KR20110118617A - 전동식 선형 다이렉트 구동기 - Google Patents

전동식 선형 다이렉트 구동기 Download PDF

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KR20110118617A
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톰 웅거
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페스토 악티엔 게젤샤프트 운트 코. 카게
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Abstract

본원은, 주축선 (18) 을 따라 연장하는 적어도 2 개의 안내 수단 (16) 을 구비한 기다란 베이스 요소 (12) 와, 상기 주축선 (18) 의 방향으로 선형 운동하기 위해 상기 베이스 요소 (12) 에 장착되고 또한 상기 베이스 요소 (12) 에 예비부하력을 전달하도록 하는 안내 수단 (16) 에 힘을 전달하도록 형성된 적어도 2 개의 안내 장치 (26, 27) 를 가진 슬라이드 본체 (24) 를 구비하는 슬라이드 (14) 와, 상기 베이스 요소 (12) 를 따른 슬라이드 (14) 의 선형 운동을 위한 구동력을 제공하도록 구성되고 슬라이드 (14) 에 의해 지지되는 전동식 구동 유닛 (72) 을 포함하는 전동식 다이렉트 선형 구동기에 관한 것이다. 본원에 따라서, 상기 슬라이드 본체 (24) 는 제 1 안내 장치 (26) 를 가진 제 1 슬라이드 부분 (38) 및 제 2 안내 장치 (27) 를 가진 별도로 구성되는 제 2 슬라이드 부분 (40) 을 포함하고, 상기 2 개의 슬라이드 부분 (38, 40) 은 커플링 장치 (58) 에 의해 서로 연결되고, 상기 슬라이드 본체 (24) 및 커플링 장치 (58) 는 슬라이드 (14) 및 베이스 요소 (12) 사이의 예비부하력을 적어도 실질적으로 일정하게 유지하도록 상이한 열팽창계수를 가진다.

Description

전동식 선형 다이렉트 구동기 {ELECTRODYNAMIC LINEAR DIRECT DRIVE}
본원은, 주축선을 따라 연장하는 적어도 2 개의 안내 수단을 구비한 기다란 베이스 요소와, 상기 주축선의 방향으로 선형 운동하기 위해 상기 베이스 요소에 장착되고 또한 안내 수단에 힘을 전달하도록 형성된 적어도 2 개의 안내 장치를 가진 슬라이드 본체를 구비하는 슬라이드를 포함하는 전동식 다이렉트 선형 구동기에 관한 것으로, 상기 안내 수단 각각 및 안내 장치 사이에는, 베이스 요소에 대하여 슬라이드의 저마찰 상대 운동을 가능하게 하고 또한 슬라이드 본체에 의해 베이스 요소에 가해지는 예비부하력이 가해지는 적어도 하나의 안내 본체가 제공되며, 상기 전동식 다이렉트 선형 구동기는, 상기 베이스 요소를 따른 슬라이드의 선형 운동을 위한 구동력을 제공하도록 구성되고 슬라이드에 의해 지지되는 전동식 구동 유닛을 포함한다.
