DE3537728A1 - Linearmotorgetriebene tischvorrichtung mit grob- und feintrieb - Google Patents
Linearmotorgetriebene tischvorrichtung mit grob- und feintriebInfo
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Description
Linearmotorgetriebene Tischvorrichtung mit Grob- und Feintrieb
Die Erfindung betrifft eine linearmotorgetriebene Tischvorrichtung, die im Grob- und im Feinvortrieb
betrieben werden kann.
Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat in der noch nicht offengelegten japanischen Patentanmeldung
198803/1983 eine Tischvorrichtung vorgeschlagen, die einen beweglichen Tisch aufweist, der beweglich über
Linearlager auf einem Spurglied gehalten ist, das wiederum auf einem stationären Bett montiert ist. Das
stationäre Bett trägt drehbar aber axial nicht verschiebbar eine Kugelspindel, die wiederum über Stahlkugeln
eine Kugelmutter in freier Dreh- und Axialbeweglichkeit trägt. Die Kugelmutter ist in geeigneter
Weise mit dem beweglichen Tisch verbunden. Eine Kugel-Nutenwelle ist drehbar am stationären Bett in der Nähe
der Kugelspindel befestigt und ein äußerer Schlitten ist unter Zwischenschaltung von Stahlkugeln auf die
Kugel-Nutenwelle aufgekeilt, so daß der sich mit dieser dreht und auf ihr axial bewegen kann. Der äußere
Schlitten steht in Wirkverbindung zur Kugelmutter über einen geeigneten Verbindungsmechanismus. Die Kugelumlaufspindel
und die Kugel-Nutenwelle werden jeweils von Dreh-Motoren derart angetrieben, daß die Vortriebsgeschwindigkeit
des beweglichen Tisches von einer FeinvorSchubgeschwindigkeit bis zu einer Grobvorschubgeschwindigkeit
schrittweise mittels geeigneter Auswahl der Dreh-Motoren variiert werden kann.
Die oben beschriebene Vorrichtung mit der Kugelspindel und -mutter-Anordnung und der Kugel-Nutenvorrichtung
bringt jedoch das Problem mit sich, daß man die Position des beweglichen Tisches nur schwer mit hoher
Genauigkeit steuern kann, da die Spindel und die Nuten-
welle durch das Drehmoment verdrillt werden und da unvermeidbares Spiel zwischen der Spindel und der
Mutter und zwischen der Nutwelle und dem äußeren Schlitten besteht.
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Darüberhinaus weist der bewegliche Tisch mit seinen schweren Teilen, wie der Kugelumlaufspindelanordnung
und der Kugelnutenanordnung eine hohe träge Masse auf, die in unerwünschter Weise die Start- und Stopcharakteristik
der Vorrichtung verschlechtert.
Darüberhinaus sind auch die äußeren Dimensionen der Tischvorrichtung relativ groß, da Raum zur Montage
der Dreh-Motoren, der Kugelumlaufspindelanordnung und
der Kugelnutenwellenanordnung benötigt wird.
Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es
Aufgabe der vorliegende Erfindung, eine derartige Vorrichtung auf einfache Weise präzise steuerbar und
klein zu gestalten, wobei ein Feinvortrieb ebenso wie ein Grobvortrieb möglich sind, und wobei das Gewicht
der beweglichen Teile reduziert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine linearmotorgetriebene Tischvorrichtung für Grob-
und Feinvortrieb vorgeschlagen wird, wobei die Vorrichtung eine Basis, einen Zwischenwagen und einen
Tischkörper aufweist, wobei der Zwischenwagen und der Tischkörper auf der Basis über Linearlager derart
QQ gelagert sind, daß der Zwischenwagen und der Tischkörper
in Längsrichtung der Basis bezüglich der Basis und zueinander beweglich sind, wobei die Vorrichtung
weiterhin einen ersten Linearmotor aufweist, der zwischen der Basis und Zwischenwagen wirkt, sowie einen
zweiten Linearmotor, der zwischen dem Zwischenwagen und dem Tischkörper wirkt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus den
nachfolgenden Ausführungsbeispielen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden im folgenden bevorzugte Ausfuhrungsformen anhand von
Abbildungen näher beschrieben. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Aufsicht auf die Gesamtanordnung einer ersten bevorzugten Ausführungsform
der linearmotorgetriebenen Tischvorrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II
aus Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 1,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Basis der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 5 eine Seitenansicht der Basis gemäß Fig. 4,
Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie
VI-VI aus Fig. 4,
Fig. 7 eine Unteransicht auf den Tischkörper der ersten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII
nach Fig. 7,
Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX aus Fig. 7,
Fig. 10 eine Aufsicht auf den Zwischenwagen der ersten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 11 eine Seitenansicht dieses Zwischenwagens,
Fig. 12 einen Schnitt entlang der Linie XII-XII
nach Fig. 10,
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Fig. 13 einen Schnitt entlang der Linie XIII-XIII aus Fig. 12,
Fig. 14 eine Draufsicht auf ein Linearlager der
ersten bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 15 eine teilgeschnittene Draufsicht auf das Linearlager,
Fig. 16 einen Schnitt entlang der Linie XVI-XVI
aus Fig. 15,
Fig. 17A eine vergrößerte Schnittansicht eines ersten Linearonotors der ersten bevorzugten
Ausführungsform,
Fig. 17B einen Schnitt entlang der Linie B-B aus Fig. 17A,
Fig. 18A
bis 18D Seitenansichten des ersten Linearmotors in verschiedenen Wirkungsschritten,
Fig. 19 eine weitere bevorzugte Ausführungsform
in Schnittansicht ähnlich der nach Fig. 3,
und
Fig. 20 eine Schnittansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ähnlich der Ansicht nach Fig. 3.
