EP1652012A1 - Linearmotor mit fortbewegungsregelung - Google Patents

Linearmotor mit fortbewegungsregelung

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Publication number
EP1652012A1
EP1652012A1 EP04763002A EP04763002A EP1652012A1 EP 1652012 A1 EP1652012 A1 EP 1652012A1 EP 04763002 A EP04763002 A EP 04763002A EP 04763002 A EP04763002 A EP 04763002A EP 1652012 A1 EP1652012 A1 EP 1652012A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
linear motor
control
secondary part
interface
motor according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04763002A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eberhard Schemm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rexroth Indramat GmbH
Original Assignee
Rexroth Indramat GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rexroth Indramat GmbH filed Critical Rexroth Indramat GmbH
Publication of EP1652012A1 publication Critical patent/EP1652012A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices

Definitions

  • the invention relates to a linear motor with motion control according to the preamble of claim 1, in particular a linear motor with several secondary parts (moving components), which is preferably used in processes of industrial automation.
  • the patent US 5,965,963 discloses a linear motor consisting of a secondary part and a primary part (stationary component), the secondary part using position-sensing sensors attached to the route, e.g. Hall sensors (Fig. 1B, Fig. 3), and a magnet located on the secondary part controls the coils integrated in the path.
  • This invention has the disadvantage that as the number of secondary parts increases, the mechanism for detecting the position becomes more and more complex and will reach its limits with a number of 4 to 6 secondary parts (FIG. 10).
  • an existing railway line is not easily expandable, since the number of rails and the secondary section depends on the number of x
  • the existing control is also designed for the specific application and a change in the system configuration is not possible without considerable technical and time expenditure.
  • the concept of the position detection used also has the disadvantage that if only one sensor fails, the generated signal is falsified and a collision or a failure is thus preprogrammed sooner or later.
  • Position detection takes place here, for example, via the secondary part attached Permanent magnets, whose magnetic field is detected by sensors attached to the primary part (FIG. 7, reference numbers 8.46).
  • the control of the secondary parts is not further described here, the teaching essentially includes the mechanical structure of the primary and secondary parts and their interaction.
  • the disadvantage here is that an external control would have to take over the entire process coordination and only straight trajectories can be realized.
  • the laid-open specification US 0.180.279 AI shows a modular system consisting of linear motors.
  • FIGS. 17 to 21 show the flexibility of the disclosed invention on the basis of the possibility of realizing movement paths with a theoretically arbitrary course.
  • the secondary part contains a battery-powered signal processing device (FIG. 5), which takes over the position detection by radio remote control and reports it to a central control unit.
  • FIG. 5 the structure of the secondary and primary part is similar to the form disclosed in US Pat. No. 5,965,963 and accordingly has the same disadvantages.
  • the motion control is taken over by a central motor controller that communicates with module controllers over a network and thus controls and manages all secondary parts.
  • the controller network has to calculate all information relevant to motion control, such as acceleration, speed, thrust, and control the coils accordingly.
  • the control of the secondary parts becomes more and more complex as the number of secondary parts increases because the position must be recorded for each secondary part and the corresponding coils must be switched on the path formed by the primary parts in such a way that all secondary parts move completely independently of one another and collisions are prevented.
  • only the coils that are located directly under the secondary section should be controlled.
  • the patents US 6,502,517 and EP 580107B1 both of which deal with magnetic levitation systems, should also be mentioned in this connection.
  • the document US 6,502,517 explains the basic structure of such a system in mechanical and electrical terms, realized with the aid of a linear motor, and proposes a solution for the contactless transmission of electrical energy electrical components on the floating secondary part.
  • the content of the document EP 580107B1 also describes a suspension system, the focus here, among other things, on the regulation of the air gap, depending on the load on the suspended component.
  • the moving component contains a control unit that permanently monitors the air gap and initiates appropriate countermeasures as soon as the required setpoint changes.
  • the core of the distance control is formed by electrical magnets, which are mounted on the moving part and whose slrom feed can be used to set the path distance.
  • This object is achieved by the features of claim 1.
  • the number of secondary parts is not limited and the user thus has a wide variety of transport systems with freely defined Can build route.
  • Part of the required motion control is provided on the secondary part in such a way that the secondary part itself takes over part of the computationally intensive motion control. This relieves any existing control as much as possible.
  • the secondary part becomes a practically independently operating, intelligent unit that can independently initiate all the actions required for locomotion from a specification of target values, such as route specifications and the independent determination of actual values, such as absolute position data.
  • target values such as route specifications
  • actual values such as absolute position data.
  • local control of the required coils is achieved in a simple manner, the setpoint value then being used only for those coil controls which are required to drive the secondary part in the desired direction or in the desired speed, etc.
  • Such a motion control is practically a decentralized form or at least a partially decentralized form of the control, the required motion control loop being separated according to the invention.
  • the secondary part has an energy supply. This energy supply for the secondary part feeds a signal processing device with a movement or locomotive controller arranged on the secondary part in terms of apparatus.
  • the movement or locomotion control is thus part of the overall motion control of the linear motor, for.
  • a position setpoint or speed setpoint or the like can also be generated by a central or decentralized, for example stationary, control and transmitted to the secondary part. From this, the secondary part could generate a current setpoint value which is used to control coils attached to the primary part or is used as an input signal for the coil control.
  • This (current) setpoint is generated in the signal processing device and is for the coil control - d. H. relevant for the physical implementation of the desired movement.
  • relevant means that the physical movement takes place on the basis of the control of the coils and the resulting field in accordance with the setpoint value generated in the signal processing device.
  • setpoint is transferred to a fixed coil control. This takes place via a setpoint interface provided according to the invention.
  • the setpoint interface is used to transfer the setpoint from the usually moving secondary part to the stationary coil control.
  • the setpoint is then used for commutation of the coils in accordance with the general control of a linear motor.
  • the wiring effort z. B. for the setpoint transmission or the coil control according to the invention designed relatively simple;
  • the cabling effort according to the invention does not depend on the number of coils present and can therefore be extremely economical and efficient even with very long distances or with a large number of secondary parts be carried out.
  • it could a setpoint transmission from a central or decentralized control architecture to the coils of the primary part is also completely eliminated.
  • the position recorded in this way is compared with the stored position data, which enables precise locomotion control.
  • the absolute secondary part position can be recorded, for example, by providing each modular route section with a unique marking, that is to say only once on the entire route. A binary-coded ' route segment marking would be conceivable. This is detected and evaluated by the scanning device. From the combination of the route segment marking and the recorded relative position within a section of the route, the absolute position on the entire route could be calculated.
  • the secondary part provide movement status information, preferably corresponding to the speed and / or acceleration and / or the relative or absolute position and / or the
  • the movement controller on the secondary part has a high degree of "intelligence".
  • the secondary part then has information about its movement state practically at all times, so that movement detection, for example for a
  • movement status information can also be used for a preprogrammed position control. If the secondary part receives these movement setpoints, there is therefore a very fast movement control on the secondary part itself, which includes all possible parameters, as in a conventional control Taking into account, guaranteed.
  • the invention is practically the entire variability and approach range of a conventional central or partially central control architecture realized in the simplest way if the secondary part movement setpoints, preferably according to the speed and / or acceleration and / or the relative or absolute position and / or the thrust, over at least receives a control interface attached in the area of the primary part from at least one control device.
  • the control device then (preferably only) has the task - for example in accordance with an industrial process, see below - to control or synchronize the movement of a secondary part or a plurality of secondary parts, as is the case with the underlying required process, e.g. B. a production process required.
  • control device and the communication of the control device with the secondary part (s) is thereby considerably simplified, since the control device is relieved of the above-mentioned motion control processes.
  • Complex and predetermined paths and movement specifications can thus be realized and in particular a large number of secondary parts can also be controlled synchronously according to the specifications of complex processes.
  • At least one control device is organized decentrally and has control modules which are arranged in the area of the primary parts, the advantages of the invention are combined with a decentralized architecture of controls. This results in a reduced complexity of the overall system, so that, on the other hand, more complex applications than with the prior art can be realized by distributed computing power and in particular, distributed “intelligence” of the controller (s).
  • control device is specific
  • At least one secondary part preferably identification features, for the control of which it is managed and sent and received via a control interface.
  • set-up processes or commissioning processes can be made much simpler in the presence of such specific features.
  • control device for the administration or processing of the respective process.
  • specific characteristics are identified via a Transfer control interface from the secondary part to the control device.
  • the control interface is therefore preferably bidirectional (according to claim 3 in conjunction with claim 5).
  • the specific features (especially for commissioning or restarting) can be technical features of the secondary part that are relevant for the control; however, as an alternative or in addition, it can also be predetermined features for each secondary part.
  • the specific features of the secondary part are also used in the signal processing device of the secondary part itself. This would be used, for example, to identify technical data of the secondary part, e.g. B. relevant parameters for the motion control, can be useful during control. As a result, the range of applications of a linear motor according to the invention is significantly expanded and, at the same time, the control is simplified if necessary.
  • At least one identification feature according to claim 7 is a unique address that addresses at least one secondary part. Unique means that the respective address is only assigned once for each secondary part and is therefore unique.
  • the control interface In order to reduce the susceptibility to failure of the invention and to limit the maintenance effort, it is proposed that the control interface. the encoder interface or the setpoint interface is designed without contact. Corresponding cabling is not required, so that the mechanical restrictions on movement that are usually associated with cabling are avoided or reduced.
  • the construction is simpler and also more cost-effective due to a low cabling effort, and maintenance work required for cabling and * plugs, for example, is also eliminated or reduced.
  • Various configurations of contactless interfaces are possible; The choice of interface technology or physics is determined by the data transfer rate to be realized and the type of data to be transferred as well as the requirements for the respective interface.
  • At least one of the interfaces is designed as an infrared interface and, optionally, the sensor system is fluid-impermeable due to a translucent seal from the surroundings. is shielded.
  • Such an infrared interface allows high data rates to be modulated due to the high frequency of the infrared light.
  • the interface can be both unidirectional and bidirectional. It would be conceivable, for example, that the entire primary part area traversed by a corresponding secondary part is irradiated by one or more infrared sources. To do this, each secondary part that communicates via the infrared interface must have at least one.
  • the secondary part Be equipped with an infrared receiver that converts the infrared signals and makes them accessible for the movement control of the secondary part. It would also be conceivable to design such an infrared interface between the primary part and the secondary part in the manner of a rail, with infrared transmitters and infrared receivers being arranged in the longitudinal direction parallel to the beam guide in the manner of the geometry, so that even when the secondary part moves relative to the primary part according to Requirements of the movement of the secondary part seamless and largely uninterrupted transmission is guaranteed.
  • the corresponding transmitters or receivers are preferably integrated in the rail and are encapsulated in such a way that incidence of light and also contamination of the infrared sensors or transmitters is largely avoided.
  • a practical solution would be to design the control interface as a fieldbus, which guarantees the transmission of the position signals, etc. practically in real time to the secondary part or each of the secondary parts.
  • At least one interface be designed as an inductive interface.
  • Such an inductive interface is largely indifferent to pollution, light or other external influences.
  • an inductive interface can be completely encapsulated from the environment, for example by a tight cover.
  • Such an interface would also be completely watertight or fluid-tight, by using a suitable material, e.g. B. epoxy resin is cast. This is particularly relevant for packaging machines or for industrial applications that are heavily soiled.
  • At least one interface is designed as a radio interface.
  • a radio interface also has the advantage that higher transmission rates - as required, for example, for a fieldbus - can also be implemented.
  • At least two interfaces preferably the control interface and / or the encoder interface and / or the setpoint interface, form at least one uniform interface Interface are summarized.
  • the setpoint generated by the signal processing device belongs to a single setpoint category. This means that a setpoint of a specific, predetermined type is generated by the signal processing device during operation.
  • the setpoint generated by the signal processing device can be a position setpoint.
  • Appropriate signal processing would then have to be provided on the primary part, which forms a setpoint for the coil control from the position setpoint. This reduces the data rate required for information transmission, since such a position setpoint is lower than, for example, a current setpoint Data transfer rate required.
  • the same also applies in principle if the setpoint generated by the signal processing device is a speed setpoint.
  • the linear motor is preferably designed such that the setpoint generated by the signal processing device is a current setpoint or acceleration setpoint. Then a comparatively high proportion of the required logic circuit is arranged on the secondary part, so that the requirements for circuit complexity on the primary part are very low.
  • the possible application bandwidth can be increased in that the setpoint generated by the signal processing device represents a combination of setpoint categories according to claim 14.