이러한 다이렉트 선형 구동기는, 특히 선형 경로를 따라서 공구 또는 가공물을 운동 역학이 크고 또한 위치 정확성이 높게 이동시키기 위해서, 예를 들어 자동화 기술에 사용된다. 이러한 공정에서, 슬라이드는, 전기 에너지가 인가된다면 전동식 구동 유닛에 의해 생성되는 동적 자기장 및 베이스 요소에 할당된 영구 자석의 정적 자기장 사이의 상호작용에 의해 레일 형상의 베이스 요소에 대하여 선형으로 이동된다. 베이스 요소에 대한 슬라이드의 저마찰 선형 운동을 보장하도록, 안내 본체, 예를 들어 슬라이딩 또는 롤링 본체는 슬라이드의 안내 장치와 베이스 요소의 안내 수단 사이에 제공된다. 베이스 요소상의 슬라이드의 고정밀 안내를 보장하도록, 슬라이드, 안내 장치 및 베이스 요소는, 슬라이드 본체에 의해 베이스 요소에 인가된 예비부하력 (preloading force) 이 안내 장치에 가해지도록 서로 일치된다. 이러한 구성은, 예비부하력을 매우 좁은 범위로 유지해야 하는 문제점에 당면하게 된다. 예비부하력이 너무 낮으면, 슬라이드는 너무 느슨하게 안내되고; 예비부하력이 너무 높으면, 슬라이드는 베이스 요소에 대하여 쉽게 끼일 수 있고 조기 마모되기 쉬우며, 이는 다이렉트 선형 구동기의 수명을 열악하게 한다. 다이렉트 선형 구동기의 작동시 전동식 구동 유닛이 고온이 되어, 이러한 가열이 슬라이드 본체의 가열 및 팽창을 유발하기 때문에, 예비부하력을 필요한 범위에 유지하는 것이 더 어렵게 된다. 구동 유닛 및 슬라이드 본체 사이의 다이렉트 커플링으로 인해, 슬라이드 본체는 베이스 요소보다 상당히 더 가열되므로, 슬라이드 본체의 팽창은 슬라이드 본체와 베이스 요소 사이의 예비부하력에 대하여 원하지 않는 영향을 줄 수 있다.
DE 103 09 880 A1 으로부터, 자기력을 공급하는 코일부가 자기 트랙을 따라 이동가능한 선형 모터가 공지되어 있다. 코일부는 지지 플레이트에 수용되고, 이 지지 플레이트는 또한 자기 트랙의 측면들에 끼워진 안내 레일상에서 안내된다. 지지 플레이트는 여러 층으로 구성되고, 지지 플레이트의 상부측은 큰 열팽창계수를 가진 층으로 형성된 코일부로부터 떨어져 있고, 지지 플레이트의 하부측은 작은 열팽창계수를 가진 층으로 형성된 코일부에 대향한다. 자기 트랙에는 다수의 영구 자석이 제공되고, 이 영구 자석은, 적합한 전류가 인가되어 코일부가 자화되는 경우에, 자기 트랙에 대하여 코일부의 원하는 선형 운동을 제공하도록 코일부와 자기적으로 상호작용할 수 있다. 코일부와 자기 트랙 사이의 자기 상호작용에 의해 생성되는 힘은 지지 플레이트의 상당한 편향을 유발할 수 있다. 선형 모터의 작동 온도에서, 상기 편향은 지지 플레이트내의 내부 응력에 의해 적어도 부분적으로 보상되고, 이 응력은 지지 플레이트의 상부측 및 하부측의 상이한 열팽창값으로 인해 유발된다.
DE 103 92 882 T5 에서는 전동식 구동 시스템 및 슬라이드 본체 사이에 단열 장치가 제공되는 다이렉트 선형 장치가 개시되어 있다.
WO 2005/112232 A1 에 공지된 다이렉트 선형 구동기에 있어서, 선형 로터 모터는, 선형 로터 모터 및 슬라이드 본체의 열적 및 기계적 분리를 얻도록, 적어도 하나의 이격 부재를 통하여, 가동 조립체부라고 하는 슬라이드 본체에 연결된다.
DE 100 35 364 A1 에는, 레일 유형의 베이스 요소가 관형부 형상의 로터에 의해 둘러싸이는 선형 운동 장치가 개시되어 있다. 상기 로터는, 베이스 요소에 대하여 지지되고 또한 재순환 볼 유닛으로 구성되는 다수의 안내 블록을 포함한다. 운동 장치가 가열 또는 냉각됨에 따라 발생할 수 있는 열팽창 차이 및 공차를 보상하기 위해서, 안내 블록의 일부는 판스프링 유형의 탄성 지지체로부터 이동가능하게 지지된다.
본원은, 슬라이드 본체와 베이스 요소 사이의 예비부하력을 20℃ ~ 120℃ 의 다이렉트 선형 구동기의 작동 온도 범위 내에서 가능한 한 일정하게 유지 수 있는 다이렉트 선형 구동기를 형성하는 문제에 기초한다.
