DE2922444A1 - Druckmittelbetaetigter linearmotor - Google Patents

Description

Festo-Maschinenfabrik Gottlieb Stoll 7300 Eßlingen / Ή

Druckmittelbetätiger Linearmotor

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetätigten Linearmotor für eine Transportvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,

Derartige Linearmotoren werden insbesondere für Transportvorrichtungen verwendet, und ihr Abtriebsteil ist dann mit einem Transportwagen für die zu fördernden Güter verbunden. Auf diese Weise können auch große Abmessungen aufweisende Güter rohrpostähnlich gefördert werden. Eine entsprechende Transportvorrichtung ist in der DE-OS 27 57 924 beschrieben.

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Bei dem bekannten Linearmotor ist zur Sicherstellung eines störungsfreien Betriebes ein größeres radiales Spiel zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Magnetanordnungen und des Rohres notwendig. Bisher war man der Auffassung, daß man nur auf diese Weise die stets vorhandenen Oberflächenrauhigkeiten und Querschnittsungenauigkeiten des Rohres aufnehmen kann. Andererseits wäre es natürlichim Hinblick auf die magnetische Mitnehmkraft zwischen Kolben und Abtriebsteil vorteilhaft, wenn man die Größe des Gesamtluftspaltes zwischen den beiden Magnetanordnungen klein halten könnte. Man könnte dann zur Erzielung einer gewünschten Mitnehmkraft zwischen Kolben und Abtriebsteil des Idnearmotors kleinere und damit weniger schwere und insbesondere erheblich billigere Magnetanordnungen verwenden als bisher.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein druckmittelbetätigter Linearmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs so weiter gebildet werden, daß eine große Mitnehmkraft zwischen Kolben und Abtriebsteil erzielt wird und trotzdem kein Hängenbleiben von Kolben und Abtriebsteil am Rohr zu befürchten ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Linearmotor gemäß Anspruch 1.

Es wurde erkannt, daß die heutzutage zur Verfugung stehenden nicht magnetischen Rohrmaterialien eine so gute Oberflächenqualität aufweisen, daß an und für sich der Luftspalt

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zwischen den Magnetanordnungen und den Rohroberflächen gegenüber dem Stand der Sechnik erheblich vermindert werden könnte, obwohl sich hieraus in der Praxis bisher immer nicht hinnehmbare Betriebsstörungen ergeben haben. Es wurde nun aber erkannt, daß diese Betriebsstörung nicht auf Oberflächenrauhigkeiten und Querschnittsungenauigkeiten des Rohrmateriales zurückzuführen sind (sogar Stumpf verschweißungen von Bohrabschnitten können heute mit sehr guter Oberflächengüte durchgeführt werden), sondern darauf, daß sich auf den Bohroberflächen stets Schmutz und Verunreinigungen befinden, welche bei klein gewählten Spalten zwischen den Magnet anordnungen und den Rohroberflächen nicht mehr durch diese hindurchlaufen können sondern in diesen verkeilt werden· Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Linearmotor nicht mehr möglich, da die Abstreifringe des Abtriebsteiles bzw. die Dichtringe des Kolbens den unter die Magnetanordnungen einlaufenden leil der Rohr oberflächen sauber halten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in ünteransprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Aneprueh 3 wird erreicht, daß durch den Anpreßdruck der inneren und äußeren Abstreifringe kein Verformen des Drehmoment si.auf das Bohr ausgeübt wird, welches vorzugsweise geringe Wandstärke haben soll, damit der Gesamtluftspalt zwischen den Hagnetanordnungen klein gehalten werden kann.

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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist deshalb vorteilhaft, weil der Dichtring des Kolbens dann verhältnismäßig weich gewählt werden kann und zum großen Teil von Führungsaufgaben befreit werden kann. Hierdurch können die Reibungsverluste im Motor klein gehalten werden.