  • the secondary part requires an energy supply for the motion controller. It is preferred that the energy supply to the signal processing device of the secondary part is ensured by a single type of energy source, since this simplifies the energy supply carried along.
  • the power supply to the signal processing device of the secondary part is an energy source attached to the secondary part, preferably a rechargeable accumulator or a non-rechargeable battery or a solar cell arrangement.
  • an energy source is already sufficient for a signal processing device according to the invention, since the energy expenditure required for this is comparatively low.
  • an inductive energy interface is, preferably an induction coil, which receives electrical energy without contact via at least one coil which is stationary with respect to the primary part.
  • a transducer attached to the secondary part and in contact with the primary part can supply the energy of the signal processing, preferably via a sliding contact or a roller contact.
  • the energy for the signal processing device of the secondary part can also be fed to the secondary part through a cable connection.
  • a cable connection would be an inexpensive alternative solution.
  • a cable connection also largely eliminates interference; this is particularly advantageous when relatively low voltages / currents are transmitted, so that FeM functions can be avoided in this way by superimpositions.
  • an accumulator is conceivable as a backup energy supply, while the energy supply is provided in operation by an inductive, grinding, rolling or cable connection. the accumulator would then be charged by the "operating energy source" and could take over the power supply in an emergency.
  • contactless energy transmission and / or information transmission means are preferably provided.
  • the means of the secondary or primary part communicating with one another are for contactless energy transmission and / or contactless information transmission during operation on the mutually facing sides of the secondary part and primary part are opposite.
  • a more precise movement can be achieved by controlling individual coils in the form that individual coils are arranged next to one another on the primary part along the movement path of the secondary part and the coil control supplies at least one individual coil with current.
  • the secondary part is movably mounted on the primary part by means of a rail with at least two tracks.
  • the mechanically stable guidance of the secondary part in the area of the primary part is realized by the two-track bearing.
  • the rails and the associated guides can be provided both on the side of the secondary part and on an upper or lower side.
  • a roller bearing can be provided such that the secondary part has at least three rollers, two rollers being assigned to a common track and a third roller being assigned to a further track. This ensures reliable guidance on the rails or screen guides even when cornering - especially with different radii.
  • the roller that is resiliently mounted on the secondary part and that is opposite the other two rollers.
  • the third, spring-mounted roller can then meet the corresponding curve constraint by evading it accordingly or adapting its position to the required constraint.
  • the resilient bearing of the roller also ensures smooth cornering.
  • the principle used in claim 27 is that the expenditure on equipment is comparatively low and the probability of errors is reduced.
  • the fact that the control element is designed as a half bridge in each case saves a large number of components, for example compared to an H bridge.
  • the saving is essentially proportional to the route length used. This can result in considerable material savings and simplification of the circuit - especially with complex processes and large machines.
  • a breakdown of production causes considerable damage, especially in industrial machines. Since overall fewer components are used, the probability of a failure is drastically reduced. For example, one could reinvest the savings on components ( by using undoubtedly more expensive, but more reliable and less prone to failure components. Then, at today's market prices, such components (IGBTs) would still realize savings and still achieve a significantly improved service life and reliability.
  • the invention is further based on the object of an industrial machine, in particular for automation lines, which comprises an industrial process, in particular for flat materials, packaging and tools, the process comprising a linear movement which includes a linear motor including motion control with at least one Secondary part and at least one primary part with field-generating coils in a concentrated or overlapping winding along a predetermined path, so that it can be used for a wide variety of applications and for a variety of different configurations, with a comparatively high acceleration and high stiffness of the movement as required can be realized.
  • a linear movement which includes a linear motor including motion control with at least one Secondary part and at least one primary part with field-generating coils in a concentrated or overlapping winding along a predetermined path, so that it can be used for a wide variety of applications and for a variety of different configurations, with a comparatively high acceleration and high stiffness of the movement as required can be realized.
  • the advantages of an industrial machine according to the invention are exploited particularly efficiently if the machine comprises a plurality of secondary parts which carry out a process-synchronous movement according to predetermined process instructions.
  • Several secondary parts increase the complexity of the associated control process.
  • the individual secondary parts must also be moved synchronously with one another, ie must be synchronized. This synchronization of the secondary parts takes place according to pre-determined process regulations in accordance with the underlying industrial process that the machine carries out.
  • the 'invention develops particular advantages such different processes, different movements and different numbers can include, for example of required secondary sections can be realized with comparatively little effort.
  • any control that may be present is limited to the management of the industrial process, with the control processes being decentralized, including more complex ones are handled in the secondary parts. This simplifies the corresponding control program and thus ensures that the machine can be commissioned or converted more quickly and reliably.
  • the control becomes more or less independent of the Hardware.
  • a controller could only be parameterized by specifying the boundary conditions and parameters that are only relevant for the process. These parameters are, for example, guideways, motion parameters of the process, number of secondary parts and primary parts.
  • the invention unfolds its advantages particularly efficiently if the machine comprises at least 5 secondary parts.
  • Such a machine can typically also have significantly more than 5 secondary parts, e.g. B. 20 to 100 or several hundred secondary parts.
  • the number of secondary parts can be freely determined and, depending on the process, is only limited by the requirements of the process, by the geometry of the secondary parts and by the guiding of the primary part.
  • a very variably configurable Sfrecken Insert is achieved in that the linear movement is predetermined by a movement path which is formed by several primary parts. Different primary parts, each with a different predetermined length, can be used, so that, for example, a corner guide in the manner of a kit can be constructed. Such a kit can include straight or curved primary parts. These can then be freely selected depending on the intended route. In particular, straight pieces of different lengths and curved pieces of different overall lengths and with different radii of curvature can be present. It covers most to all of the industrial processes in the industrial sectors mentioned today. In particular, individual elements with preferably different gradients or gradients could also be provided, so that overall, web guidance in a machine can be implemented on different levels.
  • a higher-level process control monitors and controls motion sequences.
  • Such a higher-level process control has the above-mentioned advantages, whereby in the case of a plurality of secondary parts present, the process control also prevents a collision of secondary parts by means of a programmed collision protection.
  • the process control can also initialize all secondary parts during commissioning or in the event of a malfunction or when converting production as well as when production is resumed. Then the reproducibility of the process feeding through is always guaranteed without any problems, all the advantages according to the invention being present.
  • the invention has practically no restriction on the path geometry.
  • the entire web or parts of the web can be arranged horizontally / vertically one above the other and a movement in a horizontal plane between different ones Horizontal planes or take place in a vertical plane.
  • Combinations of independently constructed tracks can also be used together to solve an automation process.
  • the range of applications of the technology according to the invention can be used for practically all areas of industrial automation where a linear movement is required.
  • Particularly complex systems are in a production line, e.g.
  • Positioning accuracy of the invention is particularly important when it comes to a printing press.
  • it could be a sheet-fed printing machine, where the linear path for sheet transport would be provided.
  • the sheet to be transported linearly is clamped between two adjacent strands of two adjacent secondary parts traveling on these strands.
  • FIG. 1 shows a linear motor designed according to the invention in cross section.
  • Figu '2 illustrates the commutation of the coils above the setpoint.
  • Figure 3 shows the control of a single coil in detail.
  • Figure 4 represents the schematic representation of an industrial machine based on the invention.
  • Figure 5 shows a possible implementation of the storage of the secondary part on the primary part.
  • the linear motor shown in Figure 1 consists of a secondary part 7 and a primary part 8.
  • the illustration is only an example; For the sake of clarity, it shows only a single secondary part 7 in section.
  • the primary part 8 forms a route on which preferably several secondary parts 8 run simultaneously.
  • the control connection 13 ensures the connection to a centrally or decentrally arranged control which implements the coordination of the movement sequence or an entire industrial process.
  • Control information is transmitted contactlessly to the corresponding and opposite control interface 5 of the secondary part via the control interface 5 on the primary part, which in the specific example could be designed as an inductive, bidirectional interface.
  • the control interface 5 of the secondary part is connected to a sign processing device 6, which evaluates the data received from the control and, if necessary, supplies the control again with updated movement data.
  • a movement status transmitter 12 supplies position information to the signal processing device 6 via a further contactless interface. This data is used by the signal processing device 6 to detect the current position of the assigned secondary part relative to the primary part.
  • the energy source 11 arranged on the secondary part also supplies the signal processing device 6 on the secondary part 7 in a contactless manner with electrical current which is necessary for the operation of the signal processing device 6. It would also be conceivable to transfer process energy for an electrical tool attached to the secondary part, which would otherwise have to be supplied via a cable connection, for example.
  • a tool could be welding guns of a food packaging machine. The welding guns have the task of sealing the film in which the food is packed in an airtight manner by welding the film ends together.
  • the field-generating device 10 could, for example, consist of windings attached to the primary part, which generate a changing field along the path of movement of the secondary part. Passive magnets are attached to the secondary part, whose magnetic field interacts with the traveling field. The interaction between the traveling field and the stationary magnetic field thus leads to the movement of the secondary part relative to the primary part.
  • the control of a field-generating coil is carried out by the coil control 9, which receives specifications regarding the required field strength via the setpoint interface 1.
  • the setpoint interface 1 could be implemented, for example, as an infrared interface, which would normally handle a transmission bandwidth of 16 Mbit / s. For example, the use of an infrared transceiver such as that in Personal computers or PDAs are used for data transmission.
  • the setpoint could be a current setpoint that is directly proportional to the intensity of the magnetic field and thus to the acceleration of the secondary part.
  • the current setpoint is supplied via a fourth contactless interface, the setpoint interface 1, directly from the signal processing device 6 of the secondary part 7.
  • the signal processing device 6 derives this desired value directly from the data which it receives from the transmitter interface 4 and the control interface 5.
  • the data from the control interface 5 could be a position setpoint from which the signal processing device 6 calculates the required acceleration and speed, depending on the distance to be covered, and then requests the necessary traveling field strength by means of the current setpoint.
  • FIG. 2 shows a section of a section of a section 21 formed from primary parts by means of three-phase controlled coils.
  • This secondary part 7 can move above the route 21 along the arrows in the forward and / or backward direction.
  • the secondary part could be rigidly supported, for example, by rollers and rails, but a magnetic levitation system would also be conceivable.
  • the transmission of the setpoint from the signal processing device 6 of the secondary part 7 via the setpoint interface 1 of the secondary and primary part takes place here for each of the three phases via a separate interface, therefore three setpoint interfaces 1 are shown next to each other on the secondary part 7, but offset in the direction of movement.
  • Each of the three segment-like setpoint interfaces 1 of the primary part 8 controls a group of windings 10 in parallel via the corresponding setpoint interface 1 of the primary part 8, thereby ensuring an in-phase supply of current. It is important to know that only those coils that are actually required to drive the secondary part 7 are supplied with current. So those windings that are just below or immediately in front of the secondary part 7. This principle of coil control depending on the secondary part positions effectively limits, among other things, the power loss of the transport system. In a 3-phase system - as shown in FIG. 2 - every third coil is supplied with current of identical phase position via its own coil control 9. The
  • Coil control 9 (FIG. 1; FIG. 3) is only indicated here by a transistor symbol.
  • the setpoint interfaces 1 arranged on the underside of the secondary part move along the v i path and pass their corresponding interfaces on the primary part.
  • the setpoint value transmitted to the coil control 9 additionally offers the possibility of influencing the locomotion, for example an increase in speed or acceleration depending on a load or the specification of a central control device.
  • the coil control 9 is shown in the form of a basic circuit diagram.
  • a current setpoint value obtained from the setpoint interface 1 for controlling the coils is compared with the current actual value 17 of the coils. This actual value is determined directly via a measuring device 23.
  • the result of this comparison is fed to a pulse width modulator 15 which controls a field-generating coil via two IGBTs connected as half-bridge .14.
  • the coil control 9 thus consists of a comparator 16, the PWM control 15, the half-bridge 14 and a measuring device 23.
  • additional components may also be required.
  • the coil control 9 receives the input signals from the setpoint interface 1 and from the feedback 17. The output signal is used directly to supply the field-generating coils 10.
  • FIG. 4 shows an industrial machine 30, specifically an automation system for the transport of goods 29 (boxes, any materials), with a
  • Section 21 comprises curve modules 31 and straight modules 32, modules abutting each other at transition 33.
  • the straight and curved section sections 31/32 are represented by correspondingly constructed secondary parts 8 of the linear motor according to the invention.
  • Section 22 is 2 is shown more clearly in Figure 2. In this example, seven secondary parts 7 move on the line 21. Also shown are two conveyor belts 24a / b with transport rollers 25 and drives 27, as well as a positioning stamp 28 and a higher-level central controller 26, which are connected via the data bus 35 communicates to the units to be controlled.