상기 문제는, 전술한 유형의 다이렉트 선형 구동기에 의해 해결되며, 상기 슬라이드 본체는 제 1 안내 장치를 가진 제 1 슬라이드 부분 및 제 2 안내 장치를 가진 별도로 구성되는 제 2 슬라이드 부분을 포함하고, 상기 2 개의 슬라이드 부분은 커플링 장치에 의해 서로 연결되고, 상기 슬라이드 본체 및 커플링 장치는 상이한 열팽창계수를 가지며, 상기 커플링 장치는, 슬라이드 본체에 의해 안내 수단에 가해진 예비부하력이 전동식 구동 유닛의 작동 온도 범위에서 적어도 실질적으로 일정하도록 안내 장치에 할당된다.
이러한 대처로 인해, 슬라이드는 실질적으로 일정한 예비부하력을 가지고 그리하여 20℃ ~ 120℃ 일 수 있는 다이렉트 선형 구동기의 작동 온도 범위 내에서 베이스 요소에 대하여 유극이 없다. 이는, 다이렉트 선형 구동기가 처리 유닛, 기계 공구 또는 가공 중심을 위한 구동기로 사용하는 경우 특히 바람직한 다이렉트 선형 구동기에 연결되는 공구 또는 작업 캐리어의 정확한 위치를 향상시킨다. 이는, 특히 베이스 요소가 실질적으로 일정한 온도를 가지면서 구동기에 공급되는 전기 에너지에 의해 슬라이드가 가열되는 상황에 적용된다.
커플링 장치는 별도의 구성품으로 구성되고 또한 슬라이드가 가열됨에 따라 슬라이드 부분의 어떠한 팽창에 대항하도록 슬라이브 부분에 할당된다. 그럼으로써, 별도로 구성된 슬라이드 부분과 함께, 커플링 장치는, 안내 본체 및 안내 수단을 통하여 베이스 요소에 작동 연결되는 각각 슬라이드 부분에 할당된 안내 장치들간의 거리 및 그로 인한 예비부하력이 일정하도록 보장해준다.
슬라이드 본체의 열팽창을 보상하기 위해서, 본원에 있어서, 커플링 장치는 슬라이드 본체가 적어도 큰 범위로 제조되는 재료의 열팽창계수와 상이한 열팽창계수를 가진 재료로 적어도 부분적으로 형성된다. 슬라이드 본체의 2 개의 슬라이드 부분은, 예를 들면 0.000023/Kelvin 의 열팽창계수를 가진 알루미늄으로 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 커플링 장치는, 예를 들어, 적어도 부분적으로 강으로 형성될 수 있고, 이 강의 열팽창계수는 0.000013/Kelvin 근방이다. 슬라이드 본체 및 커플링 장치의 열팽창계수를 상이하게 함으로써, 슬라이드 부분의 제어된 상대 운동이, 예를 들어 유효하게 될 수 있다. 이러한 상대 운동은, 구성품이 가열되면 팽창하거나 또는 냉각되면 수축됨에 따라, 안내 장치들 사이의 거리 및 그로 인한 안내 본체에 작용하는 예비부하력이 실질적으로 일정하도록 구성된다.
이와 관련하여, 2 개의 슬라이드 부분은 별도의 구성품으로 구성된다. 2 개의 슬라이드 부분은, 예를 들어 적합한 선형 안내에 의해 슬라이딩 운동을 위해 서로 결합될 수 있고 그리고/또는 적어도 하나의 스위벨 조인트 (swivel joint) 에 의해 관절식으로 될 수 있다. 제 1 슬라이드 부분은 제 2 슬라이드 부분상에 자유 운동하도록 장착되는 것이 바람직하고, 그리하여 예비부하력에 의해 유발되고 또한 커플링 장치에 의해 가해지는 슬라이드 본체내의 내부 응력은 상기 2 개의 슬라이드 부분 사이에서 동일하게 된다. 제 1 슬라이드 부분은 커플링 장치에 의해 제 2 슬라이드 부분에 포지티브하게 연결되어, 커플링 장치는 제 2 슬라이드 부분에 대한 제 1 슬라이드 부분의 안내 장치로서 작용하고, 그럼으로써 베이스 요소에 대한 슬라이드 부분의 정확한 정렬을 보장해준다.