Die Figuren 1-18 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Wie in den Fig. 1-3 ge-
zeigt, umfaßt die Vorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform eine Basis 1, die auf einem
stationären Sockel oder einem (nicht gezeigten) Bett montiert werden kann. Der Tischkörper 3 wird von der
Basis 1 über ein linkes Paar von Linearlagern 5, 5 und ein rechtes Paar von Linearlagern 5, 5 derart
getragen, daß eine Verschiebung in Längsrichtung möglich ist. Zwischen dem Tischkörper 3 und der Basis 1
ist ein Zwischenwagen 4 angeordnet, der auf dem Tischkörper 3 über Zwischenschaltung eines linken Paars
von Linearlagern 2, 2 und eines rechten Paar von Linearlagern 2, 2 so befestigt ist, daß er linear in
seiner Längsrichtung bewegt werden kann.
Wie in den Fig. 4-6 gezeigt, ist eine Spur 6 einstückig mit der Basis 1 derart ausgebildet, daß sie
von dieser nach oben vorspringt und sich in Längsrichtung der Basis 1 erstreckt. Ein Paar von Last-Kugelrollnuten
6a, 6a ist an jeder Seitenfläche der Spur 6 angeformt. Der Zwischenwagen 4 besteht aus einem
flachen Tisch-Teil mit einem Paar von Last-Kugelrollnuten 4a, 4a an jeder seiner Seitenflächen, wie dies
aus den Fig. 10-12 hervorgeht. Wie in den Fig. 7-9 gezeigt, weist der Tischkörper 3 im Querschnitt
die Gestalt eines umgekehrten U auf. Die Linearlager 2 und 5 sind übereinander mit ihren Breitseiten aufeinanderliegend
über geeignete Mittel 7, 7, z.B. Schraubenbolzen, an der inneren Fläche des Tischkörpers
3 befestigt.
Wie in den Fig. 14-16 gezeigt, umfaßt jedes der Linearlager 2, 5 einen Lagerblock 12, der zwei Kugelrollnuten
10, 10 am einen Ende und zwei innenliegende Kugelrückführungsbohrungen 11, 11 aufweist. Weiterhin
ist ein Halter oder Käfig 13 vorgesehen, der die zwei Last-Kugelspuren zusammenhält. Es ist ein Paar von
Endplatten 14, 14 vorgesehen, die jeweils eine Verbindung zwischen den Kugelrollnuten 10, 10 und den
entsprechenden Rückführbohrungen 11, 11 sicherstellen,
so daß die Kugeln 15 in einer endlosen Bahn, gebildet aus den Kugelrollnuten 10 und den Kugelrückführungsbohrungen
11 rollen können. In der gezeigten Ausführungsform
beträgt der Kontaktwinkel *L des Kontaktes zwischen den Kugelrollnuten 10 und den Lastkugeln 15
etwa 45°. Dieser Winkel kann jedoch im Bereich zwischen 30° und 60° variiert gewählt werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Lager 2, 2 zwischen dem Zwischenwagen 4 und dem Tischkörper 3 vorgesehen,
während die Lager 5, 5 zwischen dem Tischkörper 3 und
der Spur 6 vorgesehen sind. Das Spiel zwischen den Linearlagern 2, 2 und den gegenüberliegenden Flächen
des Zwischenwagens 4, sowie das Spiel zwischen den Linearlagern 5 und den gegenüberliegenden Flächen der
Spur 6 ist mittels Spieljustierbolzen 16, 16 einstellbar.