  • the system works as follows:
  • the central controller 26 regulates the entire process of the system and specifies the work cycle for the assembly lines 24a / b and the secondary parts.
  • the operating cycle of the conveyor belts 24a / b is assumed to be different, ie belt 24a runs at a different speed than belt 24b.
  • the task of the route 21 according to the invention is to carry out the goods transport from assembly line a to assembly line b in such a way that a continuous process is ensured, ie there are no dead times or even collisions of the transport goods 29.
  • the assembly line 24a delivers goods 29, for example boxes, which are conveyed via transport rollers 25 to a secondary part 7 appropriately positioned by the central control 26 due to their previous acceleration and inertia and possibly a slight gradient.
  • the transport item 29 After the transport item 29 has been placed on the secondary part 7 (which could be checked by a sensor), it sets in motion in accordance with the indicated transport direction 34 and delivers the package to the second conveyor belt 24b, which removes the transport items 29 again.
  • a positioner 28 with a telescopic stamp and / or piston / cylinder unit pushes the transport goods 29 from the secondary part 7 again via transport rollers 25 onto the conveyor belt 24b.
  • the line 21 constructed according to the invention is used in this example for the synchronization of two assembly lines with different transport speeds. It is only the solution according to the invention that enables the high acceleration and deceleration rates required for realizing such a synchronization. In the previous example, the route 21 was formed in a horizontal plane.
  • FIG. 5 schematically shows a possible implementation of the mounting of the secondary part 7 on the primary part 8 designed as a rail (section A-A, FIG. 4).
  • the rollers and balls engage in these grooves for guiding the secondary part 7.
  • By, for example, tapering the width b of the route sections in curve regions one could ensure a rapid and uniform movement at the transition 33 (FIG. 4) from a straight to a curved route section.
  • the taper reduces the rigidity and increases the play of the arrangement in these areas slightly, but this is negligible in practice, since the precision required for the movement is usually limited to the straight line sections.
  • roller guide would also be conceivable.
  • Such guides have been developed especially for handling and automation technology.
  • Ball screw guides which in principle could also be used, are characterized in all accuracy classes by high load-bearing capacity and great rigidity and are suitable for almost all tasks of precise linear movement. With roller scaffold guides, even the heaviest loads could be moved with extremely little effort, due to the principle-related stiffness with the precision required by the users of high-performance machine tools and robots.
  • the roller-bearing linear guides are available in different
  • the secondary parts 7 could be easily moved and steered over the primary parts 8.
  • the secondary parts 7 would then have to be equipped with domes for receiving the balls.
  • Ball transfer units have proven their worth as building blocks in conveyor systems and infeeds on processing machines and packaging equipment. Additional rails could be used for increased demands on the precision of movement.
  • Setpoint interface air gap with traveling field, energy interface, encoder interface, control interface, signal processing device, secondary part, primary part, coil control, field-generating coils, energy source, movement state transmitter, control connection, half-bridge, PWM control, comparator, actual value generation, supply voltage with polarity, a supply voltage, with polarity, b, distance, and section of the measuring device, assembly line, infeed, removal, and transport rollers Central control

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Abstract

Linearmotor und dessen Fortbewegungs- bzw. Bewegungsregelung, insbesondere für modulare Transporteinrichtungen mit geraden und kurvenförmigen Streckenabschnitten, die einen Streckenverlauf bilden. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Linearmotor der eingangs genannten Art so zu konzipieren, dass er bei geringem apparativen und softwaremässigen Aufwand eine weitgehende Modularität bzw. Flexibilität, insbesondere hinsichtlich unterschiedlicher Anwendungen oder Maschinenkonfigurationen gewährleistet, speziell bei Verwendung einer Vielzahl von Sekundärteilen. Dies wird dadurch erreicht, dass das Sekundärteil (7) wenigstens einen Permanentmagnet und eine Signalverarbeitungsvorrichtung (6) mit Fortbewegungs-bzw. Bewegungsregler aufweist, welche zumindest einen bezüglich der Spulenansteuerung (9) relevanten Sollwert erzeugt, wobei der Sollwert über eine Sollwertschnittstelle (1) vom Sekundärteil einer bezüglich des Primärteiles (8) ortsfesten Spulenansteuerung (9) als für die Kommutierung verwendete Grosse zugeführt ist und Mittel zur steifen Lagerung des Sekundärteiles vorgesehen sind, die das Sekundärteil entlang der vorbestimmten Wegstecke führen.

Description

Linearmotor mit Fortbewegungsregelung
Die Erfindung betrifft einen Linearmotor mit Bewegungsregelung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere einen Linearmotor mit mehreren Sekundärteilen (bewegte Komponenten), welcher vorzugsweise in Prozessen der Industrieautomatisierung Verwendung findet.
Das Patent US 5,965,963 offenbart einen Linearmotor, bestehend aus Sekundärteil und Primärteil (ortsfeste Komponente), wobei das Sekundärteil mit Hilfe von an der Wegstrecke befestigten positionserfassenden Sensoren, z.B. Hall-Sensoren (Fig. 1B, Fig. 3), und einem am Sekundärteil befindlichen Magneten die Ansteuerung der im Weg integrierten Spulen bewirkt. Diese Erfindung hat den Nachteil, dass mit zunehmender Anzahl von Selcundärteilen die Mechanik zur Erfassung der Position immer komplexer wird und bei einer Anzahl von 4 bis 6 Sekundärteilen an ihre Grenzen stoßen wird (Fig. 10). Außerdem ist eine existierende Bahnstrecke nicht ohne weiteres erweiterbar, da die Ausführurig von Schiene und Sekundärteil von der Anzahl der x
Sekundärteile abhängig ist. Auch die bereits vorhandene Steuerung ist für den konkreten Anwendungsfall konzipiert und eine Änderung der Systemkonfiguration nicht ohne erheblichen technischen und zeitlichen Aufwand möglich. Das Konzept der verwendeten Positionserfassung hat außerdem den Nachteil, dass bei Ausfall nur eines Sensors das generierte Signal verfälscht wird und eine Kollision oder ein Ausfall dadurch früher oder später vorprogrammiert ist. Hinzu kommt ein erheblicher Verdrahtungsaufwand, um alle Sensorsignale auswerten zu können. Dies erhöht im praktischen Einsatz, insbesondere unter widrigen Umständen, die Fehleranfälligkeit drastisch.
Die Patentschrift US 5,023,495 zeigt einen DC-Linearmotor, der theoretisch eine endlose Anzahl von unabhängig ansteuerbaren Sekundärteilen aufweist. Die
Positionserfassung erfolgt hierbei beispielsweise über am Sekundärteil befestigte Permanentmagnete, deren magnetisches Feld von am Primärteil angebrachten Sensoren (Fig. 7, Bezugsnummern 8,46) detektiert wird. Die Ansteuerung der Sekundärteile ist hier nicht weiter beschrieben, die Lehre umfasst im Wesentlichen den mechanischen Aufbau von Primär- und Sekundärteil sowie deren Zusammenwirken. Nachteil hierbei ist, dass eine externe Steuerung die gesamte Prozesskoordination übernehmen müsste und nur gerade Bewegungsbahnen realisiert werden können.
Die Offenlegungsschrift US 0,180,279 AI zeigt ein modulares System, bestehend aus Linearmotoren. Figur 17 bis 21 zeigt die Flexibilität der offenbarten Erfindung anhand der Realisierungsmöglichkeit von Bewegungsbahnen mit theoretisch beliebigem Verlauf. Das Sekundärteil beinhaltet in einer dargestellten möglichen Realisierungsform eine batteriegespeiste Signalverarbeitungsvorrichtung (Fig. 5), die funkferngesteuert die Positionserfassung übernimmt und an eine zentrale Steuereinheit meldet. Der Aufbau von Sekundär- und Primärteil ähnelt jedoch der in Patent US 5,965,963 offenbarten Form und weist dementsprechend die gleichen Nachteile auf. Die Bewegungsregelung wird hier von einem zentralen Motorcontroller übernommen, der mit Modulcontrollern über ein Netzwerk kommuniziert und somit alle Sekundärteile ansteuert und verwaltet. Mit Hilfe der empfangenen Positionsdaten muss das Controllernetzwerk alle zur Bewegungsregelung relevanten Informationen wie Beschleunigung, Geschwindigkeit, Schubkraft, berechnen und die Spulen entsprechend ansteuern. Die Ansteuerung der Sekundärteile wird mit zunehmender Anzahl der Sekundärteile immer komplexer, da für jedes Sekundärteil die Position erfasst und die entsprechenden Spulen auf der durch die Primärteile gebildeten Wegstrecke so geschaltet werden müssen, dass alle Sekundärteile sich völlig unabhängig voneinander bewegen und Kollisionen verhindert werden. Es sollten außerdem zur Vermeidung von Verlusten nur die Spulen angesteuert werden, die sich direkt unter dem Sekundärteil befinden.
Zu erwähnen seien in diesem Zusammenhang auch noch die Patente US 6,502,517 und EP 580107B1, welche sich beide mit magnetischen Schwebesystemen befassen. Die Schrift US 6,502,517 erläutert den prinzipiellen Aufbau eines solchen Systems in mechanischer und elektrischer Hinsicht, realisiert mit Hilfe eines Linearmotors, und schlägt eine Lösung zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie für elektrische Komponenten auf dem schwebend gelagerten Sekundärteil vor. Der Inhalt der Schrift EP 580107B1 beschreibt ebenfalls ein Schwebesystem, wobei der Schwerpunkt hier u.a. auf der Regelung des Luftspaltes, abhängig von der Belastung der schwebenden Komponente liegt. Die bewegte Komponente enthält hierzu eine Regeleinheit, die permanent den Luftspalt überwacht und entsprechende Gegenmaßnahmen einleitet, sobald sich der geforderte Sollwert verändert. • Kern der Abstandsregelung bilden elektrische Magnete, die am bewegten Teil montiert sind und über deren Slromzufuhr der Bahnabstand einstellbar ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Linearmotor der eingangs genannten Art so zu konzipieren, dass er bei geringem apparativen und softwaremäßigen Aufwand eine weitgehende Modularität bzw. Flexibilität, insbesondere hinsichtlich unterschiedlicher Anwendungen oder Maschinenkonfigurationen gewährleistet, speziell bei Verwendung einer Vielzahl von Sekundärteilen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Um ein modulares System anbieten zu können, welches an verschiedenste Aufgabenstellungen schnell und unkompliziert anpassbar ist, wird es erforderlich, dass die Anzahl der Sekundärteile nicht beschränkt ist und der Anwender somit unterschiedlichste Transportsysteme mit frei definiertem Streckenverlauf aufbauen kann. Ein Teil der erforderlichen Bewegungsregelung ist dabei apparativ so auf dem Sekundärteil vorgesehen, dass das Sekundärteil einen Teil der rechenintensiven Bewegungsregelung selbst übernimmt. Dadurch wird eine etwa vorhandene Steuerung weitestgehend entlastet. Das Sekundärteil wird dadurch zu einer praktisch selbständig agierenden, intelligenten Einheit, die aus einer Vorgabe von Sollwerten, wie beispielsweise Streckenvorgaben und der selbständigen Ermittlung von Istwerten, wie beispielsweise absoluten Positionsdaten, alle zur Fortbewegung erforderlichen Aktionen selbständig einleiten kann. Dadurch wird auf einfache Weise eine lokale Ansteuerung der benötigten Spulen erreicht, wobei der Sollwert dann lediglich für diejenigen Spulenansteuerungen verwendet wird, die zum Antrieb des Sekundärteils in der gewünschten Richtung oder in der gewünschten Geschwindigkeit etc. erforderlich sind. Eine solche Bewegungsregelung ist praktisch eine dezentralisierte Form oder zumindest eine teilweise dezentralisierte Form der Regelung, wobei die erforderliche Bewegungsregelschleife erfindungsgemäß aufgetrennt ist. Dazu weist das Sekundärteil eine Energieversorgung auf. Diese Energieversorgung des Sekundärteils speist eine apparativ auf dem Sekundärteil angeordnete Signalverarbeitungsvorrichtung mit Bewegungs- bzw. Fortbewegungsregler. Die Bewegungs- bzw. Fortbewegungsreglung ist somit Teil der gesamten Bewegungsregelung des Linearmotors, z. B. kann ein Positionssollwert oder Geschwindigkeitssollwert oder dergleichen (siehe weiter unten) auch von einer zentralen oder dezentralen, beispielsweise ortsfesten Steuerung erzeugt und an das Sekundärteil übertragen werden. Hieraus könnte das Sekundärteil einen Stromsollwert erzeugen, der zur Ansteuerung am Primärteil angebrachter Spulen dient bzw. als Eingangssignal der Spulenansteuerung verwendet wird.