상기 커플링 장치는 제 1 조인트로 제 1 슬라이드 부분에 선회가능하게 장착되고 그리고/또는 제 2 조인트로 제 2 슬라이드 부분에 선회가능하게 장착되는 것이 바람직하다. 상기 조인트는 커플링 장치 및 슬라이드 부분 사이에서 힘을 전달하는데 사용되고 또한 미리 설정가능한 선회 범위내에서 슬라이드 부분(들)에 대한 커플링 장치의 적어도 실질적으로 자유로운 정렬을 가능하게 한다. 조인트는, 예를 들어 자유롭게 회전가능한 방식으로 대응 보어와 결합하는 선회 핀을 가진 선회 조인트일 수 있다.
상기 슬라이드 본체는 베이스 요소를 포함하고, 상기 슬라이드 부분에 장착되는 안내 장치는 서로 대향하여 배열된다. 베이스 요소의 주축선에 수직하게 정렬된 단면에서, 슬라이드 본체는, 예를 들어 U 형상의 단면을 가지고, 안내 장치는 U 형상의 단면의 2 개의 레그에 위치된다. 안내 장치는 안내 수단이 배치되는 곳에서 베이스 요소의 언더컷 영역과 결합하는 것이 바람직하고, 그럼으로써 슬라이드와 베이스 요소간의 포지티브 연결시 하나 또는 두 개의 공간 방향으로 된다. 베이스 요소를 포함함으로써, 한편으로는 베이스 요소상의 슬라이드의 고정 장착을 보장하고, 다른 한편으로는 베이스 요소의 특히 컴팩트한 구성을 가능하게 한다. 서로 대향하여 배열된 안내 장치는, 슬라이드 부분으로 형성되는 슬라이드 본체 및 베이스 요소간의 유리한 힘 전달을 보장한다.
본원의 다른 실시형태에서 있어서, 상기 베이스 요소는 슬라이드 본체를 포함하고, 상기 안내 장치는 중심 축선을 포함하는 거울면에 대하여 거울 대칭적으로 슬라이드 부분상에 배열된다. 이 실시형태에 있어서, 베이스 요소와 슬라이드 본체 둘 다는 주축선에 수직하게 정렬되는 단면 평면에서 U 형상의 단면을 가질 수 있다. 안내 장치는 슬라이드 본체의 레그의 대향 외부면에 배열되고 또한 서로 대향하는 베이스 요소의 레그의 표면상에서 지지되는 것이 바람직하다.
상기 커플링 장치는, 주축선에 적어도 실질적으로 수직하게 연장하는 주치수를 가지고 또한 슬라이드 부분 사이에서 연장하는, 바람직하게는 최소한의 길이를 가진 커플링 요소를 포함하는 것이 유리하다. 커플링 요소는, 슬라이드가 가열 또는 냉각됨에 따라 슬라이드 본체의 형상에서의 열적으로 유발되는 변경에 대하여 길이 변경을 보상하는 커플링 장치내의 요소인 것이 바람직하다. 주축선 방향으로의 슬라이드 본체의 팽창은 슬라이드와 베이스 요소 사이에서 전달되는 예비부하력에 영향을 주지 않는다. 주축선에 수직한 방향 및 대향하는 안내 장치 사이의 연결 라인에 적어도 실질적으로 평행한 방향으로의 슬라이드 본체의 팽창은, 한편으로는 슬라이드와 베이스 요소간의 예비부하력을 결정한다. 바람직하게는 로드 형상의 커플링 요소가 대향하는 안내 장치 사이의 연결 라인에 평행하게 정렬되면, 커플링 장치의 컴팩트한 구성 및 슬라이드 본체의 열팽창의 효과적인 보상을 얻을 수 있다.
상기 커플링 요소는 슬라이드 본체 및 베이스 요소 사이에 배치되고 또한 슬라이드 본체의 재료보다 작은 열팽창계수를 가지는 것이 바람직하다. 슬라이드 본체와 베이스 요소 사이에 커플링 요소를 배치함으로써, 슬라이드상의 커플링 장치의 특히 컴팩트한 통합을 얻을 수 있다. 슬라이드 본체보다 낮은 열팽창계수를 가진 커플링 요소의 구성으로 인해, 슬라이드가 가열됨에 따라 슬라이드 본체의 팽창에 대한 원하는 보상을 보장해주고 또한 그럼으로써 다이렉트 선형 구동기의 전체 작동 온도 범위에 걸쳐서 슬라이드 본체와 베이스 요소간의 예비부하력의 유지를 보장해준다.