Bei einem Linearmotor gemäß Anspruch 5 erhält man eine sofort mit der Druckbeaufschlagung einsetzende und sofort mit der Beendigung der Druckbeaufschiagung zum Stillstand kommende Bewegung von Kolben und Abtriebsteil, was ein sehr genaues Positionieren des Abtriebsteils durch Schalten der Druckmittelversorgung ermöglicht. Außerdem braucht das Druckmittel keinen großen Druck aufzuweisen, da das Bewegen des Kolbens eher durch Mitnahme in einem Flüssigkeitsstrom als durch Differenzdruckbeaufschlagung erfolgt.

Gemäß Anspruch 6 läßt sich ein Linearmotor großer Länge realisieren.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 ist im Hinblick auf das Kleinhalten magnetischer Streufelder in der Umgebung des Abtriebeteilee von Vorteil. Auf diese Weist können unerwünscht· Bremskraft· verhindert werden, welche sonst beim Vorbeilaufen von Kolben und Abtriebsteil an magnetisierbaren Maschinenteilen entstehen.

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Bei einem Kolben gemäß Anspruch. 9 kann das Gewicht besonders klein gehalten werden. Außerdem wird durch die Wahl nicht magnetisierbaren Materiales für den Kolbenkörper im durch, das Abtriebsteil "begrenzten Innenraum ein stärker inhomogenes Magnetfeld erhalten, was im Hinblick auf eine hohe Mitnahmekraft vorteilhaft ist.

Auch der segmentierte Aufbau der Magnetanordnungen, wie er im Anspruch. 10 angegeben ist, trägt dazu bei, daß das Magnetfeld in axialer Richtung inhomogen ist, was wiederum das Mitnehmen des Abtriebsteiles durch, den Kolben begünstigt.

Bildet man den Kolben gemäß Anspruch. 11 aus, so kann er sehr präzise durch Anlaufen an einem starren Hindernis zum Halten gebracht werden. Ein weiterer Vorteil ist der, daß man auf diese Weise gemäß Anspruch. 12 einen insgesamt große axiale Abmessung aufweisenden Kolben herstellen kann, der durch, gekrümmte Rdrabschnitte bewegt werden kann, obwohl der radiale Abstand zwischen der inneren Magnet anordnung und der Eohrinnenwand nur klein ist. Man hat also einen langen Linearmotor mit gelenkig verbundenen Kolbenteilen und diesen zugeordneten, magnetisch gekoppelten, gegeneinander verschwenkbaren Abtriebsteilen. Ein derartiger Linearmotor kann somit eine große Traglast auf eine große Länge des Rohres verteilen, hat eine gute Mitnehmkraft zwischen Kolben und Abtriebsteil und kann trotzdem durch gekrümmte Rohrabschnitte bewegt werden.

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Nachstellend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die "beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt die einzige !Figur eine perspektivische Ansicht eines Linearmotors mit kleinem Luftspalt zwischen den Magnet anordnungen, wobei ein Abschnitt des Abtriebsteiles und des Eohres weggebrochen ist, un Einzelheiten des Kolbens zeigen zu können.

Die Zeichnung zeigt einen druckmittelbetätigten Linearmotor mit einem verhältnismäßig dünnen und verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweisenden Bohr 10 aus rostfreien und nicht magnetischem Material, z. B. nicht magnetischem Edelstahl, Messing oder einem gegebenenfalls faserverstärktem Kunststoff. Dieses Bohr besteht aus stumpf zusammengeschweißten oder zusammengeklebten Bohrsegmenten 12a, 12b mit dazwischenliegenden Schweißnähten 14, welch« sowohl auf der Bohrinnenseite ale auch auf der Bohraußenseite keine Oberflächennnstetigkeiten bilden. Im Bohr 10, das wahlweise von seinen beiden Enden her mit einer Druckmittelquelle bzw. einer Druckmittelsenke verbindbar ist, ist ein insgesamt mit 16 bezeichneter Kolben angeordnet. Auf dem Bohr 10 läuft ein insgesamt mit 18 bezeichnetes Abtriebsteil des Linearmotors. Am letzteren ist «ine nicht gezeigte Trageinrichtung für zu transportierende Güter befestigbar.