Dieser (Strom-) Sollwert wird in der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugt und ist für die Spulenansteuerung - d. h. für die physikalische Umsetzung der gewünschten Bewegung - relevant. In diesem Zusammenhang bedeutet relevant, , dass die physikalische Bewegung aufgrund der Ansteuerung der Spulen und dem daraus resultierenden Feld nach Maßgabe des in der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugten Sollwertes erfolgt.
Dabei ist es wesentlich, dass der Sollwert an eine ortsfeste Spulenansteuerung übertragen wird. Dies erfolgt über eine erfindungsgemäß vorgesehene Sollwertschnittstelle.
Die Sollwertschnittstelle dient der Übertragung des Sollwertes vom in der Regel bewegten Sekundärteil auf die ortsfeste Spulenansteuerung. Der Sollwert wird dann für die Kommmutierung der Spulen gemäß der allgemein üblichen Ansteuerung eines Linearmotors verwendet. Dabei ist der Verkabelungsaufwand z. B. für die Sollwertübertragung oder die Spulenansteuerung gemäß der Erfindung relativ einfach ausgestaltet; im Gegensatz zu einer zentralen bzw. teilzentralen Steuerung mit ebenfalls zentraler bzw. teilzentraler Erzeugung des Sollwertes richtet sich der Verkabelungsaufwand gemäß der Erfindung nicht nach der Anzahl der vorhandenen Spulen und kann somit auch bei sehr langen Strecken oder bei einer Vielzahl von Sekundärteilen äußerst sparsam und effizient ausgeführt werden. Im Extremfall könnte eine Sollwertübertragung von einer zentralen oder dezentralen Steuerungsarchitektur an die Spulen des Primärteils auch vollständig entfallen.
Es wird durch die Erfindung erstmals ermöglicht, beliebige Strecken mit äußerst geringem apparativen und minimalem Verkabelungsaufwand aufzubauen.
In diesem Sinne ist die im Primärteil bzw. für jede einzelne Spule vorzusehende, erforderliche Logik bzw. „Intelligenz" praktisch nicht vorhanden bzw. auf ein Mindestmaß reduziert. Dies gilt auch für die Antriebe der entsprechenden Spulen. Auf die nähere Ausgestaltung der Leistungsteile der Spulen wird später noch näher eingegangen.
Es sind durch die Erfindung Anwendungen vorstellbar, die komplett ohne externe Steuersignale, auskommen, indem das Sekundärteil mit einem Prozessor und einem Speicher ausgestattet wird, wobei der Speicher den kompletten Bewegungsablauf in Form von Programmcode und/oder Positionsdaten enthält. Zum Abfahren der vorgegebenen Positionsvorgaben wäre eine Positionserkennung erforderlich. Diese ist in Form einer aktiven Vorrichtung denkbar, die über die Energieversorgungsschnittstelle gespeist und innerhalb der Signalverarbeitungsvorrichtung oder separat davon am Sekundärteil angeordnet ist. . Diese Vorrichtung erfasst die Position des bewegten Sekundärteiles relativ zur vom Primärteil gebildeten Strecke und arbeitet völlig autark. Zur Erfassung der Position würde ein auf -dem Primärteil angebrachtes Raster entlang der Wegstrecke genügen, welches über einen am Sekundärteil montierten Transceiver abgetastet und z.B. über einen einfachen Zähler ausgewertet wird. Die so erfasste Position, welche sowohl relativer als auch absoluter Natur sein könnte, wird mit den abgespeicherten Positionsdaten verglichen, was eine präzise Fortbewegungsregelung ermöglicht. Die Erfassung der absoluten Sekundärteilposition ist beispielsweise realisierbar, indem jeder modulare Streckenabschnitt mit einer unikalen, also auf der Gesamtstrecke nur einmal vorhandenen Markierung, versehen wird. Denkbar wäre eine binär codierte ' Streckenabschnittsmarkierung. Diese wird von der Abtastvorrichtung detektiert und ausgewertet. Aus der Kombination der Streckenabschnittsmarkierung und der erfassten relativen Position innerhalb eines Streckenabschnitts ließe sich die absolute Position auf der Gesamtstrecke errechnen. Damit würde im Falle eines Systemausfalles oder einer Sekundärteilentgleisung auch die Neuinitialisierung stark vereinfacht, weil dies das in einem solchen Falle übliche „Homing" (Abfahren der Strecke zur Neupositionierung) stark vereinfacht. Das Sekundärteil könnte damit ohne externe Positionsvorgaben eine beliebige Bewegungsbahn abfahren, die durch Änderung des Programmcodes und oder der Positionsvorgaben programmierbar und damit abänderbar ist. Diese Adaption der Fortbewegungsvorgaben wäre durch aufsteckbare Speichermedien oder im Falle der Verwendung einer geeigneten Datenschnittstelle sogar während des Betriebes machbar. Es eröffnet sich somit ein nahezu grenzenloses Anwendungsspektrum.
Um die Flexibilität noch weiter zu steigern wird vorgeschlagen, dass das Sekundärteil Bewegungszustands-Informationen, vorzugsweise entsprechend der Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung und/oder der relativen bzw. absoluten Position und/oder der
Schubkraft, über wenigstens eine Geberschnittstelle von einem im Bereich des Primärteils angebrachten Bewegungszustands-Geber erhält. • Mit den Bewegungszustand-Informationen bezüglich des Sekundärteils weist der Bewegungsregler auf dem Sekundärteil ein hohes Maß an „Intelligenz" auf. Das Sekundärteil hat dann praktisch jederzeit die Information über seinen Bewegungszustand, so dass auf dem Sekundärteil eine Bewegungserfassung, z. B. für eine Kollisionsüberwachung erfolgen kann. Darüber hinaus kann eine solche Bewegungszustands-Information auch für eine vorprogrammierte Positionsregelung verwendet werden. Wenn das Sekundärteil diese Bewegungssollwerte erhält, ist damit eine sehr schnelle Bewegungsregelung auf dem Sekundärteil selbst, die alle möglichen Parameter - wie bei einer üblichen Steuerung - in Betracht zieht, gewährleistet.
Durch. die Erfindung wird praktisch die gesamte Variabilität und Ansatzbandbreite einer üblichen zentralen oder teilzentralen Steuerungsarchitektur auf einfachste Weise realisiert, wenn das Sekundärteil Bewegungssollwerte, vorzugsweise entsprechend der Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung und/oder der relativen bzw. absoluten Position und/oder der Schubkraft, über wenigstens eine im Bereich des Primärteils angebrachte Steuerschnittstelle von wenigstens einer Steuervorrichtung erhält. Die Steuervorrichtung hat dann (vorzugsweise lediglich) die Aufgabe - beispielsweise nach Maßgabe eines industriellen Prozesses, siehe weiter unten - die Bewegung eines Sekundärteils oder mehrerer Sekundärteile zu steuern bzw. zu synchronisieren, wie dies der zugrunde liegende, erforderliche Prozess, z. B. ein Produktionsprozess, erfordert. Die Steuervorrichtung und die Kormnunikation der Steuervorrichtung mit dem/den Sekundärteil(en) wird dadurch wesentlich vereinfacht, da die Steuervorrichtung von den oben genannten Bewegungsregelungs-Prozessen entlastet ist. Es können somit komplexe und vorbestimmte Bahnen und Bewegungsvorgaben realisiert und insbesondere auch eine Vielzahl von Sekundärteilen synchron gemäß der Vorgaben auch komplexer Prozesse gesteuert werden.
Wenn wenigstens eine Steuervorrichtung dezentral organisiert ist und Steuermodule aufweist, die im Bereich der Primärteile angeordnet sind, werden die Vorteile der Erfindung mit einer dezentralen Architektur von Steuerungen kombiniert. Dies resultiert in einer verringerten Komplexität des Gesamtsystems, so dass andererseits auch komplexere Anwendungsfälle als mit dem Stand der Technik realisiert werden können durch verteilte Rechenleistungen und insbesondere, verteilter „Intelligenz" der Steuerung(en).
Die Möglichkeiten, auch verschiedene Prozesse zu realisieren bzw. im Vorfeld zu programmieren, werden dadurch vermehrt, dass die Steuervorrichtung spezifische
Merkmale wenigstens eines Sekundärteiles, vorzugsweise Identifizierungsmerkmale, für dessen Ansteuerung verwaltet und über eine Steuerschnittstelle sendet und empfängt. Beispielsweise können Einrichtungsvorgänge oder Inbetriebnahmevorgänge bei Vorhandensein solcher spezifischen Merkmale wesentlich einfacher gestaltet werden. Bei der betriebnahme oder auch beim Wiederanfahren eines Prozesses können für die Steuerung relevante, spezifische Merkmale eines Sekundärteiles, mehrerer Sekundärteile oder aller auf einem Streckenabschnitt befindlicher
Sekundärteile abgefragt und für die Initialisierung, des Prozesses verwendet werden.
Während des Prozesses können solche spezifischen Merkmale von der Steuervorrichtung für die Verwaltung bzw. die Bearbeitung des jeweiligen Prozesses verwendet werden. Dazu werden die spezifischen Merkmale über eine Steuerschnittstelle vom Sekundärteil an die Steuervorrichtung übertragen. Vorzugsweise ist die Steuerschnittstelle daher (gemäß Anspruch 3 in Verbindung mit Anspruch 5) bidirektional ausgestaltet. Die spezifischen Merkmale können (insbesondere für die Inbetriebnahme oder für das Wiederanfahren) technische Merkmale des Sekundärteils sein, die für die Steuerung relevant sind; es können aber alternativ oder zusätzlich auch für jedes Sekundärteil im Vorfeld festgelegte Merkmale sein.
Gemäß Anspruch 6 werden die spezifischen Merkmale des Sekundärteils, vorzugsweise die Identifizierungsmerkmale, auch in der Signalverarbeitungsvorrichtung des Sekundärteils selbst verwendet. Dies würde beispielsweise zur Identifizierung von technische Daten des Sekundärteils, z. B. für die Bewegungsregelung relevante Parameter, während der Ansteuerung nützlich sein. Dadurch wird das Einsatzspektrum eines erfindungsgemäßen Linearmotors wesentlich erweitert und zugleich die Regelung ggf. vereinfacht.
Um jenseits der - technisch erforderlichen Daten eine eindeutige Ansteuerung und Identifizierung eines jeden Sekundärteils zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Identifizierungsmerkmal gemäß Anspruch 7 eine unikale Adresse ist, die wenigstens ein Sekundärteil adressiert. Dabei bedeutet unikal, dass die jeweilige , Adresse für jedes Sekundärteil lediglich einmal vergeben und somit eindeutig ist.
Um die Störungsanfälligkeit der Erfindung zu verringern und den Wartungsaufwand zu begrenzen, wird vorgeschlagen, dass die Steuerschnittstelle .bzw. die Geberschnittstelle bzw. die Sollwertschnittstelle berührungslos ausgeführt ist. Dabei entfallen entsprechende Verkabelungen, so dass auch die mit einer Verkabelung üblicherweise verbundenen, mechanischen Einschränkungen der Bewegung vermieden bzw. verringert sind. Es wird die Störanfälligkeit des Systems - z. B. durch Kabelbruch, der durch mechanische Belastung begünstigt sein kann - verringert. Der Aufbau ist insgesamt durch einen geringen Verkabelungsaufwand einfacher und auch kostengünstiger, wobei auch für Verkabelung und* beispielsweise Stecker erforderliche Wartungsarbeiten entfallen bzw. verringert werden. Dabei sind verschiedene Ausgestaltungen von berührungslosen Schnittstellen möglich; die Wahl der Schnittstellentechnologie bzw. -physik wird dabei bestimmt durch die zu realisierende Datenübertragungsrate und die Art der zu übertragenden Daten sowie die Anforderungen an die jeweilige Schnittstelle.