상기 커플링 요소의 유리한 적어도 하나의 자유 단부는 지지 요소의 2 개의 단부 영역 사이에서 힌지되고, 상기 지지 요소의 제 1 단부 영역은 제 1 슬라이드 부분에 연결되거나 제 1 슬라이드 부분의 장착면에 대하여 지지되며, 상기 지지 요소의 제 2 단부 영역은 제 2 슬라이드 부분에 연결되거나 제 2 슬라이드 부분의 장착면에 대하여 지지된다. 지지 요소와 함께, 커플링 요소는, 슬라이드 본체의 열적으로 유발된 팽창 및 커플링 요소의 열적으로 유발된 팽창으로 지지 부재를 경사지게 하도록 구성되는 레버 기구를 형성한다. 지지 부재의 이러한 경사는 제 1 및 제 2 슬라이드 부분 사이에서 열 관련 상대 운동에 유효하고, 이는 슬라이드의 열 팽창 또는 수축 운동에 대항하여, 슬라이드 본체의 열 팽창 또는 수축에 대한 원하는 보상을 얻을 수 있다.
본원의 다른 개량에 있어서, 상기 커플링 요소 및/또는 상기 지지 요소에는, 슬라이드와 베이스 요소간의 예비부하력을 조절하도록 구성되는 조절 장치가 제공된다. 조절 장치는 예비부하력의 조절을 가능하게 하여, 슬라이드 및 베이스 요소의 제조 공차 및/또는 적용 관련 공차 요건을 고려할 수 있다.
본원의 유리한 실시형태에 있어서, 상기 조절 장치는 지지 요소의 단부 영역에 형성된다. 이는, 구조적으로 간단한 구성 및 조절 장치에 대한 양호한 접근을 보장해준다.
상기 조절 장치는, 지지 요소에 이동가능하게 위치되고 또한 제 1 또는 제 2 슬라이드 부분의 장착면에 대하여 지지되는 조절 나사를 포함하고, 상기 조절 나사는 예비부하력을 조절하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 조절 나사에 의해, 커플링 요소에 대한 지지 요소의 정렬 및 그로 인한 슬라이드 본체 및 베이스 요소간의 원하는 예비부하력이 조절된다.
상기 커플링 요소 및 상기 슬라이드 본체 사이에는 공기 틈이 형성되는 것이 유리하다. 이는, 슬라이드 본체에 대한 커플링 요소의 자유 운동을 보장해주고, 그럼으로써 커플링 장치와 슬라이드 본체 사이의 추가의 내부 응력을 방지하게 된다.
본원의 다른 개량에 있어서, 적어도 2 개의 커플링 장치가 베이스 요소의 축방향으로 슬라이드 본체상에 서로 거리를 두고 장착된다. 유리하게는, 상기 슬라이드 본체의 대향 단부 영역에는 커플링 장치가 각각 형성된다. 이는, 커플링 장치에 의해 슬라이드 부분에 가해진 힘을 대칭적으로 도입할 수 있도록 해준다.
안내 본체는, 예를 들어 안내면으로 구성될 수 있는 안내 수단상에서 상대 롤링 운동하는데 사용되는 베어링 저널로서 구성되는 것이 유리하다. 이러한 방식으로, 베이스 요소상에서의 저마찰 및 포지티브 안내를 얻을 수 있다. 대안으로서, 안내 본체는 안내 수단상에서 슬라이딩할 수 있는 슬라이딩 본체일 수 있다. 본원의 다른 실시형태에 있어서, 안내 본체는 재순환 볼 안내 방식으로 구성되는 다수의 롤링 요소를 포함한다. 이러한 안내 본체의 조합은 잘 실시될 수 있다.
본원의 바람직한 실시형태는 도면에 도시되어 있다.