Wenn die Spieljustierbolzen 16 angezogen werden, so drücken deren innere Enden die daran anliegenden
Lager 2 und 5 in Richtung auf die angrenzende Fläche des Zwischenwagens 4 bzw. der Spur 6, wobei die
Reaktionskraft auf die Bolzen über den Tischkörper 3 übertragen wird, so daß die anderen Lager 2 und 5
in Richtung auf die anderen Flächen des Zwischenwagens 4 bzw. der Spur 6 gepreßt werden, so daß die Lastkugeln
15, 15 in geeigneter Weise vorgespannt werden.
Zwischen der Basis 1 und dem Zwischenwagen 4 ist ein mit der Bezugsziffer 20 bezeichneter erster Linearmotor
angebracht. Ein zweiter, mit 21 bezeichneter Linearmotor ist zwischen dem Zwischenwagen 4 und dem
Tischkörper 3 angebracht. Bei den bevorzugten Ausführungsformen ist jeder der Linearmotoren 20, 21 ein
Linear-Pulsmotor, der von einem festen Teil 22 und einem beweglichen Teil 23 gebildet wird, und auf
Pulse hin wirkt, welche in das bewegliche Glied 23 von hier nicht gezeigten Pulserzeugungsmittels gegeben
werden. ,
Die Konstruktion des ersten Linearmotors 20 wird im folgenden anhand der Fig. 17A und 17B näher erläutert.
Das feste Teil 22 besteht aus einem magnetischen Material und weist eine flache Tischplattenform
auf. Das feste Teil 22 ist an der Unterseite des Zwischenwagens 4 derart befestigt, daß es sich in
dessen Längsrichtung erstreckt. Das bewegliche Teil
23 ist an der Oberseite der Basis 1 gegenüber dem festen Teil 22 befestigt. Das bewegliche Teil 23
weist einen zentralen Permanentmagneten 24 sowie einen linken und einen rechten Magnetkern 25, 26 auf,
die unter Zwischenschaltung des Permanentmagneten 24 einander gegenüberliegen. Der linke Magnetkern 25
weist einen ersten und einen zweiten magnetischen Pol, auf die in N-Polarität mit dem zentralen Permanentmagneten
24 magnetisiert sind. Dritte und vierte Magnetpole 29 und 30 des rechten Magnetkerns 26 sind in S-Polarität
magnetisiert.
Wie in Fig. 17A gezeigt, sind auf der Unterseite des
festen Teils 22 über dessen gesamte Länge mehrere feste Zähne 22a in konstantem Zahnabstand P1 angeordnet,
die jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und sich im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung
des festen Teils 22 erstrecken. Die ersten bis vierten magnetischen Pole 27 bis 30 sind mit
Polzähnen mit dem selben Zahnabstand versehen, wie der Zahnabstand des festen Teils 22.
Der erste bzw. zweite Pol 27, 28 mit N-Polarität trägt eine aufgewickelte erste bzw. zweite Spule 31, 32.
Die Spulen 31 und 32 sind derart in Reihe geschaltet, daß sie einen magnetischen Fluß in Gegenrichtung
erregen, wenn ein elektrischer Pulsstrom durch diese Spulen aus den Pulserzeugungsmitteln (nicht gezeigt)
gegeben wird, die elektrisch mit diesen Spulen 31, 32 verbunden sind.
Die dritten und vierten magnetischen Pole 29 und 30 mit S-Polarität weisen ebenfalls herumgewickelte
dritte und vierte Spulen 33, 34 auf. Diese Spulen , und 34 sind derart in Serie geschaltet, daß sie einen
magnetischen Fluß in jeweils entgegengerichteten Richtungen erzeugen, wenn ein elektrischer Puls
diesen Spulen von den Pulserzeugungsmitteln (nicht gezeigt) zugeführt wird, die elektrisch mit diesen
Spulen 33, 34 verbunden sind. Zur Vereinfachung der Erklärung wird angenommen, daß die Phase der Polzähne
28a der zweiten magnetischen Spule 28 von der Phase der Polzähne 27a der ersten magnetischen Pole
27 um einen Betrag versetzt ist, der einem Halben des Zahnabstandes, d.h. P-i/2 entspricht und daß die
Phase der Polzähne 29a der dritten magnetischen Pole 29 von der Phase der Polzähne 30a des vierten
magnetischen Pols 30 um einen Betrag entsprechend einem halben Zahnabstand, d.h. P.,, 2 versetzt ist. Es
wird weiterhin angenommen, daß die Polzähne 29a, 30a der dritten und vierten magnetischen Pole 29, 30 mit
S-Polarität von der Phase der Polzähne 27a, 28a der ersten und zweiten magnetischen Pole 27, 28 mit N-Polarität
um einen Phasenwinkel versetzt, der einem Viertel des Zahnabstandes, d.h. P1 , 4 entspricht. Das
Wirkungsprinzip des Linear-Pulsmotors, der bei der vorliegenden Erfindung Anwendung findet, wird im folgenden
anhand der Fig. 18A - 18D näher erläutert,
die in schematisierter Darstellung die Wirkung dieses Linear-Pulsmotors zeigen.
