnahme und Befestigung der Wellen i 33 und 44 der beiden E-Kerne 21 und 22. Die Länge der Arme 49 j bis 52 ist so ausgebildet, daß eine begrenzte Flexibilität ge- , geben ist. Der Abstand der Arme 49 und 51 sowie 50 und 52 ist ^! so gewählt, daß bei der Verbindung mit den E-Kernen 21 und 22 der Abstand zwischen den Rollensätzen kleiner ist als die minimale Breite der beiden Führungsschienen 15 und 16 des Motorständers 11. Aufgrund der Federeigenschaften der Arme 49 bis 52 ist somit für die Rollen 30, 31, 41 und 42 eine Vorspannung gegeben, die sie in ständiger Berührung mit den Führungsflächen der Führungsschienen 15 und 16 hält.

Während des Betriebes des Transportmechanismus 10, wenn die Wicklungen 26 und 38 geeignet erregt werden, bewegt sich der Motorlaufer 12 linear entlang des Ständers 11. Abweichungen

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in der Dicke des Ständers 11 lassen die Rollen 30, 31, 41 und 42 mittels der Arme 49 bis 52 federn. Die Arme 49 bis 52 glei- j chen damit Toleranzen in der Dicke des Ständers 11 aus, wobei die beiden Luftspalte 34 und 45 im wesentlichen konstant gehalten werden.

Wenn der Transportmechanismus nach der vorliegenden Erfindung für einen Druckmechanismus, wie z. B. in einem Scheibendrucker, verwendet wird, wird ein Trägerrahmen 60 mit dem E-Kern 21 vorzugsweise mittels Befestigung auf den Wellen 32 und 33 verbunden. Rollen 61 sind im Rahmen 60 angeordnet, um Kontakt ' mit den senkrechten Seiten der Führungsschienen 15 und/oder 16 zu halten. Es besteht dabei keine feste Verbindung zwischen dem Rahmen 60 und dem E-Kern 22, womit dessen freie senkrechte Bewegung gegenüber dem E-Kern 21 gegeben ist.

Die Erfindung wurde anhand der Anordnung mit den E-Kernen 21 und 22 beschrieben, welche mittels des oberen und unteren

parallelen Randes des Motorständers 11 geführt werden. Es ist selbstverständlich, daß der Gegenstand der vorliegenden {Erfindung auch für eine um 90° um die waagrechte Achse gedrehte Anordnung zutrifft.

ZUSAMMENFASSUNG

Es wurde ein Lineartransportraechanismus beschrieben mit einem gezahnten magnetisierbaren Motorständer und einem Motorlaufer mit einem Paar von Ε-Kernen zu beiden Seiten des Motorläufers. Führungsrollen sind direkt mit den Ε-Kernen verbunden und laufen auf dem Motorständer unter Einhaltung eines vorgegebener Luftspaltes zwischen dem Motorständer und den PoIflachen der Ε-Kerne. Die Ε-Kerne sind mit I-förmigen Verbindungsplatten

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Lineartransportmechanismus, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

ein länglich ausgebildeter magnetisierbarer Motorständer (11) mit parallelen Führungsschienen (15, 16); ein Motorläufer (12), welcher magnetisch mit dem Motorständer gekoppelt ist und welcher eine Relativbewegung gegenüber dem Motorständer in dessen Längsrichtung auszuführen gestattet;
der Motorlaufer enthält:

eine erste und eine zweite Magnetanordnung, die mit dem Motorständer magnetisch so gekoppelt sind, daß eine Antriebsarbeit leistbar ist; erste Rollen (30, 31) an der ersten Magnetanordnung und zweite Rollen (41, 42) an der zweiten Magnetanordnung, wobei diese Rollen auf den parallelen Rändern der parallelen Führungsschienen des Motorständers laufen können und dabei einen gegebenen Luftspalt (34, 45) zwischen den beiden Magnetanordnungen und den magnetisch wirksamen Oberflächen des Motorständers zu halten geeignet sind;

eine Verbindungsanordnung zwischen der ersten und der zweiten Magnetanordnung, welche die Berührung der ersten Rollen mit den ersten Rändern und der zweiten Rollen mit den zweiten Rändern der Motorständer-Führungsschienen (15, 16) gewährleistet, wobei die Verbindungsanordnung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Motorläufers elastisch ausgebildet ist, so daß Abweichungen in der Breite der Motorständer-Führungsschienen ausgleichbar sind.

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnetanordnungen als zwei magnetisierbare E-Kerne (21, 22) ausgebildet sind, daß diese beiden Ε-Kerne jeder mehrere in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnete Polschenkel (24, 36) aufweisen,

daß die beiden Ε-Kerne beiderseits der Polschenkel sich in gleicher Richtung erstreckende starre Fortsätze (28, 29, 39, 40) aufweisen und

daß die ersten und zweiten Rollen (30, 31, 41, 42) in Verbindung mit diesen Fortsätzen drehbar gelagert sind.
3. Mechanismus nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verbindungsanordnung mindestens eine flache Verbindungsplatte (46, 47) mit mit der ersten und der zweiten Magnetanordnung verbundenen Armen (49 bis 52) aufweist und

daß diese Arme senkrecht zur Bewegungsrichtung des j Motorläufers (12) flexibel ausgebildet sind. i
4. Mechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flachen Verbindungsplatten (46, 47) aus Feder- ■ stahl oder einem ähnlichen elastischen Material hergestellt sind.
5. Mechanismus nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Rollen (30, 31, 41, 42) mittels Wellen (32, 33, 43, 44) mit den Armen (49 bis 52) der Verbindungsplatte(η) (46, 47) verbunden sind.

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Mechanismus nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlöcher (53 bis 56) in den Verbindungsplattenannen (49 bis 52) einen solchen Abstand senkrecht zur Läuferbewegungsrichtung aufweisen, daß die Rollen (30, 31, 41, 42) mit Vorspannung auf die Führungsschienen (15, 16) gedrückt werden und eine ständige Berührung zwischen Rollen und Führungsschienen gewährleistbar ist.

Mechanismus nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß für mit dem Mechanismus (10) zusammen bewegbare Teile mindestens ein Trägerrahmen (60) vorgesehen ist, der nur mit der einen der beiden Magnetanordnungen (E-Kern 21) fest verbunden/ausgerichtet ist.

Mechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Trägerrahmen (60) mit mindestens einer Führungsrolle (61) ausgestattet ist/sind, deren Achse senkrecht zur Achse der Rollen (30, 31, 41, 42) der Magnetanordnungen und senkrecht zur Läuferbewegungsrichtung steht,

wobei diese Führungsrolle(n) seitlich auf mindestens einer der parallelen Führungsschienen (15, 16) des Motorständers(11) laufen kann/können.

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