DE2938782A1

DE2938782A1 - Magnetisches trag- und fuehrungssystem

Info

Publication number: DE2938782A1
Application number: DE19792938782
Authority: DE
Inventors: Helmut 8521 Neunkirchen Forster; Paul 8520 Erlangen Hini; Gerd 8755 Alzenau Stransky
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-09-25
Filing date: 1979-09-25
Publication date: 1981-04-02

Description

Magnetisches Trag- und MfhrunRssystem
Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Trag-und Plhrungssystem mit einem durch abstoßende Magnetkräfte von Magnetpaaren mit geneigten Polflächen in einem Ständer berihrungsfrel und linear beweglich gelagerten Bewegungskörper.
Mit Hilfe magnetischer Traz- und Führungssysteme können Bewegungskörper ohne mechanische Berührung freischwebend und linear beweglich gelagert werden. Elektromagneten erzeugen Kräfte in senkrechter Richtung, die als Hubkräfte auf den Bewegungskörper wirken. Magnetkräfte in waagrechter Richtung dienen als Fuhrungskräfte. Elektromagneten, deren Polflächen gegenüber der Waagrechten geneigt sind, erzeugen Magnetkräfte, deren senkrechte Komponenten als Tragkräfte und deren waagrechte Komponenten als Führungskräfte dienen können. Der Neigungswinkel der Polfläche bestimmt die Größe der Kraftkomponenten.
Mit der Neigung ist somit das Verhältnis der Tragkraft zur Führungskraft wählbar. Mehrere Elektromagnete mit abwechselnd entgegengesetzt geneigten Polflächen sind in der Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet.
Ihre Polflächen stehen jeweils einer entsprechend abgeschrägten Stirnfläche einer als Rückschlußkörper dienenden Ankerschiene gegenüber. In diesem magnetischen Schwebesystem bilden die einzelnen Elektromagnete jeweils abwechselnd entgegengerichtete Führungskräfte für den Bewegungskörper (DE-AS 2 134 424).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das bekannte Trag- und Führungssystem zu verbessern, insbesondere soll der Bewegungskörper in den beiden Dimensionen senkrecht zur Bewegungsrichtung mechanisch stabil gelagert und im Falle einer äußeren Krafteinwirkung durch selbsterzeugte magnetische Gegenkräfte in die stabile Ausgangslage zurückgeführt werden.
Diese Aufgabe wird bei einem magnetischen Trag- und Führungssystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Die einander zugeordneten Magnetpaare mit zur Waagerechten geneigten Polflächen bilden jeweils abstoßende magnetische Kräfte, deren Kraftkomponenten in senkrechter Richtung als Tragkräfte und deren Kraftkomponenten in waagerechter Richtung als Führungskräfte dienen. Die Größe dieser Kräfte wird bestimmt durch die Größe der Magneten und die Größe des Luftspaltes. Ohne äußere Krafteinwirkung und ohne Berücksichtigung seines Eigengewichts würde der Bewegungskörper eine symmetrische Lage mit gleich großen Luftspalten zwischen den einander gegenüberliegenden Polflächen der Magnete ein nehmen. Im Falle einer äußeren kurzzeitigen Krafteinwirkung auf den Bewegungskörper mit einer Komponente senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung wird der Bewegungskörper aus seiner Bewegungsrichtung entsprechend abgelenkt. Durch eine Verminderung eines Luftspaltes wird die abstoßende Magnetkraft erhöht, die den Bewegungskörper in einer entsprechend der Belastung leicht veränderbaren, aber stabilen Lage hält. Man erhält somit ein magnetisches Trag- und Führungssystem mit praktisch selbsttätiger Lageregelung.
Die Länge der Pol flächen der Magnete in der Bewegungsrichtung des Bewegungskörpers wird zweckmäßig mindestens so groß und vorzugsweise wenigstens doppelt so groß gewählt, wie der gegenseitige Abstand der Grundflächen der prismaähnlichen Ansätze. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die Neigung der unteren Magnetpaare und der oberen Magnetpaare verschieden zu wählen.
Wird beispielsweise die Neigung der unteren Magnetpaare geringer gewählt, so wird die senkrechte Kraftkomponente entsprechend erhöht und dieses Magnetsystem dient somit vorwiegend als Tragsystem, während die erzeugten Führungskräfte entsprechend geringer sind. In gleicher Weise kann durch eine steile Anordnung der Polflächen die Führungskraft erhöht werden.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel eines kombinierten magnetischen Trag- und Führungssystems nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.
In dem als perspektivische Ansicht veranschaulichten Trag- und Führungssystem sind ein flacher Bewegungskörper mit 2, zwei prismasäulenartige Ansätze mit 4 bzw.