Die Anordnung ist derart getroffen, daß die erste und die zweite Spule 31, 32 über Anschlüsse _a Pulse erhalten,
während die dritte und die vierte Spule 33, Pulse über die Anschlüsse b. erhalten. In dem in Fig.
18A gezeigten Zustand wird den Anschlüssen a ein Pulsstrom in einer derartigen Richtung zugeführt, daß die
ersten magnetischen Pole 27 erregt werden. Dieser Betriebszustand wird als Betriebszustand (D.im fol-
genden bezeichnet. Im anderen Betriebszustand, der in Fig. 18B gezeigt ist, wird der Pulsstrom den Anschlüssen
b derart zugeführt, daß die vierten magnetischen Pole 30 erregt werden (Betriebszustand(2)).
In einem weiteren Betriebszustand, der in Fig. 18C gezeigt ist, wird ein Pulsstrom den Anschlüssen a
derart zugeführt, daß die zweiten magnetischen Pole erregt werden (Betriebszustand 3)). Schließlich wird
im Betriebszustand, der in Fig. 18D gezeigt ist, der Pulsstrom den Anschlüssen Jd derart zugeführt, daß die
dritten magnetischen Pole 29 erregt werden (Betriebszustand (4))
Die Bedingungen, unter denen man magnetische Kräfte durch die jeweiligen magnetischen Pole in den Betriebszuständen
(1) bis (4) erzeugt werden, sind in der untenstehenden Tabelle 1 erläutert.
Betriebs zustand |
Erzeugung der magnetischen Kraft | Stabile Position |
(1) | Erster Pol: Fluß von Magnet 24 | |
+ Fluß von Spule 31 | ||
Zweiter Pol: Fluß von Magnet 24 | ||
- Fluß von Spule 32 = 0 | Erster Pol | |
Dritter und Magnetkräfte durch Magnet vierter Pol: 24 ausgeglichen |
||
(2) | Erster und Magnetkräfte durch Magnet zweiter Pol: 24 ausgeglichen |
|
Dritter Pol: Fluß von Magnet 24 | ||
- Fluß von Spule 33 = 0 | Vierter Pol 1 |
Vierter Pol: Fluß von Magnet 24 | Zweiter Pol | |
+ Fluß van Spule 34 | ||
(3) | Erster Pol: Fluß von Magnet 24 | |
- Fluß von Spule 31 = 0 | ||
Zweiter Pol: Fluß von Magnet 24 | Dritter Pol | |
+ Fluß von Spule 32 | ||
Dritter und Magnetkräfte durch Magnet vierter Pol: 24 ausgeglichen |
||
(4) | Erster und Magnetkräfte durch Magnet zweiter Pol: 24 ausgeglichen |
|
Dritter Pol: Fluß von Magnet 24 | ||
+ Fluß von Spule 33 | ||
Vierter Pol: Fluß von Magnet 24 | ||
- Fluß von Spule 34 | ||
Wie aus der obigen Tabelle 1 hervorgeht, erregt im Betriebszustand (1) der erste magnetische Pol 27 mit
N-Polarität die stärkste magnetische Kraft, so daß das bewegliche Teil 23 in einem stabilen Zustand über
die magnetische Anziehungskraft gehalten wird, die zwischen dem ersten magnetischen Pol 27 und den
entsprechenden Zähnen des festen Teils 22 wirkt. Andererseits sind die dritten und vierten magnetischen
Pole 29, 30 mit S-Polarität um ein Viertel des Zahnabstandes von den gegenüberliegenden Zähnen 22a des
festen Teils 22 versetzt.
Im Betriebszustand (2) ruft der magnetische Pol keine Kraft mehr hervor, wohingegen der vierte
magnetische Pol 30 mit S-Polarität die stärkste Kraft erzeugt, so daß das bewegliche Teil 23 über einen Ab-
stand entsprechend ein Viertel des Zahnabstands relativ verschoben wird, d.h. um P1 ,4, so daß der vierte
magnetische Pol 30 in Phase mit den gegenüberliegenden Zähnen 22a am festen Teil 22 gelangt. Mittlerweile
sind die ersten und zweiten magnetischen Pole 27, 28 mit N-Polarität von den gegenüberliegenden Zähnen 22a
am festen Teil 22 um einen Abstand entsprechend einem Viertel des Zahnabstands, d.h. um P1,4, verschoben.