Um eine Schnittstelle mit vergleichsweise hoher Datenübertragungsrate auszubilden, wird empfohlen, dass wenigstens eine der Schnittstellen als Infrarotsschnittstelle ausgebildet ist und wahlweise die Sensorik durch eine lichtdurchlässige Abdichtung vom Umfeld fluidundurchlässig. abgeschirmt ist. Durch eine solche mfrarotschnittstelle können aufgrund der hohen Frequenz des Infrarotlichtes hohe Datenraten aufmoduliert werden. Dabei kann die Schnittstelle sowohl uni- als auch bidirektional ausgeführt sein. Es wäre beispielsweise denkbar, dass der gesamte durch ein entsprechendes Sekundärteil befahrene Primärteilbereich durch eine oder mehrere Infrarotquellen bestrahlt ist. Dazu muss jedes Sekundärteil, welches über die mfrarotschnittstelle kommuniziert, mit zumindest einem. Infrarotempfänger ausgerüstet sein, der die Infrarotsignale umsetzt und für die Bewegungsregelung des Sekundärteils zugänglich macht. Es wäre auch denkbar, eine solche Infrarotschnittstelle zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil nach Art einer Schiene auszugestalten, wobei Infrarotsender und rnfrarotempfänger nach Art der Geometrie in Längsrichtung parallel der Sfreckenführung verteilt angeordnet sind, so dass eine auch bei Bewegung des Sekundärteils relativ zum Primärteil nach den Erfordernissen der Bewegung des Sekundärteils lückenlose und weitgehend unterbrechungsfreie Übertragung gewährleistet ist. Dazu sind die entsprechenden Sender bzw. Empfänger in der Schiene vorzugsweise integriert und so gekapselt angeordnet, dass Lichteinfall und auch Verschmutzung der Infrarotsensoren bzw. Sender weitgehend vermieden ist. Eine praktische Lösung wäre, die Steuerschnittstelle als Feldbus auszugestalten, welcher die Übertragung der Positionssignale etc. praktisch in Echtzeit an das Sekundärteil bzw. jedes der Sekundärteile gewährleistet.
Um eine berührungslose Schnittstelle möglichst wenig störungsanfällig und mit hoher Funktionssicherheit auszubilden, wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine Schnittstelle als induktive Schnittstelle ausbildet ist. Eine solche induktive Schnittstelle ist weitgehend indifferent ' gegen Verschmutzung, Lichteinfall oder sonstiger äußerer Einflüsse. Zudem kann eine induktive Schnittstelle komplett von der Umgebung abgekapselt ausgeführt werden, beispielsweise durch eine dichte Abdeckung. Eine solche Schnittstelle wäre außerdem komplett wasser- bzw. fluiddicht ausführbar, indem sie mit einem entsprechenden Material, z. B. Epoxydharz, vergossen wird. Dies ist besonders bei Verpackungsmaschinen oder bei Anwendungen in der Industrie, die mit starker Verschmutzung verbunden sind, relevant.
Gleiches gilt auch für den Fall, dass wenigstens eine Schnittstelle als Funkschnittstelle ausgebildet ist. Eine solche Funkschnittstelle hat darüber hinaus den Vorteil, dass auch höhere Übertragungsraten - wie beispielsweise für einen Feldbus erforderlich — realisierbar sind. Zudem kann zwischen Sender und Empfänger dort eine praktisch beliebige Distanz vorhanden sein, so dass die Flexibilität beim Einsatz wesentlich erhöht ist.
Um die Schnittstellen kostengünstiger und mit geringem Aufwand fertigen zu können und um die vorhandenen Schnittstellen möglichst effizient und vollständig ausnutzen zu können, wird vorgeschlagen, dass wenigstens zwei Schnittstellen, vorzugsweise die Steuerschnittstelle und/oder die Geberschnittstelle und/oder die Sollwertschnittstelle, zu wenigstens einer einheitlichen Schnittstelle zusammengefasst sind.
Zur Anpassung des zu übertragenden Sollwertes an die verfügbare Datenrate bei der Übertragung der Sollwertinformation, wird vorgeschlagen, dass der von der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugte Sollwert einer einzigen Sollwertkategorie angehört. Dies bedeutet, dass im Betrieb von der Signalverarbeirungsvorrichtung jeweils ein Sollwert einer bestimmten, vorgegebenen Art erzeugt wird.
Der von der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugte Sollwert kann ein Lagesollwert sein. Dann wäre am Primärteil eine entsprechende Signalverarbeitung vorzusehen, die aus dem Lagesollwert einen Sollwert für die Spulenansteuerung bildet. Damit wird die erforderliche Datenrate bei der Informationsübertragung verringert, da ein solcher Lagesollwert gegenüber beispielsweise einem Stromsollwert eine geringere Datenübertragungsrate erfordert. Das Gleiche gilt prinzipiell auch, wenn der von der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugte Sollwert ein Geschwindigkeitssollwert ist. Bevorzugt ist der Linearmotor derart ausgestaltet, dass der von der Signal Verarbeitungsvorrichtung erzeugte Sollwert ein Stromsollwert bzw. Beschleunigungssollwert, ist. Dann ist ein vergleichsweise hoher Anteil der erforderlichen Logikschaltung auf dem Sekundärteil angeordnet, so dass die Anforderungen an die Schaltungskomplexität am Primärteil sehr gering ist. Das hat den Vorteil, dass - insbesondere bei langer Strecke - der resultierende Gesamtaufwand an Logikschaltungen drastisch reduziert wird. Desgleichen kann von der Sign'alverarbeitungsvorrichtung auch ein Spannungssollwert erzeugt werden, woraus höhere Anforderungen an die Bandbreite der Sollwertsclinittstelle resultieren würden.
Wenn eine ausreichende Übertragungskapazität bzw. -handbreite vorhanden ist, kann die mögliche Einsatzbandbreite dadurch erhöht werden, dass der von der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugte Sollwert eine Kombination von Sollwertkategorien nach Anspruch 14 repräsentiert.
Das Sekundärteil benötigt für den Bewegungsregler eine Energieversorgung. Bevorzugt ist dabei, dass die Energieversorgung der Signalverarbeitungsvorrichtung des Sekundärteiles durch eine einzige Energiequellenart gewährleistet ist, da dadurch die mitgeführte Energieversorgung vereinfacht ist.
Dies gilt insbesondere dann, wenn die Energieversorgung der Signalverarbeitungsvorrichtung des Sekundärteiles eine am Sekundärteil angebrachte Energiequelle, vorzugsweise, ein aufladbarer Akkumulator bzw. eine nicht aufladbare Batterie bzw. eine Solarzellenanordnung, ist. Eine solche Energiequelle reicht bereits für eine erfindungsgemäße Signalbearbeitungsvorrichtung aus, da der hierfür benötigte Energieaufwand vergleichsweise gering ist.
Um eine dauerhafte, störungsfreie Energieversorgung des Sekundärteils zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgung der
Signalverarbeitungsvorrichtung des Sekundärteiles eine induktive Energieschnittstelle ist, vorzugsweise eine Induktionsspule, die elektrische Energie über wenigstens eine bezüglich des Primärteiles ortsfeste Spule berührungslos aufnimmt.
Für eine kompakte Anordnung und solide sowie dauerhafte Energieversorgung, kann ein am Sekundärteil befestigter und mit dem Primärteil in Kontakt stehender Aufnehmer die Energie der Signalverarbeitung zuleiten, vorzugsweise über einen Schleifkontakt oder einen Rollenkontakt.
Schließlich kann die Energie für die Signalverarbeitungsvorrichtung des Sekundärteils auch durch eine Kabelverbindung dem Sekundärteil zugleitet sein. Eine solche Kabelverbindung wäre eine preiswerte Alternativlösung. Durch eine Kabelverbindung werden zudem Störeinflüsse weitgehend ausgeschlossen; dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn relativ geringe Spannungen/Ströme übertragen werden, so dass auf diese Weise FeMfunktionen durch Überlagerungen vermieden werden können.
Selbstverständlich sind auch Kombinationen der oben genannten Energiequellen möglich, so wäre z. B. ein Akkumulator als Backup-Energieversorgung denkbar, während die Energieversorgung im Betrieb durch eine induktive, schleifende, rollende oder Kabelverbindung vorgesehen ist. der Akkumulator würde dann durch die „Betriebsenergiequelle" aufgeladen und könnte im Notfall die Stromversorgung übernehmen.
Gemäß der Erfindung sind vorzugsweise berührungslose Energieübertragungs- und/oder Informationsübertragsmittel vorgesehen. Um eine kompakte Bauweise und eine möglich sichere und störungsfreie Übertragung der jeweiligen Signale zu gewährleisten, wird daher vorgeschlagen, dass die miteinander kommunizierenden Mittel des Sekundär- bzw. Primärteiles sich zur beriϊhrungslosen Energieübertragung und/oder beriihrungslosen Informationsübertragung im Betrieb an den einander zugewandten Seiten des Sekundärteiles und Primärteiles gegenüber liegen. Eine exaktere Fortbewegung kann durch Ansteuerung von Einzelspulen realisiert, werden und zwar in der Form, dass Einzelspulen ani Primärteil entlang der Bewegungsbahn des Sekundärteiles nebeneinander angeordnet sind und die Spulenansteuerung wenigstens eine Einzelspule mit Strom versorgt. Dabei ist bevorzugt, dass das Sekundärteil mittels einer Schiene mit wenigstens zwei Spuren am Primärteil beweglich gelagert ist. Eine Lagerung an zwei Spuren ist mit der Erfindung ohne weiteres möglich, da dann auch noch genügend Freiräum vorhanden ist, um die erforderlichen Schnittstellen zu realisieren. Aufgrund der Flexibilität der Erfindung kann eine solche Lagerung an zwei Spuren auch mechanisch ohne weiteres realisiert werden. Durch die Zwei-Spur-Lagerung wird die mechanisch stabile Führung des Sekundärteils im Bereich des Primärteils realisiert. Dabei können die Schienen und die dazu gehörigen Führungen sowohl seitlich am Sekundärteil als auch an einer Ober- ' bzw. Unterseite vorgesehen sein. Eine Rollenlagerung kann derart vorgesehen werden, dass das Sekundärteil wenigstens drei Rollen aufweist wobei zwei Rollen einer gemeinsamen Spur zugeordnet sind und eine dritte Rolle einer weiteren Spur zugeordnet ist. Dadurch wird eine sichere Führung auf den Schienen bzw. ScMenenfuhrungen auch bei einer Kurvenfahrt - insbesondere mit unterschiedlichen Radien - gewährleistet.
Hierzu wird des Weiteren vorgeschlagen, dass diejenige Rolle federnd am Sekundärteil gelagert ist, die den beiden anderen Rollen gegenüberliegt. Bei einer Kurvenfahrt kann dann die dritte, federnd gelagerte Rolle, der entsprechenden Kurven-Zwangsbedingung dadurch genüge tun, dass sie dementsprechend ausweicht bzw. ihre Position an die erforderliche Zwangsbedingung anpasst. Durch die federnde Lagerung der Rolle wird außerdem eine gleichmäßige Kurvenfahrt gewährleistet.
Um die Spulenansteuervorrichtuήg so zu verbessern, . dass der apparative, Aufwand vergleichsweise gering ist und die Fehlerwahrscheinlichkeit verringert ist wird das in Anspruch 27 verwendete Prinzip verwendet. Dadurch, dass das Steuerelement jeweils als Halbbrücke ausgebildet ist, wird eine Vielzahl an Bauteilen - beispielsweise gegenüber einer H-Brücke - eingespart. Die Einsparung ist dabei im Wesentlichen proportional zu der verwendeten Streckenlänge. Dadurch kann sich - insbesondere bei komplexen Prozessen und großen Maschinen - eine erhebliche Materialersparnis und Vereinfachung der Schaltung ergeben. Gerade bei industriellen Maschinen verursacht ein Ausfall der Produktion -erheblichen Schaden. Da insgesamt wesentlich weniger Bauteile zum Einsatz kommen reduziert sich die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalles drastisch. Man könnte beispielsweise die Einsparung an Bauteilen ( dadurch reinvestieren, dass zweifelsohne teurere, dafür aber zuverlässigere und weniger störungsanfäliige Bauteile verwendet werden. Dann würden nach heutigen Marktpreisen solche Bauteile (IGBTs) immer noch Einsparungen realisieren und trotzdem ein wesentlich verbesserte Lebensdauer und Zuverlässigkeit realisieren.
Die oben genannten Vorteile multiplizieren sich jeweils mit der Anzahl der vorhandenen Spulen. Daher wird vorgeschlagen, dass eine Anzahl n als Halbbrücke ausgebildete Steuerelemente an jeweils eine aus n am Primärteil angebrachten Einzelspulen angeschlossen sind. Indem die Halbbrücken -. mit vergleichbarem Aufwand wie bei einer entsprechenden H-Brücke -^ redundant ausgeführt werden¬ ergäbe sich eine Reserveansteuerung im Falle eines Ausfalles. Im Hinblick auf die Konsequenzen eines Produktionsausfalles ist der hierfür erforderliche Kostenaufwand durchaus zu rechtfertigen.