Der Kolben 16 hat «inen aui Aluminium oder tinea anderen nicht magnetischen Material mit geringem Oewiont gefertigtem

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Kolbenkörper. Dieser trägt axial aufeinanderfolgend Permanent-Ringmagnete 20, welche radial polarisiert sind und. zwischen denen Dietanzscheiben 22 angeordnet sind. Zu "beiden Seiten der insgesamt hohlzylindrischen Anordnung von Ringmagneten 20 trägt der Kolbenkörper teilweise in Nuten des letzteren einsitzende und über die Kolbenkörperoberfläche überstehende und im Gleitsitz auf der Rohrinnenwand laufende Gleitführungsringe 24. Axial außerhalb der Gleitführungsringe 24 ist jeweils ein elastomerer Dichtring 26 vorgesehen, der ebenfalls in einer Nut des Kolbenkörpers einsitzt. Die beiden Stirnflächen des Kolbens tragen jeweils einen Puffer 28, über den der Kolben 16 an einem nicht wiedergegebenen feststehenden Anschlag abgebremst werden kann. Die Puffer 28 dienen ferner zur gelenkigen mechanischen Kopplung mehrere Kolben 16, wie weiter genauer beschrieben wird.

Die äußeren Mantelflächen der Ringmagnete 20 haben geringen Abstand zur Innenwand des Rohres 10. Da aber die Anordnung der Ringmagnete 20 zu beiden Seiten durch die Gleitführungsringe 24 und die Dichtringe 26 abgeschlossen ist, ist es nicht möglich, daß von der Herstellung des Rohres 10 in diesem verbliebene Verunreinigungen oder vom Druckmittel (vorzugsweise öl oder eine Mischung aus 95 % Wasser und 5 % öl) mitgeschleppte Verunreinigungen in den kleinen Spalt zwischen der Außenseite der Ringmagnet anordnung des Kolbens und die Innenseite de* Rohres gelangt. Diese könnten zu eine» Verkleaaen des Kolben· 16 im Rohr 10 führen.

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Vielmelir werden derartige Verunreinigungen von den Dichtringen 26 - und falls sie doch einmal an diesen vorbeikommen sollten noch von den Gleitführungsringen 24 - vor dem Kolben 16 hergeschoben, so daß der Eingmagnet-anordnung stets ein sauberer Abschnitt der Rohrinnenwand gegenüberliegt.

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Das Abtriebsteil 18 des Linearmotors ist/wesentlich spiegelbildlich zum Kolben 16 aufgebaut, wobei die Spiegelfläche eine mitten zwischen den Rohroberflächen liegende Zylinderfläche ist. Dem Kolbenkörper entspricht so ein Hülsenteil 30_# welches aber im Hinblick auf die Verminderung des magnetischen Streufeldes aus magnetisierbarer Material hergestellt ist. Das Hülsenteil 30 umgibt axial aufeinanderfolgende Permanent-Ringmagnete 32, die wiederum in radialer Richtung, und zwar in gleicher Richtung wie die Ringmagnete 12, polarisiert sind und durch dazwischenliegende Distanzscheiben 34- getrennt sind. tJber elastomere Druckringe 36 sind die Ringmagnete 32 zwischen zwei ebenfalls aus magnetisierbarem Material gefertigte und mit dem Hüleenteil 30 verschraubte Stirnwände 38 eingespannt.