Im Betriebszustand (3) erzeugt der zweite magnetische
Pol 28 mit N-Polarität die stärkste magnetische Kraft, so daß das bewegliche Teil 23 relativ um den Abstand
entsprechend einem Viertel des Zahnabstands, d.h. um
P1/4 derart verschoben wird, daß der zweite magnetische
Pol 28 in Phase mit den gegenüberliegenden Zähnen 22a am festen Teil 22 gelangt. Andererseits sind inzwischen
die dritten und vierten magnetischen Pole 29, 30 mit S-Polarität von den gegenüberliegenden Zähnen 22a am
festen Teil 22 um einen Abstand verschoben, der einem Viertel des Zahnabstands entspricht, d.h. um P1 ,4.
Im Betriebszustand (4) erregt der dritte magnetische. Pol 29 mit S-Polarität die stärkste Kraft, so daß das
bewegliche Teil 23 relativ um einen Abstand entsprechend einem Viertel des Zahnabstands, d.h. um
P1/4 , verschoben wird, so daß der magnetische Pol 29
in Phase mit den gegenüberliegenden Zähnen 22a am festen Teil 22 gelangt.
Daraufhin beginnt der Vorgang wieder im Betriebszustand (1), so daß der erste magnetische Pol 27 mit
N-Polarität nun wieder die stärkste Kraft erregt. Als./ Ergebnis wird das bewegliche Teil 23 wieder um einen
Abstand entsprechend einem Viertel des Zahnabstands, d.h. um P1/4 verschoben, so daß der Zustand gemäß
Fig. 18A erreicht wird. Auf diese Weise wandert das bewegliche Teil 23 um ein Viertel des Zahnabstands durch
Wiederholung der Betriebszustände (1) bis (4).
Der zweite Linearmotor (21), der zwischen dem Zwischenwagen
4 und dem Tischkörper 3 angeordnet ist, weist eine Konstruktion auf, die ähnlich der des ersten oben
erklärten Linearmotors ist. Wie in den Figuren 1 bis 5
und 7 bis 12 aufgezeigt, weist der zweite Linearmotor
21 ein flaches tafelförmiges festes Teil 40 auf, das an der Oberseite des Zwischenwagens 4 derart befestigt ist,
daß es sich in dessen Längsrichtung erstreckt. Ein bewegliches Teil 41 ist an der Unterseite des Tischkörpers
3 befestigt. Wie beim beweglichen Teil 21 des ersten Linearmotors weist das bewegliche Teil 41 des
zweiten Linearmotors einen Permanentmagneten 42 auf, der erste und zweite magnetische Pole 43, 44 hat, die
in N-Polarität vom Permanentmagneten 42 magnetisiert
sind, sowie dritte und vierte magnetische Pole, 45,46, die in S-Polarität vom Permanentmagneten magnetisiert
sind. Erste bis vierte Spulen, 46', 47, 48 und 49 sind um die jeweiligen Pole 43 bis 46 gewickelt. Die erste
Spule 46', die zweite Spule 47, die dritte Spule 48 und
die vierte Spule 49 sind elektrisch mit Puls-Generator-Mitteln (nicht gezeigt) verbunden. Im Betrieb wird der
Tischkörper 3 relativ zum Zwischenwagen 4 in Längsrichtung der Basis 1 verschoben und zwar in Übereinstimmung
mit den von den Pulserzeugermitteln zugeführten Pulsen.
Wie aus Figur 13 hervorgeht, ist das Festteil 40 des zweiten Linearmotors auf der Oberseite des Zwischenwagens
4 befestigt und weist Zähne 40a auf, die in einem
konstanten Zahnabstand P2 angeordnet sind, der unterschiedlich
zum Zahnabstand P1 der Zähne 22a des festen
Teils 22 des ersten Linearmotors angeordnet sind. Zur Vereinfachung der Erklärung wird auch im Falle des
zweiten Linearmotors angenommen, daß die Phase der Zähne der zweiten magnetischen Pole 44 um einen Betrag entsprechend
einhalb des Zahnabstandes, d.h. P2/2» v°n
Phase der Zähne der ersten magnetischen Pole 43 ver-
schoben ist, während die Phase der Zähne der vierten
magnetischen Pole 46 um einen Betrag entsprechend 1/2 des Zahlenabstandes, d.h. um P2/2 von der Phase der
Zähne der dritten magnetischen Pole 45 verschoben ist.