6 und ein Ständer mit 10 bezeichnet. Das System enthält ferner vier Magnetpaare 11, 12, 13 und 14 mit jeweils zwei Magneten, die in der Figur mit 16 bis 23 bezeichnet sind. Der Bewegungskörper 2 ist durch die abstoßenden Magnetkräfte K1 bis K4 der Magnetpaare 11 bis 14 in den beiden in der Figur mit x und y bezeichneten Dimensionen quer zur Bewegungsrichtung z berührungslos schwebend gelagert. Die Magnete 16 bis 23 sind so gepolt, daß sie zwischen ihren freien Polflächen abstoßende magnetische Kräfte K1 bis K4 erzeugen, deren senkrecht nach oben gerichteten Kraftkomponenten K1y bis K4y als Tragkräfte und deren waagerechte Kraftkomponenten K1x bis K4x als Führungskräfte dienen. Die Kraftkomponenten K und K4y sind senkrecht nach unten gerichtet. Die Führungskräfte K1x und K 3x sind den Führungskräften K2x und K4x entgegengerichtet.
Ohne Berücksichtigung der nach unten wirkenden Kraftkomponente des Eigengewichts nimmt der Bewegungskörper 2 eine symmetrische Ausgangslage zwischen den im Ständer angeordneten Magneten 16, 18, 20 und 22 ein. Wird der Bewegungskörper 2 beispielsweise durch er ere Kraft P nach unten aus dieser stabilen Xusgangslage ausgelenkt, so werden die Luftspalte a und b der Magnetpaare 11 und 12 kleiner und die Luftspalte c und d der Magnetpaare 13 und 14 entsprechend größer. Die Verminderung der Luftspalte a und b bewirkt eineentsprechende Vergrößerung der magnetischen Kräfte K1 und K2 und damit eine entsprechende Vergrößerung der tragenden Kraftkomponenten K1y und K die als Gegenkräfte zur äußeren Kraft P wirken. Zugleich nehmen in den vergrößerten Luftspalten c und d der Magnetpaare 13 und 14 die Kraftkomponenten K3y und Khy entsprechend ab. Der Bewegungskörper 2 wird somit in einer neuen stabilen Gleichgewichtslage gehalten, die von der Ausgangslage nicht wesentlich abweicht. In gleicher Weise kann der Bewegungskörper 2 durch eine in der Figur von rechts gegen die x-Richtung einwirkende Kraft nach links verlagert werden. Diese Verlagerung bewirkt eine Ver- größerung der Luftspalte b und d und eine entsprechende Verkleinerung der Luftspalte a und c. Durch die verminderten Luft spalte a und c nehmen die Kräfte K1 und K3 zu und die Führungskomponenten K1X und K3x werden entsprechend vergrößert und bilden Jeweils rücktreibende Kräfte auf den Bewegungskörper 2. Zugleich nehmen durch die VergröBe.ung der Luftspalte b und d die Führungskräfte K2X und K4x entsprechend ab. Der Bewegungskörper 2 wird somit auch bei äuBerer Krafteinwirkung in einer stabilen Lage innerhalb des Ständers 10 schwebend gehalten.
Die Magnetpaare 11 und 12 haben gegenüber der waagerechten x-Richtung entgegengesetzt gleiche Neigung, die in der Figur mit dem Winkelangedeutet ist. Die Magnetpaare 13 und 14 haben gegenüber der x-Richtung ebenfalls entgegengesetzt gleiche Neigung, die in der Figur mit dem Winkel 0 angedeutet ist. Wird eine geringere Neigung der Magnete gewählt und beispielsweise der Neigungswinkel X der oberen Magnetpaare 11 und 12 vermindert, so bewirkt diese Richtungsänderung der Magnetkräfte K1 und K2 eine entsprechende Erhöhung der senkrechten Kraftkomponente K1y und K2y und eine Verminderung der waagerechten Kraftkomponenten K1xund K2x Durch eine flachere Anordnung der Magnete werden somit die Tragkräfte erhöht und die Führungskräfte entsprechend vermindert. Man kann deshalb beispielsweise die beiden unteren Magnetpaare 13 und 14 durch eine flache Anordnung als Tragsystem und die beiden oberen Magnetpaare 11 und 12 durch eine erhöhte Neigung als Führungssystem ausbilden.
Im allgemeinen wird es zweckmäßig sein, die Größe der Magnete 16 bis 23, insbesondere die Größe der Jeweils einander gegenüberliegenden Magnete gleich zu wählen.
Man kann aber auch beispielsweise die oberen Magnetpaare 11 und 12 dadurch als Tragsystem ausbilden, daß ihre Magnete 16 bis 19 größere Polflächen erhalten und die Luftspalte a und b entsprechend groß gewählt werden.
Im Falle einer einwirkenden Kraft p mit vorbestimmter Größe wird dann der Bewegungskörper 2 in eine andere schwebende Lage ausweichen, welche die unterschiedlichen Größen der Luftspalte ausgleicht. Der Bewegungskörper 2 nimmt innerhalb des Ständers 10 eine stabile schwebende Lage ein, die bestimmt wird durch sein Eigengewicht und von außen einwirkende Kräfte. Diese Lage ist nahezu unabhängig davon, ob der Körper mit seinen Flachseiten senkrecht oder waagerecht innerhalb des Ständers 10 angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des magnetischen Trag- und Führungssystems kann im Falle der Einwirkung einer stoßartigen Kraft P die Auslenkung des Bewegungskörpers 2 gegen die y-Richtung dadurch begrenzt werden, daß im Luftspalt zwischen den Magnetpaaren 11 bis 14 Jeweils ein Abstandhalter aus nichtmagnetischem Material vorgesehen ist. Als Abstandhalter 24 bis 27 ist beispielsweise eine Profilschiene geeignet, die auf einer der Polflächen befestigt sein kann. Anstelle der in der Figur angedeuteten Profilschienen können beispielsweise auch in der Bewegungsrichtung des Bewegungskörpers 2 nebeneinander angeordnete Noppen vorgesehen sein.
Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die dem Abstandhalter 24 bis 27 gegenüberliegende Polfläche des anderen Magneten 16, 18, 20 und 22 jeweils mit einer Abdeckung 28 bzw. 29 bzw. 30 bzw. 31 zu versehen, die als Gleitfläche für den Abstandhalter und zugleich als Dämpfungskörper für eine stoßartige Auslenkung des Bewegungskörpers 2 dienen. Diese Abdeckungen können beispielsweise aus einer Kunststoffolie bestehen.
Um die Symmetrie der Kraftwirkungen bei einer Bewegung des Bewegungskörpers 2 in der z-Richtung sicherzustellen, kann es zweckmäßig sein, eine in der Figur nicht dargestellte Arretierungseinrichtung vorzusehen, welche den Weg in der z-Richtung begrenzt. Sofern Magnetpaare 11bis 14 mit Magneten gleicher Polfläche vorgesehen sind, kann die Relativbewegung in der z-Richtung und gegen die z-Richtung vorzugsweise begrenzt werden auf etwa Jeweils 1/4 der Länge L der Magneten, so daß die Gesamtbewegung etwa die Hälfte der Länge L der Magnete 16 bis 23 nicht überschreitet.
Einen weiten Bewegungsweg des Bewegungskörpers 2 in der z-Richtung ohne Störung der Symmetrie der Kraftwirkungen erhält man mit unterschiedlicher Länge L der beiden Magneten der Magnetpaare 11 bis 14. In einer bevorzugten Ausführungsform des Trag- und Führungssystems kann die Länge L eines der beiden Magnete der Magnetpaare 11 bis 14 vorzugsweise wenigstens den doppelten Betrag der Ausdehnung des anderen Magneten in der z-Richtung betragen, damit in der Endstellung der Auslenkung des Bewegungskörpers 2 in der z-Richtung der kleinere über den größeren Magneten wenigstens nicht wesentlich hinausragt.
8 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1.jMagnetisches Trag- und Führungssystem mit einem durch abstoßende Magiietkräfte von IKagnetpaaren mit geneigten Polflächen in einem änder beruhrungsfrel und linear beweglich gelagerten Bewegungskörper, d a d u r c h g e k e n n z e t h n e t , daß ein flacher Bewegungskörper (2) vorgesehen is+, der an seinen Schmalflächen jeweils mit in der Bewegungsrichtung (z) langgestreckten prismasäulenartigen Ansätzen (4, 6) versehen ist, deren Mantelflächen gegenüber den Flachseiten des Bewegungskörpers (2) geneigt und jeweils mit einem flachen, in Richtung seiner Dicke magnetisierten Dauermagneten (17, 19 bzw. 21, 23) versehen sind, denen gegenüber Jeweils ein flacher Dauermagnet (16 bzw. 18 bzw. 20 bzw. 22) mit gleicher Magnetisierung und gleicher Polfläche sowie abstoßender Polung angeordnet ist, die am Ständer (10) befestigt sind.
2. Magnetisches Trag- und Fühnmgssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e . c h n e t daß die Länge (L) der Polflächen der Magnete (16 bis 23) in der Bewegungsrichtung (z) mindestens so groß ist, wie der gegenseitige Abstand (A) der Grundflächen der Ansätze (4, 6).
3. Magnetisches Trag- und Führungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) mindestens doppelt so groß wie der Abstand (A) ist.
4. Magnetisches Trag- und Führungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a dur c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Neigung (α) der Polflächen der Magnete (16 bis 19) des einen Ansatzes (4) verschieden ist von der Neigung (ß) der magnete (20 bis 23) des anderen Ansatzes (6).
5. Magnetisches Trag- Führungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d ll r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Größe der Polflächen der Magnete (16 bis 19) des einen Ansatzes (4) verschieden ist von der Größe der Polflächen der Magnete (20 bis 23) des anderen Ansatzes (6).
6. Magnetisches Trag- und Führungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Größe der Duftspalte (a, b) der Magnete (16 bis 19) des einen Ansatzes (4) verschieden ist von den Luftspalten (c, d) der Magnete (20 bis 23) des anderen Ansatzes (6).
7. Magnetisches Trag- und Führungssyat m nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß im Luftspalt zwischen den Magneten (16 bs 23) jeweils ein Abetanhalter (24 bis 27) aus nichtmagnetischem Material vorgesehen ist.
8. Magnetisches Trag- und Fi3hrungssyst.em nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Abstandhalter (24 bis 27) jeweils auf einer der beiden Polflächen angeordnet und die andere Polfläche mit einer Abdeckung (28 bis 31) aus nichtmagnetischem Material versehen ist.