Neben der eingangs genannten Aufgabe liegt der Erfindung des Weiteren die Aufgabe zugrunde, eine industrielle Maschine insbesondere für Automatisierungsstraßen, die einen industriellen Prozess umfasst, insbesondere für Flachmaterialien, Verpackungen und Werkzeuge, wobei der Prozess eine Linearbewegung beinhaltet, die ein Linearmotor inklusive Bewegungsregelung mit wenigstens einem Sekundärteil und wenigstens einem Primärteil mit felderzeugenden Spulen in konzentrierter oder überlappender Wicklung entlang einer vorbestimmten Wegstrecke ausführt, so auszuführen, dass sie für unterschiedlichste Einsatzgebiete und für eine Vielzahl von verschiedenen Konfigurationen einsatzfähig ist, wobei auch nach Bedarf eine vergleichsweise hohe Beschleunigung und hohe Steifigkeit der Bewegung realisiert werden kann. Diese Aufgabe sowie die eingangs genannte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 29 gelöst.
Eine solche Maschine hat alle Vorteile, die eingangs bezüglich des Anspruchs 1 bereits genannt wurden. Für eine industrielle Maschine sind aber gerade hohe Flexibilität und verschiedene Anwendungsgebiete sowie verschiedene Konfigurationen - beispielsweise bei Produktumstellung - äußerst relevant. Diese Flexibilität - wie oben bereits ausgeführt - ist durch die Erfindung gewährleistet. Dadurch wird der Linearmotor bzw. das Prinzip des Linearmotors für eine industrielle Maschine in der eingangs genannten Art erstmals auf einfache Weise und bis zur Serienreife erschlossen.
Aufgrund der eingangs bereits beschriebenen Vereinfachung der Regelungsprozesse werden die Vorteile einer industriellen Maschine gemäß der Erfindung besonders effizient ausgeschöpft, wenn die Maschine mehrere Sekundärteile umfasst, die eine prozesssynchrone Bewegung nach, vorbestimmten Prozessvorschriften ausfuhren. Mehrere Sekundärteile bedingen eine erhöhte Komplexität des zugehörigen Regelungsprozesses. Hinzu kommt bei einer industriellen Maschine, dass auch die einzelnen Sekundärteile untereinander prozesssynchron bewegt, d. h. synchronisiert werden müssen. Diese Synchronisierung der Sekundärteile erfolgt nach vorbestirnmten Prozessvorschriften nach Maßgabe des zugrunde liegenden industriellen Prozesses, den die Maschine ausführt. Dabei entfaltet die' Erfindung insbesondere Vorteile: so können beispielsweise verschiedene Prozesse, die verschiedene Bewegungen und unterschiedliche Anzahlen von erforderlichen Sekundärteilen beinhalten, mit vergleichsweise geringem Aufwand realisiert werden. Auch der Aufwand bei der Inbetriebnahme bzw. der Umrüstung der Produktion, d. h. der Produktionsumstellung sind auf ein Minimum reduziert, da beispielsweise bei einer Umrüstung oder Inbetriebnahme eine eventuell vorhandene Steuerung auf die Verwaltung des industriellen Prozesses beschränkt ist, wobei die - auch komplexeren - Regelungsvorgänge dezentral in den Sekundärteilen abgewickelt werden. Dadurch ist das entsprechende Steuerungsprogramm vereinfacht und somit auch eine Inbetriebnahme bzw. eine Umrüstung der Maschine schneller und funktionssicherer zu gewährleisten. Die Steuerung wird unabhängiger bis völlig unabhängig von der Hardware. Im Extremfall könnte beispielsweise eine Steuerung lediglich durch Vorgabe der ausschließlich für den Prozess relevanten Randbedingungen und Parameter parametrisiert werden. Diese Parameter sind beispielsweise Sfreckenfuhrungen, Bewegungsparameter des Prozesses, Anzahl der Sekundärteile und Primärteile. Aufgrund der verringerten Gesamtkomplexität durch die verteilte Intelligenz entfaltet die Erfindung ihre Vorteile besonders effizient, wenn die Maschine mindestens 5 Sekundärteile umfasst. Dabei kann eine solche Maschine typischerweise auch wesentlich mehr als 5 Sekundärteile, z. B. 20 bis 100 oder mehrere hundert Sekundärteile umfassen. Dadurch dass die „Regelungsintelligenz" zum großen Teil im Sekundärteil und Primärteil, also in den Komponenten selbst realisiert ist, sind bei den Prozessorleistungen heutiger Steuerungen praktisch keine Beschränkungen der Anzahl der Sekundärteilen erkennbar.
Dadurch kann die Anzahl der Sekundärteile frei bestimmt werden und ist je nach dem Prozess lediglich durch die Anforderungen des Prozesses, durch die Geometrie der Sekundärteile und die Sfreckenführung des Primärteils begrenzt.
Eine sehr variabel gestaltbare Sfreckenführung wird dadurch erreicht, dass die Linearbewegung durch eine Bewegungsbahn vorbestimmt ist, die von mehreren Primärteilen gebildet ist. Dabei können unterschiedliche Primärteile mit jeweils unterschiedlicher vorbestimmter Länge verwendet werden, so dass beispielsweise eine Sfreckenführung nach Art eines Bausatzes aufgebaut werden kann. Ein solcher Bausatz kann gerade oder kurvenförmig ausgebildete Primärteile umfassen. Diese sind dann je nach beabsichtigter Streckenführung frei wählbar. Insbesondere können gerade Stücke unterschiedlicher Länge und kurvenförmige Stücke unterschiedlicher Gesamtlänge und mit unterschiedlichen Krümmungsradien vorhanden sein. Es sind somit die meisten bis alle der heute in den genannten Industriesektoren vorhandenen industriellen Prozesse abgedeckt. Es könnten insbesondere auch einzelne Elemente mit vorzugsweise unterschiedlicher Steigung bzw. unterschiedlichem Gefälle vorgesehen sein, so dass auch insgesamt eine Bahnführung in einer Maschine auf unterschiedlichen Ebenen realisierbar ist. Bevorzugt ist dabei, dass eine übergeordnete Prozesssteuerung Bewegungsabläufe überwacht und steuert. Eine solche übergeordnete Prozesssteuerung hat die oben genannten Vorteile, wobei bei einer Mehrzahl von vorhandenen Sekundärteilen die Prozesssteuerung außerdem einer Kollision von Sekundärteilen durch einen einprogrammierten Kollisionsschutz vorbeugt.
Die Prozesssteuerung kann auch eine Initialisierung aller Sekundärteile bei der Inbetriebnahme oder bei einer Störung oder bei einer Umrüstung der Produktion sowie bei einer Wiederaufhahme der Produktion vornehmen. Dann ist die jederzeitige Reproduzierbarkeit des durcl zufuhrenden Prozesses ohne Weiteres gewährleistet, wobei alle erfindungsgemäßen Vorteile vorhanden sind.
Um Übergangsstörungen zwischen zwei Primärteilen zu eliminieren bzw. zu verringern und eine Kontinuität der Produktionserfassung zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass die Prozesssteuerung den Übergang der Sekundärteile zwischen zwei Primärteilen überwacht und steuert.
Gerade bei der Verpackungsindustrie sind sehr viele unterschiedliche Anforderungen an die Bahngeometrie und die Bewegungscharakteristik von Sekundärteilen vorhanden. Daher ist es besonders bevorzugt, dass es sich um eine Maschine zur Verpackung von Waren, insbesondere von Lebensmitteln bzw. Genussmitteln, handelt. Alle denkbaren Arten von Verpackungsmaschinen werden durch diese Erfindung abgedeckt: Volleinschweißmaschinen, Banderoliermaschinen, Straffpacker und Schrumpftunnel, Tray- und Wraparound Packer für die Kartonverpackung etc..
Um eine Verschmutzung bzw. eine Funktionsstörung der Maschine zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass deren Komponenten wasserdicht oder spritzwassergeschützt ausgeführt sind.
Die Erfindung hat praktisch keine Einschr-inkung hinsichtlich der Bahngeometrie. So kann die gesamte Bahn oder Teile der Bahn horizontal/vertikal übereinander angeordnet sein und eine Bewegung in eine Horizontalebene, zwischen verschiedenen Horizontalebenen oder in einer Vertikalebene stattfinden. Auch Kombinationen von eigenständig aufgebauten Bahnen können gemeinsam zur Lösung eines Automatisierungsprozesses Verwendung finden.
Dadurch wird das Anwendungsspektrum der erfindungsgemäßen Technologie für praktisch alle Bereiche der Industrieautomatisierung, wo eine Linearbewegung gefordert ist, anwendbar. Besonders komplexe Systeme sind bei einer Fertigungslinie, z.
B. mit einer oder mehreren Werkzeugmaschinen, gefordert. Daher wird vorgeschlagen,. dass es sich um die Teilfunktionalität einer Werkzeugmaschine oder um den Teil einer
Automatisierurigs- bzw. Transportstraße handelt.
Die steuerungstechnische Einfachheit, hohe Steifigkeit und hohe, mögliche
Positioniergenauigkeit der Erfindung kommt besonders zum Tragen, wenn es sich um eine Druckmaschine handelt. Es könnte sich beispielsweise eine Bogendruckmaschine handeln, wobei dort die Linearstrecke für den Bogentransport vorgesehen wäre. Dabei ist der linear zu transportierende Bogen zwischen zwei benachbarten Strängen von zwei auf diesen Strängen fahrenden, benachbarten, Sekundärteilen eingespannt.
Figurenbeschreibung:
Alle Figuren 1 bis 3 sind schematische oder grob schematische Skizzen und dienen ausschließlich der Veranschaulichung der schriftlichen Erläuterungen. Figur 1 zeigt einen erfϊndungsgemäß ausgeführten Linearmotor im Querschnitt. Figu ' 2 veranschaulicht die Kommmutierung der Spulen über den Sollwert. Figur 3 zeigt im Detail die Ansteuerung einer einzelnen Spule. Figur 4 repräsentiert die schematische Darstellung einer auf der Erfindung basierenden industriellen Maschine. Figur 5 zeigt eine mögliche Realisierung der Lagerung des Sekundärteiles auf dem Primärteil.
Der in Figur 1 dargestellte Linearmotor besteht aus einem Sekundärteil 7 und einem Primärteil 8. Die Darstellung ist lediglich beispielhaft; der besseren Übersichtlichkeit halber zeigt sie nur ein einziges Sekundärteil 7 im Schnitt. Das Primärteil 8 bildet einen Streckenverlauf, auf dem vorzugsweise mehrere Sekündärteile 8 gleichzeitig fahren. Der Steüeranschluss 13 gewährleistet die Verbindung zu einer zentral oder dezentral angeordneten Steuerung, welche die Koordination des Bewegungsablaufes oder einen gesamten industriellen Prozess umsetzt. Über die Steuerschnittstelle 5 am Primärteil, die im konkreten Beispiel als induktive, bidirektionale Schnittstelle ausgeführt sein könnte, werden Steuerinformationen berührungslos an die korrespondierende und gegenüberliegende Steuerschnittstelle 5 des Sekundärteiles übertragen. Die Steuerschnittstelle 5 des Sekundärteiles ist mit einer Sign verarbeitungsvorrichtung 6 verbunden, welche die von der Steuerung erhaltenen Daten auswertet und ggf. wieder die Steuerung mit aktualisierten Bewegungsdaten versorgt. Ein Beweguήgszustandsgeber 12 liefert über eine weitere herührungslose Schnittstelle Positionsinformationen an die Signalverarbeitungsvorrichtung 6. Diese Daten nutzt die Signalverarbeitungsvorrichtung 6, um die aktuelle Position des zugeordneten Sekundärteiles relativ zum Primärteil zu erfassen. Die am Sekundärteil angeordnete Energiequelle 11 versorgt die Signalverarbeitungsvorrichtung 6 am Sekundärteil 7 ebenfalls berührungslos mit elektrischem Strom, welcher zum Betrieb der Signalyerarbeitungsvorrichtung 6 erforderlich ist. Denkbar wäre auch die Übertragung von Prozessenergie für ein am Sekundärteil befestigtes elektrisches Werkzeug, welches sonst über beispielsweise eine Kabelverbindung versorgt werden müsste. Bei solch einem Werkzeug könnte es sich um Schweißzangen einer Maschine zur Verpackung von Lebensmitteln handeln. Die Schweißzangen haben dabei die Aufgabe die Folie, in der die Lebensmittel verpackt werden, Luftdicht zu verschließen, indem sie die Folienenden miteinander verschweißen. Die felderzeugende Vorrichtung 10 könnte beispielsweise aus am Primärteil angebrachten Wicklungen bestehen, die entlang der Bewegungsbahn des Sekundärteiles ein Wandelfeld erzeugen. Am Sekundärteil sind passive Magnete angebracht,, deren Magnetfeld sich in Wechselwirkung mit dem Wanderfeld befindet. Das Zusammenwirken zwischen Wanderfeld und stationärem Magnetfeld führt somit zur Bewegung des Sekundärteiles relativ zum Primärteil. Die Ansteuerung einer felderzeugenden Spule übernimmt die Spulenansteuerung 9, welche über die Sollwertschnittstelle 1 Vorgaben bzgl. der erforderlichen Feldstärke erhält. Die Sollwertschnittstelle 1 wäre zum Beispiel als Infrarotschnittstelle realisierbar, welche üblicherweise eine Übertragungsbandbreite um 16 Mbit/s handhaben würde. Denkbar wäre zum Beispiel der Einsatz eines Infrarot - Transceivers, wie er in Personalcomputern oder PDAs zur Datenübertragung verwendet wird. Der Sollwert könnte ein Stromsollwert sein, welcher direkt proportional zur Intensität des magnetischen Feldes und damit zur Beschleunigung des Sekundärteiles ist. Der Stromsollwert wird über eine vierte berührungslose Schnittstelle, der Sollwertschnittstelle 1 direkt von der Signalverarbeitungsvorrichtung 6 des Sekundärteiles 7 geliefert. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 6 leitet diesen Sollwert direkt aus den Daten ab, die sie von der Geberschnittstelle 4 und der Steuerschnittstelle 5 erhält. Bei den Daten aus der Steuerschnittstelle 5 könnte es sich um einen Lagesollwert handeln, aus dem die Signalverarbeitungsvorrichtung 6 die erforderliche Beschleunigung und Geschwindigkeit, abhängig von dem zurückzulegenden Weg, berechnet und dann per Stromsollwert die nötige Wanderfeldstärke anfordert.