도 1 은 슬라이드 부분의 단부에 장착되는 2 개의 커플링 장치를 구비한 전동식 다이렉트 선형 구동기의 부분적인 절단 사시도,
도 2 는 도 1 을 따른 다이렉트 선형 구동기의 단부도, 및
도 3 은 도 1 및 도 2 에 따른 다이렉트 선형 구동기의 커플링 장치의 사시도.
도 1 에 도시된 다이렉트 선형 구동기 (10) 는 레일형, 직선형, 기다란 베이스 요소 (12) 및 선형 운동을 위한 베이스 요소 (12) 에 탑재되는 슬라이드 (14) 를 포함한다.
바람직하게는 압출된 알루미늄 구성품인 베이스 요소 (12) 는, 슬라이드 (14) 와 베이스 요소 (12) 간의 저마찰 힘 전달을 보장하도록, 예를 들어 안내면으로 설계될 수 있고 또한 시험적으로 강 스트립으로 만들어질 수 있는 바람직하게는 평평한 다수의 안내 수단 (16) 을 포함한다. 안내 수단 (16) 은 베이스 요소 (12) 에 2 차원으로 지지되고 또한 예를 들어 직각을 포함할 수 있는 V 형상으로 쌍으로 배열된다. 안내 수단 (16) 은 이 안내 수단 (16) 의 X 형상의 구성을 제공하도록 베이스 요소 (12) 의 대향 측면에 배열되어, 안내 수단 (16) 의 각 쌍은 언더컷을 형성하고, 슬라이드 (14) 는 언더컷과 포지티브하게 결합한다.
안내 수단 (16) 은 베이스 요소 (12) 의 종방향으로 배향되는 베이스 요소 (12) 의 주축선 (18) 에 평행하게 연장한다. 안내 수단 (16) 은 플러시 표면을 제공하도록 베이스 요소 (12) 의 대응 리세스에 리세스가공되는 것이 유리하다.
베이스 요소 (12) 의 상측에서, 실질적으로 큐브 형상의 영구 자석 (22) 이 정렬되고 위치되는 종방향 홈 (20) 이 형성된다. 베이스 요소 (12) 의 하부측에서, 도면 부호를 부여하지 않은 T 슬롯은, 예를 들어 기계 공구의, 도면에 도시하지 않은 기계 베드상에 베이스 요소 (12) 를 위치시키도록 제공된다.
베이스 요소 (12) 에 가동가능하게 장착되는 슬라이드 (14) 는, 실질적으로 U 형상의 단면을 가지고 또한 라이더의 방식으로 베이스 요소 (12) 를 포함하는 2 부분의 슬라이드 본체 (24) 를 포함한다. 베이스 요소 (12) 상의 슬라이드 (14) 의 포지티브 및 저마찰 슬라이딩 안내를 보장하도록, 안내 수단 (16) 중 하나와 접촉하도록 슬라이드 본체 (24) 에 다수의 안내 장치 (26, 27) 를 할당한다. 안내 장치 (26, 27) 는, 도 2 에 보다 자세히 도시되어 있고 또한 슬라이드 (14) 가 베이스 요소 (12) 에 대하여 단일의 병진 자유도만을 갖도록 베이스 요소 (12) 의 안내 수단 (16) 과 포지티브하게 결합한다.
안내 장치 (26, 27) 각각은 볼록한 부분의 외부면 (34) 을 가진, 홈형 부분의 슬라이드 본체 (24) 의 지지면 (28, 30) 에 대하여 지지되는 후드형 저널 하우징 (34) 을 포함한다. 이는, 몇 도의 선회각 범위를 가지고 또한 도 2 의 도면에 직교하는 선회 축선을 중심으로 저널 하우징 (34) 의 선회가능성을 보장해지고, 상기 선회 축선은 도면에 도시되어 있지 않다. 저널 하우징 (34) 및 슬라이드 본체 (24) 와 안내 수단 (16) 에 대하여 상기 저널 하우징내에 수용되는 베어링 저널의 선회가능으로 인해, 베어링 저널 (36) 은 안내 수단 (16) 의 표면 배향에 적합하게 될 수 있고, 그럼으로써 슬라이드 (14) 및 베이스 요소 (12) 사이에서 저마찰 힘 전달을 개선시킨다.