Es wird auch angenommen, daß die Phasen der Zähne der dritten und vierten magnetischen Pole 45 und 46 mit
S-Polarität von der Phase der ersten und zweiten magnetischen Pole mit N-Polarität um einen Betrag
entsprechend einem Viertel des Zahnabstandes (P2/4) verschoben ist. Auf diese Weise kann das bewegliche
Teil 41 um Abstände entsprechend einem Viertel des Zahnabstandes ,d.li.um P2/4 auf Jeden der aufeinanderfolgenden
Pulse hin verschoben werden. 15
Im folgenden wird der Betrieb der ersten bevorzugten Ausführungsform des linearmotorgetriebenen Tisches
erläutert werden.
Im Grobvortrieb wird der Tischkörper 3 mit einer
großen Rate zur Basis 1 bewegt. Um den Grobvortrieb des Tischkörpers 3 zu bewirken, werden Pulse auf das
bewegliche Teil 23 des ersten Linearmotors 20 gegenüber der Basis 1 von den nicht gezeigten PuIs-26
Generatormitteln derart geführt, daß das bewegliche Teil 23 sich zum festen Teil 22 an der Unterseite des
Zwischenwagens 4 mit einer Rate von 1/4 Zahnabstand, d.h. mit P1/4 pro Puls derart bewegt, daß der Tischkörper
3 zusammen mit dem Zwischenwagen ^ in 30
Längsrichtung mit einer Rate von P-/4 pro Puls in
Längsrichtung der Basis 1 bewegt wird. Inzwischen werden Pulse von den Pulsgeneratormitteln ( nicht
gezeigt) dem beweglichen Teil 41 des zweiten Linearmotors 21 gegenüber dem Tischkörper 3' mit einer
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umgekehrten Polarität zu den Pulsen zugeführt, welche dem ersten Linearmotor zugeführt werden. Demzufolge
bewegt sich das bewegliche Teil 41 zum festen Teil 40
auf der Oberseite des Zwischenwagens 4 in derselben Richtung wie die Bewegung des ersten Linearmotors 20
mit einer Rate von ein 1/4 des Zahnabstandes der entsprechenden Zähne, d.h. mit P2/4 Pro Puls· Der
zweite Linearmotor 21 treibt den Tischkörper 3 zum Zwischenwagen 4 in derselben Richtung an, wie
sie vom ersten Linearmtor 20 bewirkt wird. Auf diese Weise läuft der Tischkörper 3 bei jedem Puls um
(P1/4 + P9/4) relativ zur Basis 1 , was den Grobvortrieb
darstellt.
Beim Feinvortrieb wird der Tischkörper 3 mit kleineren Schritten vorgetrieben. Dies kann man dadurch erreichen,
daß man Pulse mit der gleichen Polarität den beweglichen Teilen 23 und 41 des ersten bzw. zweiten Linearmotors
20+21 zuführt. In diesem Fall bewegt der erste Linearmotor 10 den Tischkörper 3 zusammen mit dem
Zwischenwagen 4 in die Längsrichtung der Basis 1 mit einer Rate von P-/4 pro Puls, während der zweite
Linearmotor 21 den Tischkörper ·3 zum Zwischenwagen 4 mit einer Rate von P2/4 pro Puls in die entgegengesetzte
Richtung treibt. Folglich wird der Tischkörper '3 zur Basis 1 - mit einer zusaitimengesetzen Rate von
(P-/4 - P2/4) pro Puls bewegt, was dann den Feintrieb des
Tischkörpers 3 darstellt. Die Vorschubgeschwindigkeit des Tischkörpers 3" kann gesteigert oder abgesenkt
werden, indem man die Frequenz der Pulse steigert oder absenkt. Die Vorschubdistanz wird über die entsprechende
Einstellung der Pulsanzahlen bewirkt, die den Linear-
3Ö motoren zugeführt werden.
Nachdem die Linearlager 2+5 in geeigneter Weise vorgespannt sind, ist ein Spiel zwischen dem Tischkörper
3 und dem Zwischenwagen 4 und zwischen dem Zwischenwagen
.4 und der Basis 1 unterbunden, auch wenn auf den Tischkörper 3 eine Last wirkt. Da darüber hinaus
der Kontaktwinkel zwischen den Lastku-geln 25 und der Lastku^gelnut 10 mit etwa 45 Grad eingestellt
wird, kann man die Last gleichmäßig in alle Richtungen,
d.h. vertikal und lateral so verteilen, daß ein konstanter Freiraum zwischen dem beweglichen Teil und dem festen
Teil des Linearmotors gegeben ist, so daß man konstante
5
Vorschubkräfte, sowie konstante Haltekräfte sicherstellt. Da die Linearlager 2+5 Stahlkugeln mit minimaler
Reibung benutzen, ist jedes Risiko einer Wechselwirkung zwischen dem beweglichen Teil und dem festen
Teil vermieden, auch wenn der Tischkörper 3 belastet 10
ist. Dies wiederum erlaubt eine Minimierung des Spiels
zwischen dem beweglichen Teil und dem festen Teil, so daß große Vortriebs- und Halte-Kräfte erzeugbar sind.