Die Stirnwände 38 haben eine das Rohr 10 unter geringem Spiel umgreifende mittige Öffnung 40, und in deren »it einem Material mit niederer Reibung, z. B. betrafluoräthylen "beschichteter innerer Umfangewand iet eine nach innen offene Nut 42 vor gesehen, in welcher ein Abetreifring 44 läuft. Die Abstreifringe 44 sorgen beim Abtriebeteil 18, bei de* die innere Mantelfläche der hohlzylindriechen. Magnetanordnung der

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Ringmagnete 32 nur geringen Abstand von der Oberfläche des Rohres 10 aufweist, dafür, daß keine Fremdkörper in den kleinen Spalt zwischen den Ringmagneten 32 und der Rohroberfläche eintreten können. Derartige Fremdkörper, welche auf der der Umgebungsatmosphäre ausgesetzten Rohroberfläche stets angetroffen werden, werden also von den Abstreifringen 44 weggeschoben, bevor sie die Ringmagnete 32 erreichen.

Dadurch, daß man den gesamten "Luft-"Spalt zwischen der durch die Ringmagnete 20 gebildeten inneren Magnetanordnung und der durch die Ringmagnete 32 gebildeten äußeren Magnetanordnung (diese besteht aus dem Abstand der Ringmagnete 20 von der Rohrinnenwand, der Wandstärke des Rohres 10 und dem Abstand der Ringmagnete 32 von der Rohr außenwand) nun sehr klein wählen kann (kleine Fremdkörper brauchen nicht mehr zwischen den Magnetanordnungen und den Rohroberflächen hindurchtreten zu können), erhält man eine sehr gute magnetische Kopplung zwischen den beiden Ringmagnet anordnung en und damit eine gute Übertragung der vom Druckmittel bereitgestellten Kraft auf das Abtriebsteil.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, flüchten, die Abstreifringe 44- und die Dichtringe 26 in radialer Richtung, so daß durch die Anpreßkraft auf das Rohr insgesamt kein Drehmoment ausgeübt wird. Durch diese Anordnung ist auch ein leichtes Bewegen von Kolben und Abtriebsteil über gebogene Rohrabschnitte hinweg möglich.

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Der oben beschriebene Linearmotor kann leicht für das Befördern schwerer Lasten modifiziert werden. Man braucht hierzu nur in einem Rohrabschnitt mit Hilfsentlüftung zwei Kolben 16 hintereinander so anzuordnen, daß sie mit ihren Puffern 28 aneinander anstoßen, und für jeden Kolben ein Abtriebsteil auf das Eohr aufzuschieben, welches dann durch Hagnetkräfte automatisch auf den zugehörigen Kolben ausgerichtet wird. Die !Drageinrichtung für die Güter wird, dann gelenkig »it jedem der Abtriebsteile verbunden. Die beiden Kolben bilden so effektiv einen Kolben doppelter (dreifacher us*) Länge mit gelenkig "verbundenen" (durch Druck in Anlage aneinander gehaltenen) Einzelkolben, und die beiden (drei usw.) Abtriebsteile werden genau synchron bewegt. Auf diese Weise kann man das Gewicht der zu fördernden Last auf eine große Strecke des Bohres verteilen und erhält trotzdem keine Paeeungsprobleme, wie sie bei der Verwendung entsprechend langer Kolben und Abtriebsteile bei den erfindungsgemäß verwendeten kleinen Luft ep alt en zwischen den Magnetanordnungen und den Eohroberflächen erhalten wurden. Auch gebogene Eohrabschnitte können durchfahren werden, was wiederum bei Verwendung entsprechend langer einstückiger Kolben und Abtriebsteile nicht möglich wäre.

Man erkennt, daß diese durch effektive Verlängerung des treibenden Seiles und des die Last tragenden Teile« Linearmotors ohne irgendwelche Veränderung an den Standardteilen (Kolben 16, Abtriebsteil 18) möglich ist, also auch am Einsatzort und nach der Erstinstallation noch ohne weiteres

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möglich ist. Die Verteilung der Last auf eine größere Länge des Rohres 10 ist von "besonderer Bedeutung "bei der Verwendung von dünnen Rohren, welche im Hinblick auf die magnetische Kopplung zwischen Kolben und Abtriebsteil besonders vorteilhaft sind. Auch dünne Kunststoff rohre, welche im Hinblick auf die Oberflächenbeschaffenheit an sich sehr vorteilhaft sind, haben in der Regel keine sehr große Tragkraft, und für sie eignen sich somit derartige, gelenkig verbundene Kolben und Abtriebsteile aufweisende Anordnungen besonders gut.

