DE29718566U1 - Linear motor - Google Patents
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Description
Beschreibung LinearmotorDescription Linear motor
Die Erfindung betrifft einen Linearmotor gemäß dem Oberbegriff des 1. Anspruchs.The invention relates to a linear motor according to the preamble of the first claim.
Ein generelles Problem bei Werkzeugmaschinen hoher Genauigkeit mit Linearmotor-Antrieb besteht darin, den Einfluß der vom Antrieb erzeugten Schwingungen und Verlustwärme auf das Bearbeitungsergebnis zu reduzieren.A general problem with high-precision machine tools with linear motor drives is to reduce the influence of the vibrations and heat loss generated by the drive on the machining result.
Hierzu ist es bekannt, die Bauform des Linearmotors so zu gestalten, daß sich die Anziehungskräfte zwischen Primär- und Sekundärteil kompensieren, wodurch eine der Ursachen für das Auftreten störender Schwingungen bei dieser Antriebsart vermieden wird. Konstruktionen, die dieses Prinzip realisieren, sind als Doppelkamm-Linearmotor und Röhren- oder Solenoidmotor bekannt (z.B. DE4445283 Al). Trotz ihrer unbestreitbaren Vorzüge sind diese Bauformen jedoch nicht so kostengünstig zu fertigen wie z.B. Einzelkamm-Linearmotoren.For this purpose, it is known to design the linear motor in such a way that the attractive forces between the primary and secondary parts compensate each other, thereby avoiding one of the causes of the occurrence of disturbing vibrations in this type of drive. Designs that implement this principle are known as double-comb linear motors and tubular or solenoid motors (e.g. DE4445283 Al). Despite their undeniable advantages, these designs are not as cost-effective to manufacture as, for example, single-comb linear motors.
Es ist auch seit längerem bekannt, die vom Linearmotor erzeugte Verlustwärme mittels Flüssigkeits- oder Gaskühlung abzuführen, um die Arbeitstemperatur des Linearmotors zu stablisieren sowie thermische Verformungen insbesondere des Maschinentisches und -bettes infolge der Verlustwärme zu reduzieren.It has also been known for some time that the waste heat generated by the linear motor can be dissipated by means of liquid or gas cooling in order to stabilize the working temperature of the linear motor and to reduce thermal deformations, particularly of the machine table and bed, as a result of the waste heat.
Hierzu können von Kühlmitteln durchströmte Kühlkanäle unmittelbar in den Primär- bzw. Sekundärteil integriert werden. Bekannt ist auch, den Wärmefluß vom Primär- bzw. Sekundärteil in die Maschine mittels eines zwangsgekühlten Kühlkörpers zu verhindern, der zwischen Primärbzw. Sekundärteil und deren Befestigungsfläche am anzutreibenden Maschinenteil angeordnet ist (z.B. DE 19604642 Al).For this purpose, cooling channels through which coolants flow can be integrated directly into the primary or secondary part. It is also known to prevent the flow of heat from the primary or secondary part into the machine by means of a forced-cooled heat sink that is arranged between the primary or secondary part and its mounting surface on the machine part to be driven (e.g. DE 19604642 Al).
Um den Regelungsaufwand für derartige Konstruktionen mit zwei sich gegenseitig beeinflussenden Kühlkreisläufen zu reduzieren, ist es gemäß DE 19604642 Al bekannt, beide Kühlkreisläufe zu entkoppeln, indem zwischen Primär- bzw, Sekundärteil und dem zwangsgekühlten Kühlkörper eine wärmeisolierende Schicht angeordnet ist. Bei der weitverbreiteten Linearmotor-Bauform, bei der im Primär- bzw. Sekundärteil keine Kühlkanäle vorgesehen sind oder deren Kühlleistung nur für den Teillastbereich ausgelegt ist, ist jedoch die Anordnung einer wärmeisolierenden Schicht in dieser Form sehr unzweckmäßig, weil sie die Ableitung der im Primär- bzw. Sekundärteil erzeugten Verlustwärme mittels des zwangsgekühlten Kühlkörpers behindern würde.In order to reduce the control effort for such designs with two mutually influencing cooling circuits, it is known from DE 19604642 A1 to decouple both cooling circuits by arranging a heat-insulating layer between the primary or secondary part and the forced-cooled heat sink. However, in the widely used linear motor design, in which no cooling channels are provided in the primary or secondary part or whose cooling capacity is only designed for the partial load range, the arrangement of a heat-insulating layer in this form is very inappropriate because it would hinder the dissipation of the waste heat generated in the primary or secondary part by means of the forced-cooled heat sink.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die regelungstechnischen Vorteile des in der DE 19604642 Al realisierten Konzepts auch bei Linearmotor-Bauformen zu nutzen, bei denen der Primär- bzw. Sekundärteil keine oder nur für den Teillastbereich dimensionierte KühlkanäleThe invention is therefore based on the task of using the control technology advantages of the concept implemented in DE 19604642 Al also in linear motor designs in which the primary or secondary part has no cooling channels or only those dimensioned for the partial load range
aufweist. In Verbindung mit der Lösung dieser Aufgabe sind zugleich Maßnahmen vorzusehen, um die vom Antrieb erzeugten Schwingungen zu reduzieren, wobei diese Maßnahmen insgesamt nicht zu einer Vergrößerung von Bauvolumen oder der Masse des Linearmotor-Antriebes bzw. der angetriebenen Maschinenteile führen dürfen.In connection with the solution of this task, measures must also be taken to reduce the vibrations generated by the drive, whereby these measures must not lead to an increase in the overall volume or mass of the linear motor drive or the driven machine parts.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved with the features specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous further developments emerge from the subclaims.