Oben wurden zwar die Linearpulsmotoren in einer Aus-
führungsform beschrieben, bei der das bewegliche Teil
zum festen Teil mit einer Rate von einem Viertel der Steigung der Zähne pro Puls bewegt wird, dieser Wert der
Vorschubrate ist jedoch nicht bindend, man kann vielmehr andere Vorschubraten pro Puls erzielen. Selbstverständ-
lieh können auch andere Typen von Linearmotoren, wie
z.B. Linear DC-Motoren, lineare Synchron-Motoren usw. gleichermaßen verwendet werden.
Im folgenden wird anhand von Fig. 19 eine zweite bevorzugte
Ausführungsform der linearmotorgetriebenen Tischvorrichtung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform
sind der Zwischenwagen 4 und der Tischkörper 3 an der Basis 1 in Längsrichtung zur Basis 1 über
Zwischenschaltung von 2' und 5' befestigt, die als
Schrägrollenlager ausgeführt sind. Andere Teile der Konstruktion, sowie deren Funktion entsprechen im
wesentlichen der ersten Ausführungsform, so daß keine gesonderte Beschreibung hiervon gegeben werden muß.
Fig. 20 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform
des linearmotorgetriebenen Vortriebstisches gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform weist der Zwischen-
wagen 4 einen im wesentlichen I-förmigen Querschnitt
auf und wird an seinen beiden Breitseiten auf der Basis
1 über die Zwischenschaltung von Linearlagern 5
_ gehalten, die in diesem Fall lineare Kugellager sind,
ο
so daß er sich in Längsrichtung zur Basis 1 bewegen kann. Der Zwischenwagen 4 wiederum trägt den Tischkörper
3 längsbeweglich über die Zwischenschaltung von Linearlagern 2, die ebenfalls lineare Kugellager
sind. Die beweglichen Teile 23 + 41 des ersten bzw. zweiten Linearmotors 20 + 21 sind an der oberen bzw.
unteren Seite des Zwischenwagens 4 angebracht, während die festen Teile 22 bzw. 4o dieser Linearmotoren
21 bzw. 21 an der oberen Seite der Bais 1 und an der unteren Seite des Tischkörpers 3 befestigt sind.
Andere Abschnitte der Konstruktion, sowie deren Wirkung entsprechen im wesentlichen der ersten Ausführungsform,
so daß eine detaillierte Beschreibung an dieser Stelle nicht notwendig ist.
In den Abb. 19 und 20, welche die zweite und die dritte
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, sind dieselben Bezugsziffern zur Bezeichnung der gleichen
Teile wie bei der ersten Ausfuhrungsform verwendet.
Die Anordnung des festen bzw. beweglichen Teils 22,40
und .23, 41. des ersten bzw. zweiten Linearmotors 2o +21 , die in den hier dargestellten Ausführungsformen
gezeigt ist, ist lediglich erläuternd, was die Anordnung des festen und des beweglichen Teils betrifft. Diese
y
können selbstverständlich an geeigneten Abschnitten der Basis 1 , des Tischkörpers 3 und des Zwischenwagens
[4 angeordnet sein.
Die linearmotorgetriebene Tischvorrichtung gemäß der
35
Erfindung, wie sie oben anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert wurde, weist folgende Vorteile auf.
Erfindungsgemäß wird der Tischkörper relativ zum Zwischenwagen bewegt, der wiederum zur Basis bewegt wird,
und zwar durch die geeignete Steuerung von zwei Linearmotoren derart, daß der Unterschied zwischen der
5
Bewegung des Zwischenwagens zur Basis und der Bewegung des Tischkörpers zum Zwischenwagen oder (alternativ)
die Summe dieser Bewegungen als Vorschub des Tischkörpers zur Basis erscheint. Dadurch ist es möglich,
einen hochpräzisen Feinvortrieb des Tischkörpers zur Basis zu erreichen und andererseits einen Grobvortrieb
mit ebenfalls hoher Präzision der Positionierung zu bewerkstelligen.
Dadurch, daß Linearmotoren verwendet werden, braucht man 15
keine Rollspindel/Kugelmutter und keine Nutwellenanordnung, so daß das Gewicht und damit die Trägheit der beweglichen
Teile reduziert wird, so daß man die Start- und Stop-Charakteristik verbessern kann. Auf diese Weise
wird eine merkliche Verbesserung der Positionier-20
Präzision des Tischkörpers erzielt.