Figur 2 zeigt den Ausschnitt einer- aus Primärteilen gebildeten Strecke 21 mittels dreiphasig angesteuerter Spulen in der Draufsicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist erneut nur ein Sekundärteil 7 und nur ein Streckenabschnitt 22 abgebildet. Dieses Sekundärteil 7 kann sich oberhalb der Strecke 21 entlang der eingezeichneten Pfeile in Vorwärts- und/oder Rückwärtsrichtung bewegen. Eine steife Lagerung des Sekundärteiles könnte beispielsweise durch Rollen und Schienen erfolgen, aber auch ein magnetisches Schwebesystem wäre denkbar. Die Übertragung des Sollwertes von der Signalverarbeitungsvorrichtung 6 des Sekundärteiles 7 über die Sollwertschnittstelle 1 des Sekundär- und Primärteiles erfolgt hier für jede der drei Phasen über eine separate Schnittstelle, daher sind drei Sollwertschnittstellen 1 am Sekundärteil 7 nebeneinanderliegend, jedoch in Bewegungsrichtung zueinander versetzt eingezeichnet. Jede der drei segmentartig aufgebauten Sollwertschnittstellen 1 des Primärteiles 8 steuert über die korrespondierende Sollwertschnittstelle 1 des Primärteiles 8 eine Gruppe von Wicklungen 10 parallel an, wodurch eine gleichphasige Versorgung mit Strom gewährleistet ist. Dabei ist wichtig zu wissen, dass nur diejenigen Spulen mit Strom versorget werden, die auch tatsächlich zum Antrieb des Sekundärteiles 7 erforderlich sind. Also diejenigen Wicklungen, die sich gerade unter oder unmittelbar vor dem Sekundarteil 7 befinden. Dieses Prinzip der Spulenansteuerung in Abhängigkeit von der Sekundärteilpositiόn begrenzt unter anderem effektiv die Verlustleistung des Transportsystems. Es wird bei einem 3 -Phasensystem - wie in Fig. 2 gezeichnet- jede dritte Spule über eine eigene Spulenansteuerung 9 mit Strom identischer Phasenlage versorgt. Die
Spulenansteuerung 9 (Fig. 1; Fig. 3) ist hier lediglich durch ein Transistorsymbol angedeutet. Bei der Bewegung des Sekundärteiles entlang der Strecke 21 wandern die an der Unterseite des Sekundärteiles angeordneten Sollwertschnittstellen 1 entlang der v i Wegstrecke und passieren dabei ihre korrespondierenden Schnittstellen am Primärteil.
Dies führt zur bereits erwähnten Kommutierung des Spulenstromes entsprechend des
Bewegungsverlaufes. Verlässt die Sekundärteilschnittstelle 1 des Sekundärteil 7 den
Erfassungsbereich der Schmttstelle am Primärteil 8, so führt das zur Abschaltung des
Stromes in den betroffenen Spulen. Erreicht die Anordnung eine neue Schnittstelle so führt dies zur Aktivierung des Spulenstromes, was das Sekundärteil dann in die gewünschte Richtung treibt. Über den an die Spulenansteuerung 9 übertragenen Sollwert besteht zusätzlich die Möglichkeit der Beeinflussung der Fortbewegung, beispielsweise eine Geschwindigkeitszunahme oder Beschleunigung abhängig von einer Last oder der Vorgabe einer zentralen Steuervorrichtung.
In Figur 3 ist die Spulenansteuerung 9 in Form eines Prinzipschaltbildes gezeigt. Ein von der Sollwertschnittstelle 1 erhaltener Stromsollwert zur Ansteuerung der Spulen wird mit dem momentanen Strom-Ist-Wert 17 der Spulen verglichen. Dieser Ist-Wert wird über eine Messvorrichtung 23 direkt ermittelt. Das Ergebnis dieses Vergleichs wird einem Pulsweitenmodulator 15 zugeleitet, welcher über zwei als Halbbrücke .14 geschaltete IGBTs eine felderzeugende Spule ansteuert. Die Spulenansteuerung 9 besteht also in diesem Beispiel aus einem Vergleicher 16, der PWM- Ansteuerung 15, aus der Halbbrücke 14 sowie einer Messvorrichtung 23. Weitere Bauteile können, abhängig von der jeweiligen Aufgabenstellung, zusätzlich erforderlich werden. Die Eingangssignale erhält die Spulenansteuerung 9 von der Sollwertschnittstelle 1 und von der Istwertrückführung 17. Das Ausgangssignal wird direkt zur Versorgung der felderzeugenden Spulen 10 verwendet. Als Versorgungsspannung der Vorrichtung dient hier eine bipolare Spannungsversorgung, gekennzeichnet durch die Leiti gszuführungen 18 und 19. Die Messung des Stromistwertes erfolgt relativ zur Masse 20. Weitere Ausgestaltungsformen zur Ansteuerung der Spulen sind denkbar. Die Figur 4 zeigt eine industrielle Maschine 30, speziell ein Automatisierungssystem zum Transport von Gütern 29 (Kartons, beliebige Materialien), mit einer als
„Racetrack" aufgebauten Strecke 21. Die Strecke 21 umfasst Kurvenmodule 31 und gerade Module 32, wobei Module jeweils am Übergang 33 aneinander stoßen. Die geraden und kurvenförmigen Streckenabschnitte 31/32 werden durch entsprechend aufgebaute Sekundärteile 8 des erfindungsgemäßen Linearmotors repräsentiert. Der Streckenabschnitt 22 wird nochmals deutlicher in Figur 2 gezeigt. Auf der Strecke 21 bewegen sich in diesem Beispiel sieben Sekundärteile 7. Ebenfalls dargestellt sind zwei Fließbänder 24a/b mit Transportrollen 25 und Antrieben 27 sowie ein Positionierstempel 28 und eine übergeordnete zentrale Steuerung 26 die über den Datenbus 35 mit den anzusteuernden Einheiten kommuniziert.
Die Anlage arbeitet wie folgt: Die zentrale Steuerung 26 regelt den gesamten Prozess der Anlage und gibt den Arbeitstakt für die Fließbänder 24a/b sowie die Sekundärteile vor. Der Arbeitstakt der Fließbänder 24a/b wird als unterschiedlich angenommen, d.h. Band 24a läuft mit anderer Geschwindigkeit als Band 24b. Die Aufgabe der erfindungsgemäßen Strecke 21 ist es, den Warentransport von Fließband a zu Fließband b so auszuführen, dass ein kontinuierlicher Ablauf gewährleistet ist, d.h. keine Totzeiten entstehen oder gar Kollisionen der Transportgüter 29. Das Fließband 24a liefert Güter 29 an, zum Beispiel Kartons, die über Transportrollen 25 aufgrund ihrer vorherigen Beschleunigung und Trägheit und ggf. eines leichten Gefälles auf ein von der zentralen Steuerung 26 entsprechend positioniertes Sekundärteil 7 befördert werden. Nachdem das Transportgut 29 auf dem Sekundärteil 7 platziert ist (was durch einen Sensor überprüft werden könnte), setzt sich dieses entsprechend der eingezeichneten Transportrichtung 34 in Bewegung und liefert das Paket zum zweiten Fließband 24b, welches Transportgüter 29 wieder abführt. Ein Positionierer 28 mit teleskopformigem Stempel und/oder Kolben/Zylindereinheit schiebt hierzu das Transportgut 29 vom Sekundärteil 7 erneut über Transportrollen 25 auf das Fließband 24b. - Die erfindungsgemäß aufgebaute Strecke 21 wird in diesem Beispiel zur Synchronisation zweier Fließbänder mit unterschiedlicher Transportgeschwindigkeit verwendet. Erst die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht die für die Realisierung solch einer Synchronisation erforderlichen hohen Beschleunigungs- und Abbremsvorgärige. Im vorherigen Beispiel wurde die Strecke 21 in horizontaler Ebene ausgebildet. Es ist aber auch möglich die Strecke in vertikaler Ebene für andere Anwendungszwecke aufzuspannen, z.B. um eine VFFS - Maschine (Vertical Form Fill and Seal) zu realisieren. Beliebige Kombinationen von zwei, drei oder mehr gleichförmigen, oder auch unterschiedlichen Streckenverläufen 29 sind denkbar. Auch eine schräge Montage ist möglich, um zum Beispiel Höhenunterschiede auszugleichen. Selbst ein Möbiusband, zum Transport und/oder gleichzeitigen Drehen von Transportgütern 29 um einen bestimmten Winkel wäre realisierbar. Alles in allem liefert das erfindungsgemäße Konzept die Basis für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten in der Automatisierungs- und Verpackungsindustrie und zur Realisierung/Lösung vieler aus dem Stand der Technik bereits bekannten Systeme/Probleme. Weitere Beispiele: Verpacken von Kartons, Füllen von Behältern, Sortieren von Gegenständen, Falten von Kartons, u.v.m.
Figur 5 zeigt schematisch eine mögliche Realisierungsform der Lagerung des Sekundärteiles 7 auf dem als Schiene ausgebildeten Primärteil 8 im Schnitt (Schnitt A- A, Figur 4). Man erkennt das Sekundärteil 7 und das Primärteil 8 sowie Laufrollen 37, Kugeln 36 hinter den Laufrollen und Führungsnuten längs der Schienen 8. In diese Nuten greifen die Laufrollen und Kugeln zur Führung des Sekundärteiles 7 ein. Es könnte sich hier um eine aus dem Stand der Technik bekannte Kombination aus Laufrollen- und Kugelführung handeln, zum Beispiel aus dem Produktspektrum der Fa. Bosch Rexroth Linear Motion and Assembly Technologies. Durch beispielsweise eine Verjüngung der Breite b der Streckenabschnitte in Kurvenbereichen könnte man eine schnelle und gleichförmige Bewegung beim Übergang 33 (Fig. 4) von einem geraden auf einen kurvenförmigen Streckenabschnitt gewährleisten. Durch die Verjüngung verringert sich zwar die Steifigkeit und vergrößert sich das Spiel der Anordrmng in diesen Bereichen geringfügig, dies ist jedoch in der Praxis vernachlässigbar, da sich die geforderte Präzision bei der Bewegung in der Regel auf die geradlinigen Streckenabschnitte beschränkt.
Auch eine reine Laufrollenführung wäre denkbar. Derartige Führungen sind insbesondere für die Handhabungs- und Automationstechnik entwickelt worden. KugelscMenenführungen, die prinzipiell auch in Frage kämen, zeichnen sich i allen Genauigkeitsklassen durch hohe Tragfähigkeit und große Steifigkeit aus und sind geeignet für nahezu alle Aufgaben der präzisen Linearbewegung. Mit Rollensctaenenführungen könnten selbst schwerste Lasten mit äußerst geringem Aufwand bewegt werden und das wegen der prinzipbedingten Steifigkeit mit einer Präzision, wie sie die Anwender von hocMeistungsfähigen Werkzeugmaschinen und Robotern fordern. Die rollengelagerten Linearführungen sind in verschiedenen
Genauigkeitsklassen verfügbar. Sie zeichnen sich aus durch hohe zulässige
Geschwindigkeiten, eine kompakte Bauweise, sehr geringes Gewicht, einfache Montage und eine geringe Reibung. Auch der äußerst geräuscharme Lauf könnte ein Kriterium sein.