Die Erfindung nutzt die für die Lösung der vorgenannten Aufgabe sehr geeignete Kombination niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Schwingungsdämpfungswerte, die bei Werkstoffen wie Hohlkugelkomposit oder anderen Werkstoffen mit vergleichbaren Eigenschaften vorliegt. Weil der zwischen Kühlkörpern und Maschinenkörper fließende Wärmestrom mittels der wärmeisolierenden Schicht wesentlich reduziert wird, wird auch der Einfluß von nicht ausgeregelten Temperaturschwankungen im Primär- oder Sekundärteil auf die Temperatur des Maschinenkörpers wesentlich reduziert. Deshalb kann auch der regelungstechnische Aufwand für die Temperaturstabilisierung gesenkt werden.The invention uses the combination of low thermal conductivity and high vibration damping values that is very suitable for solving the aforementioned problem, which is present in materials such as hollow sphere composite or other materials with comparable properties. Because the heat flow between the heat sink and the machine body is significantly reduced by the heat-insulating layer, the influence of uncontrolled temperature fluctuations in the primary or secondary part on the temperature of the machine body is also significantly reduced. Therefore, the control technology effort for temperature stabilization can also be reduced.
Insbesondere ist es mittels der erfindungsgemäßen Lösung möglich, den Wärmeeintrag infolge penodischer Belastungsmaxima der Maschine auch mit Kühlkörpern abzuführen, deren Dynamik und/oder Kälteleistung an sich nicht für diese Belastungsmaxima ausgelegt sind.In particular, the solution according to the invention makes it possible to dissipate the heat input resulting from periodic load maxima of the machine even with heat sinks whose dynamics and/or cooling capacity are not designed for these load maxima.
Die gegenüber Stahl mehrfach höhere Schwingungsdämpfung von Hohlkugelkomposit u. dgl. erleichtert - in Verbindung mit ihrer gegenüber Eisenwerkstoffen wesentlich niedrigeren Massendichte - die Beherrschung der bekannten Schwingungsproblematik bei Linearmotorantrieben. Dieser Vorteil wird insbesondere bei der Lösungsvariante wirksam, die die Integration einer ausreichend dimensionierten Schicht aus Hohlkugelkomposit in den Maschinenkörper vorsieht.The vibration damping of hollow sphere composites and the like, which is several times higher than that of steel, in conjunction with their significantly lower mass density compared to iron materials, makes it easier to control the well-known vibration problems in linear motor drives. This advantage is particularly effective in the solution variant that provides for the integration of a sufficiently dimensioned layer of hollow sphere composite into the machine body.
Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, das sich auf einen Einzelkammotor bezieht, näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung die Anordnung der wichtigsten Komponenten des Linearmotors.The invention is explained in more detail below using an embodiment that relates to a single-chamber motor. The accompanying drawing shows the arrangement of the most important components of the linear motor in a schematic sectional view.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Schlitten 1 einer Werkzeugmaschine in Längsrichtung der auf dem Maschinenbett 2 angeordneten Führungsschienen verfahrbar. Die Position des Schlittens 1 wird mit einem Meßsystem 3 erfaßt.As can be seen from the drawing, the slide 1 of a machine tool can be moved in the longitudinal direction of the guide rails arranged on the machine bed 2. The position of the slide 1 is recorded with a measuring system 3.
Das Maschinenbett 2 weist eine Ausnehmung auf, die erfindungsgemäß mit einer schwingungsdämpfenden und wärmeisolierenden Schicht 4 aus Hohlkugelkomposit ausgegossen ist. Der verwendete Hohlkugelkomposit besteht aus Hohlkugelkorund (AI2O3) mit einem Durchmesser von ca. 1 bis 2 mm und einem polymeren Bindemittel. Auf dieser Schicht 4 ist die Kühlplatte 5 des Sekundärteils 6 des Linearmotors aufgeschraubt.The machine bed 2 has a recess which, according to the invention, is filled with a vibration-damping and heat-insulating layer 4 made of hollow sphere composite. The hollow sphere composite used consists of hollow sphere corundum (AI2O3) with a diameter of approx. 1 to 2 mm and a polymeric binding agent. The cooling plate 5 of the secondary part 6 of the linear motor is screwed onto this layer 4.
In analoger Weise ist eine schwingungsdämpfende und wärmeisolierende Schicht 7 aus Hohlkugelkomposit zwischen der Kühlplatte 9 für den Primärteil 8 des Linearmotors und dem Schlitten 1 der Werkzeugmaschine angeordnet.In an analogous manner, a vibration-damping and heat-insulating layer 7 made of hollow sphere composite is arranged between the cooling plate 9 for the primary part 8 of the linear motor and the slide 1 of the machine tool.
Claims (3)
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