Zum Anhalten des Abtriebsteiles bei einer gewünschten Stelle, wird dort ein auf die Druckmittelversorgung zum Eohr 10 arbeitender Stellungsgeber installiert, welcher entweder ein mechanisch oder optisch auf das Ankommen des Abtriebsteiles ansprechender Geber oder ein induktiver Geber oder ein auf magnetische Streufelder ansprechender Geber, z. B. ein Reed-Schalter sein kann.

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Claims (12)

28. Hai 1979 D 8007 - ossp Festo-Maschinenfabrik Gottlieb Stoll 7300 Eßlingen / N Druckmittelbetätigter !linearmotor Ansprüche

1. Druckmittelbetätigter Linearmotor für eine Transportvorrichtung , mit einem an eine Druckmittelquelle anschließbaren Rohr, mit einem im Rohr strömungsmitteldicht laufenden und eine hohlzylindrische innere Mitnehmer-Magnetanordnung tragenden Kolben und mit einem auf dem Rohr laufenden und eine hohlzylindrische äußere Mitnehmer-Magnetanordnung tragenden Abtriebsteil, bei dem die beiden Magnet anordnungen unter radialem Spiel zur benachbarten Rohroberfläche angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Rohr (10)

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ORIGINAL INSPECTED

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weisenden Oberflächen der inneren Magnet anordnung (20) und der äußeren Magnetanordnung (32) nur um eine kleine Strecke in radialer Richtung von den benachbarten Rohr oberflächen entfernt sind und daß das Abtriebsteil (18) über an seinen Enden vorgesehene Abstreifringe (44) auf dem Rohr (10) läuft, während die an den Kolbenenden angeordneten Dichtringe (26) Abstreifringe für die innere Rohroberfläche darstellen.

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifringe (44) des Abtriebsteils (18) in nach innen offenen Ringnuten (42) von radialen Stirnwänden (38) des Abtriebsteiles einsitzen.

3. Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifringe (44) des Abtriebsteils (18) und die Dichtringe (26) des Kolbens (16) in einer gemeinsamen, zur Achse des Rohres (10) transversalen Ebene liegen.

4. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (16) in der Nachbarschaft der Dichtringe (26) Gleitführungsringe (24) trägt.

5. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 t dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) aus einem dünnen rostfreien Material wie nichtmagnetise-hem Edelstahl, Messing oder Kunststoff besteht und als Druckmittel Wasser oder eine Mischung aus Wasser und Öl verwendet wird.

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6. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) aus einer Mehrzahl stumpf aneinander geschweißter Bohrsegmente (12a, 12b) "besteht.

7· Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 "bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifringe (44) und die Dichtringe (26) aus elastisch nachgiebigem Material "bestehen.

8. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebsteil (18) eine die äußere hohlzylindrische Magnetanordnung (32) umgebende Hülse (30) aus magnetisierbarer! Material aufweist.

9. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis &, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (16) ."einen aus nicht magnetisierbarem Material bestehenden Kolbenkörper aufweist.

10. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnungen (20, 32) jeweils durch axial aufeinanderfolgende, radial polarisierte Ringmagnete gebildet sind, welche durch dazwischenliegende, nicht magnetisierbar Distanzscheiben (22, 34) getrennt sind.

11. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben an seinen Enden elastisch nachgiebige Puffer (28) trägt, deren Umfangsflache ebenfalls unter radialem Abstand zur inneren Oberfläche des Rohres

(10) verläuft.

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12. Linearmotor nach. Anspruch 11, dadurch, gekennzeichnet, daß er eine Mehrzahl mit ihren Puffern (28) aneinander anstoßender Kolben (16) und eine entsprechende Mehrzahl, jeweils einem der Kolben zugeordneter Abtriebsteile (18) aufweist.

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