Mit einer Kombination aus Kugelrollen und einer Profilschiene zur Aufnahme von Kugelrollen auf der Ober- und Unterseite (z.B. von Bosch Rexroth Linear Motion and Assembly Technologies) könnten die Sekundärteile 7 leicht bewegt und über die Primärteile 8 gelenkt werden. Die Sekundärteile 7 müssten dann mit Kalotten zur Aufhahme der Kugeln ausgestattet sein. Kugelrollen haben sich als Bausteine in Fördersystemen und Zuführungen an Bearbeitungsmaschinen und Verpackungseinrichtungen bestens bewährt. Für erhöhte Anforderungen an die Bewegungspräzision könnte mit Zusatzschienen gearbeitet werden.
Selbstverständlich sind weitere aus der Lineartechnologie bekannte Methoden zum Aufbau der Streckenabschnitte denkbar. Der Fachmann sei hier auf die zweifelsohne vielfältig vorhandenen und einschlägigen Schriften verwiesen. Die Lösungen müssen allerdings auf ihre Tauglichkeit bezüglich der anwendungsspezifischen Anforderungen überprüft werden. Im gezeigten Beispiel wären diese Anforderungen durch Beschleunigungen bis 15 g5 Geschwindigkeiten bis 5 m/s und Positioniergenauigkeiten von wenigen Mikrometern recht hoch. Als Materialien eignen sich Metalle wie zum Beispiel Stahl oder Aluminium, Kunststoffe wären ggf. auch denkbar. Bezugszeichenliste
Sollwertschnittstelle Luftspalt mit Wanderfeld Energieschnittstelle Geberschnittstelle Steuerschnittstelle Signalverarbeitungsvorrichtung Sekundärteil Primärteil Spulenansteuerung Felderzeugende Spulen Energiequelle Bewegungszustands-Geber Steueranschluss Halbbrücke PWM-Ansteuerung Vergleicher Istwerterzeugung Versorgungsspannung mit Polarität a Versorgungsspannung mit Polarität b Masse Strecke Streckenabschnitt Messvorrichtung Fließbanda Zufuhrb Abfuhr Transportrollen Zentralsteuerung
' Antrieb Positionierer Transportgut Industrielle Maschine Kurvenmodul Gerades Modul Übergang Transportrichtung Datenbus Kugel Laufrolle

Claims

Patentansprüche
1. Linearmotor und dessen Fortbewegungs- bzw. Bewegungsregelung, insbesondere für modulare Transporteinrichtungen mit geraden und kurvenförmigen Sfreckenabschnitten, die einen Streckenverlauf bilden, mit wenigstens einem über eine Energie- und förmationsüberfragimgsschnittstelle (3,4,5) versorgten Sekundärteil (7), das Teile der Ansteuerung enthält, und wenigstens einem Primärteil (8) mit entlang einer vorbestimmten Wegstrecke aneinandergereihten, felderzeugenden Spulen (10) in konzentrierter oder überlappender Wicklung, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärteil (7) wenigstens einen Permanentmagnet und eine Signalverarbeitungsvorrichtung (6) mit Fortbewegungs- bzw. Bewegungsregler aufweist, welche zumindest einen bezüglich der Spulenansteuerung (9) relevanten Sollwert erzeugt, wobei der Sollwert über eine Sollwertschnittstelle (1) vom Sekundärteil einer bezüglich des Primärteiles (8) ortsfesten Spulenansteuerung (9) als für die Kommutierung verwendete Größe zugeführt ist und Mittel zur- steifen Lagerung des Sekundärteiles vorgesehen sind, die das Sekundärteil entlang der vorbestimmten Wegstecke führen.
2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundarteil (7) Bewegungszustands-Informationen, vorzugsweise entsprechend der Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung und/oder der relativen bzw. absoluten Position und/oder der Schubkraft, über wenigstens eine Geberschnittstelle (4) von einem im Bereich des " Primärteils (8) angebrachten Bewegungszustands-Geber (12) erhält.
3. Linearmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärteil (7) Bewegungssollwerte, vorzugsweise entsprechend der Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung und/oder der relativen bzw. absoluten Position und/oder der Schubkraft, über wenigstens eine im Bereich des Primärteils (8) angebrachte Steuerschnittstelle (5) von wenigstens einer Steuervorrichtung erhält.
4. Linearmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Steuervorrichtung dezentral organisiert ist und Steuermodule aufweist, die im Bereich der Primärteile angeordnet sind.
5. Linearmotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung spezifische Merkmale wenigstens eines Sekundärteiles (7), vorzugsweise Identifizierungsmerkmale, für dessen Ansteuerung verwaltet und über eine Steuerschnittstelle (5) sendet und empfangt.
6. Linearmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsvorrichtung (6) des Sekundärteiles (7) spezifische Merkmale des Sekundärteiles (7), vorzugsweise Identifizierungsmerkmale, für dessen Ansteuerung verwaltet und über eine Steuerschnittstelle (5) sendet und empfängt.
7. Linearmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Identifizierungsmerkmal eine unikale Adresse ist, die wenigstens ein Sekundärteil (7) adressiert.
8. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschnittstelle (5) bzw. die Geberschnittstelle (4) bzw. die Sollwertschnittstelle (1) berührungslos ausgeführt ist.
9. Linearmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Schnittstellen (1,4,5) als mfrarotsschnittstelle ausgebildet ist und wahlweise die Sensorik durch eine lichtdurchlässige Abdichtung vom Umfeld fluidundurchlässig abgeschirmt ist.
10. Linearmotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schnittstelle (1,4,5) als induktive Schnittstelle ausbildet ist.
11. Linearmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schnittstelle (1,4,5) als Funkschnittstelle ausgebildet ist.
12. Linearmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Schnittstellen, vorzugsweise die Steuerschriittstelle (5) und/oder die Geberschnittstelle (4) und/oder die Sollwertschnittstelle (1), zu wenigstens einer einheitlichen Schnittstelle zusammengefasst sind.
13. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugte Sollwert einer einzigen Sollwertkategorie angehört.
14. Linearmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugte Sollwert ein Lagesollwert oder ein Geschwindigkeitssollwert oder ein Beschleunigungssollwert (Stromsollwert) oder ein Spannungssollwert ist.
15. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Signalverarbeitungsvorrichtung erzeugte Sollwert eine Kombination aus der in Anspruch 14 genannten Sollwertkategorien ist, '
16. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung (3) der Signalverarbeitungsvorrichtung (6) des Sekundärteiles (7) durch eine einzige Energiequellenart gewährleistet ist.
17. Linearmotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung (3) der Signalverarbeiti gsvorrichturig (6) des Sekundärteiles (7) eine am Sekundärteil angebrachte Energiequelle, vorzugsweise ein aufladbarer Akkumulator bzw. eine nicht aufladbare Batterie bzw. eine Solarzellenanordnung, ist.
18. Linearmotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung (3) der Signal verarbeitimgsvorrichturig (6) des Sekundärteiles (7) eine induktive Energieschnittstelle (3) ist, vorzugsweise eine Induktionsspule, die elektrische Energie über wenigstens eine bezüglich des Primärteiles ortsfeste Spule berührungslos aufnimmt.
19. Linearmotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeiclinet, dass ein am Sekundärteil (7) befestigter und mit dem Primärteil (8) in Kontakt stehender Aufnehmer die Energie der Signalverarbeitungsvorrichtung (6) des Sekundärteiles (7) zuleitet, vorzugsweise über einen Schleifkontakt oder Rollenkontakt.
20. Linearmotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Energie für die Signalverarbeitungsvorrichtung (6) des Sekundärteiles (7) durch eine Kabel Verbindung zugeleitet ist.
21. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung der Signalverarbeitungsvorrichtung (6) des Sekundärteiles (7) durch eine Kombination verschiedener Energiequellenarten gewährleistet ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 16 bis 20.
22. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander kommunizierenden Mittel des Sekundär- bzw. Primärteiles sich zur berührungslosen Energieübertragung (3) und/oder berührungslosen Informationsübertragung (1,4,5) im Betrieb an den einander zugewandten Seiten des Sekundärteiles (7) und Primärteiles (8) gegenüber liegen.
23. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass Einzelspulen (10) am Primärteil (8) entlang der Bewegungsbahn des Sekundärteiles (7) nebeneinander angeordnet sind und die Spulenansteuerung (9) wenigstens eine Einzelspule mit Strom versorgt.
24. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärteil (7) mittels einer Schiene mit wenigstens zwei Spuren am Primärteil beweglich gelagert ist.
25. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärteil (7) wenigstens drei Rollen aufweist wobei zwei . Rollen einer gemeinsamen Spur zugeordnet sind und eine dritte Rolle einer weiteren Spur zugeordnet ist.
26. Linearmotor nach Anspruch 25 , dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Rolle federnd am Sekundärteil gelagert ist.
27. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein als Halbbrücke ausgebildetes Steuerelement an jeweils eine am Primärteil (8) angebrachte Einzelspule (9) angeschlossen ist und einen Spulenstrom einspeist, dessen Orientierung und Intensität durch ein Ansteuersignal nach Maßgabe des Sollwertes bestimmt ist.
28. Linearmotor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl n als Halbbrücke ausgebildetes Steuerelement an jeweils eine aus n am Primärteil (8) angebrachten Einzelspulen (9) angeschlossen und zur Erhöhung des Funktionssicherheit ggf. redundant ausgeführt ist.
29. Industrielle Maschine (30), insbesondere für Automatisierungsstraßen, die einen industriellen Prozess umfasst , insbesondere für Flachmaterialien, Verpackungen und Werkzeuge, wobei der Prozess eine Linearbewegung beinhaltet, die ein Linearmotor inklusive Bewegungsregelung mit wenigstens einem Sekundärteil (7) und wenigstens einem Primärteil (8) mit felderzeugenden Spulen (10) in konzentrierter oder überlappender Wicklung entlang einer vorbestimmten Wegstrecke ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass, das Sekundärteil (7) eine über eine Energieversorgung (3) des Sekundärteils gespeiste Signalverarbeitirngsvorrichtung (6) mit Bewegungsregler umfasst, welcher einen bezüglich der Spulenansteuerung (9) relevanten Sollwert erzeugt, wobei der Sollwert über eine Sollwertschnittstelle (1) einer bezüglich des Primärteiles (8) ortsfesten Spulenansteuerung (9) als für die Kommmutierung verwendeter Größe zugeführt ist.
30. Maschine nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine mehrere Sekundärteile umfasst, die eine prozesssynchrone Bewegung nach vorbestimrnten Prozessvorschriften ausfuhren. ,
31. Maschine nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine mindestens 5 Sekundärteile umfasst.
32. Maschine nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearbewegung durch eine Bewegungsbahn vorbestimmt ist, die von mehreren Primärteilen jeweils vorbestimmter Länge nach Art eines Bausatzes gebildet ist.
33. Maschine nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahn gerade und/oder kurvenförmig ausgebildete Primärteile umfasst.
34. Maschine nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine übergeordnete Prozesssteuerung Bewegungsäbläufe überwacht und steuert.
35. Maschine nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesssteuerung einer Kollision von Sekundärteilen vorbeugt.
36. Maschine nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesssteuerung eine Initialisierung aller Sekundärteile bei der Inbetriebnahme vornimmt.
37. Maschine nach einem der Ansprüche 29 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesssteuerung den Übergang der Sekundärteile zwischen zwei Primärteilen überwacht und steuert, um Übergangsstörungen zu vermeiden und eine Kontinuität in der Positionserfassung zu gewährleisten.
38. Maschine nach einem der Ansprüche 29 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Maschine zur Verpackung von Waren, insbesondere von Lebensmitteln bzw. Genussmitteln, handelt.
39. Maschine nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass deren Komponenten wasserdicht oder spritzwassergeschützt ausgeführt sind.
40. Maschine nach einem der Ansprüche 29 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um die Teilfunktionalität einer Werkzeugmaschine oder um den Teil einer Automatisierungs- bzw. Transportstraße handelt. • .
41. Maschine nach einem der Ansprüche 29 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Druckmaschine handelt.
42. Maschine nach einem der Ansprüche 29 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine blechverarbeitende Maschine handelt.
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