Die Verwendung von Linearmotoren eliminiert darüber hinaus jeglichen Fehler, der sonst durch Verdrillung
der Kugelumlaufspindel oder der Nutwellenanordnung 25
entsteht. Darüber hinaus existiert kein unvermeidbares Spiel wie zwischen der Kugelmutter und einer Kugelumlaufspindel
oder zwischen einem Schlitten und einer Kugelnutwelle.
Darüber hinaus wird die Dicke der gesamten Vorrichtung reduziert und die Konstruktion wird sehr kompakt, so daß
der Anwendungsbereich der Vorrichtung erweitert wird. Dies geschieht dadurch, daß ein Drehmotor, sowie die
erwähnte Umlaufspindel bzw. Nutwelle vermieden wird.
35
Weiterhin wird die Anzahl von beweglichen Teilen verringert, was wiederrum in einer Kostenreduktion
und einer höheren Präzision beim Zusammenbau resultiert,
21 1
wobei weiterhin das Auftreten von Fehlern geringer wird.
P- Weiterhin kann der Vorschubebetrag beim Feinvorschub
oder Grobvorschub in im wesentlichen beliebigen Bereichen variiert werden, indem man einfach den Unterscheid
zwischen den Zahnabständen auf dem festen Teil des Linearmotors zwischen der Basis und dem Zwischenwagen
und den Zahnabständen der Zähne des Linearmotors und der Anzahl der Zähne auf dem festen Teil des
Linearmotors zwischen dem Zwischenwagen und dem Tischkörper variiert bzw. entsprechend einstellt.
- Leerseite -
Claims (5)
1. Linearmotorgetriebene Tischvorrichtung mit Grob- und
Feintrieb,
gekennzeichnet durch eine Basis (1), einen Zwischenwagen (4) und einen Tischkörper (3), wobei der
Zwischenwagen (4) und der Tischkörper (3) beide auf der Basis (1) über Linearlager (2, 5) derart getragen sind,
daß der Zwischenwagen (4) und der Tischkörper (3) in Längsrichtung der Basis (1) zu dieser und gegeneinander beweglich
sind, wobei die Vorrichtung weiterhin erste Linearmotor-
mittel (20) umfaßt, die zwischen der Basis (1) und dem Zwischenwagen (4) wirken, sowie zweite Linearmotormittel
(21), die zwischen dem Zwischenwagen (4) und dem Tischkörper (3) wirken.
5
5
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten
Linearmotormittel (20), welche zwischen der Basis (1) und dem Zwischenwagen (4) wirken, ein festes Teil (22)
umfassen, das an der Oberseite der Basis (1) oder an der Unterseite des Zwischenwagens (4) befestigt
ist, und ein erstes bewegliches Teil (23), das jeweils am anderen Teil, also an der Unterseite des Zwischenwagens
(4) oder an der Oberseite der Basis (1) derart angeordnet ist, daß es gegenüber dem festen Teil (22)
steht, wobei die zweiten Linearmotormittel (21), die zwischen dem Zwischenwagen (4) und dem Tischkörper
(3) wirken, ein zweites festes Teil (40), das entweder an der Oberseite des Zwischenwagens (4) oder
an der Unterseite des Tischkörpers (3) befestigt
ist, und ein zweites bewegliches Teil (41) umfassen, das an dem jeweils anderen Teil, also an der Unterseite
des Tischkörpers (3) oder an der Oberseite des Zwischenwagens (4) derart angebracht ist, daß es
gegenüber dem zweiten beweglichen Teil (41) liegt, wobei das erste feste Teil (23) und das zweite feste
Teil (24) jeweils Zähne (22a, 40a) aufweisen, die voneinander verschiede Zahnabstände haben.
3Q
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Tischkörper (3) auf der Basis (1) über erste Linearlager
(5) gelagert ist, während der Zwischenwagen (4) zwischen dem Tischkörper (3) und der Basis (1) angeordnet
und am Tischkörper (3) über das zweite Linearlager (2) gelagert ist.
,
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Tischkörper (3) auf der Basis (1) über erste Linearlager
(21) gelagert ist, während der Zwischenwagen (4)
zwischen dem Tischkörper (3) und der Basis (1) angeordnet und auf der Basis (1) über zweite Lager (5')
gelagert ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tischkörper
(3) vom Zwischenwagen (4) über erste Linearlager (2) gehalten ist, während der Zwischenwagen (4)
von der Basis (1) über zweite Linearlager (5) gehalten ist.
J
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Ipc: H02K 41/03 |
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D2 | Grant after examination | ||
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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