베어링 저널 (36) 은 저널 하우징 (34) 의 베어링 핀 (37) 상에 회전가능하게 장착되고, 안내 수단 (16) 에 대하여 지지되는 그 외부면은 슬라이드 (14) 가 운동함에 따라 롤링할 수 있다. 안내 장치 (26, 27) 는 쌍으로 배열되고, 인접한 안내 장치 (26) 의 베어링 저널 (36) 의 회전 축선은 서로에 대하여 90 도로 오프셋되어 있다. 이는, 베이스 요소 (12) 와 함께 안내 장치 (26, 27) 의 포지티브 결합을 유발하고, 그럼으로써 베이스 요소 (12) 상에 슬라이드 (14) 를 포지티브하게 장착하게 된다.
도면에 도시하지 않은 본원의 일 실시형태에 있어서, 안내 장치는 재순환 볼 장치로서 구성되고, 다수의 볼은 안내 수단 (16) 상에 상대 롤링 운동을 위한 볼 채널에서 안내된다. 대안으로, 안내 장치는 안내 수단 (16) 상에 슬라이딩 운동하도록 구성되는 슬라이딩 본체로서 구성될 수 있다.
도 1 및 도 2 에서 보다 자세히 도시된 2 부분의 슬라이드 본체 (24) 는 2 개의 별개의 슬라이드 부분 (38, 40) 을 포함한다. 제 1 슬라이드 부분 (38) 은, 도 2 에 보다 자세히 도시된 긴 레그 (42) 및 짧은 레그 (44) 를 가진 U 형상의 프로파일을 구비한다. 자유 단부 영역에서, 긴 레그 (42) 에는 V 형상의 프로파일이 형성되고, 그 표면상에는 지지면 (28, 30) 이 형성된다. 짧은 레그 (44) 는 연결 웨브 (46) 에 의해 긴 레그 (42) 에 일체로 연결되고 또한 제 2 슬라이드 부분 (40) 과 대향하는 안내면 (48) 을 구비한다. 안내면 (48) 상에는, 제 2 슬라이드 부분 (40) 쪽으로 돌출하는 T 부분 (50) 이 형성된다. 제 1 슬라이드 부분 (38) 의 T 부분은 제 2 슬라이드 부분 (40) 상에 형성된 T 슬롯 (52) 과 결합한다. T 부분 및 T 슬롯은, 제 2 슬라이드 부분 (40) 이 제 1 슬라이드 부분 (38) 에 대하여 안내면 (48) 에 병진식으로 평행하게 이동될 수 있도록 서로 일치되고, 보다 자세히 도시하지 않은 차단 수단은 도 2 의 도면에 수직한 운동을 방지한다. 나머지 병진 상대 운동으로 인해, 제 1 슬라이드 부분 (38) 에 할당된 안내 장치 (26) 와 제 2 슬라이드 부분 (40) 에 할당된 안내 장치 (27) 사이에 선형 거리를 설정할 수 있다.
제 2 슬라이드 부분 (40) 은 실질적으로 직사각형이고 또한 제 1 슬라이드 부분 (38) 과 유사하게 V 형상의 프로파일이 형성되고, 이 프로파일의 표면상에는 홈 형상의 프로파일을 가진 지지면 (54, 56) 이 형성된다. 상기 지지면 (54, 56) 은, 쌍으로 배열되는 안내 장치 (27) 및 90 도로 오프셋된 회전 축선을 가진 베어링 저널 (36) 을 지지한다.
슬라이드 (14) 로부터 베이스 요소 (12) 까지 예비부하력 (preloading force) 을 전달하도록, 2 개의 상대 이동가능한 슬라이드 부분 (38, 40) 은 커플링 장치 (58) 에 의해 힘을 전달하도록 서로 연결된다. 커플링 장치 (58) 는, 슬라이드 부분 (38, 40) 및 그에 지지되는 안내 장치 (26, 27) 사이의 거리 및 그로 인한 예비부하력을 미리 설정하고 또한 이를 다이렉트 선형 구동기 (10) 의 작동 온도 범위내에서 적어도 실질적으로 일정하게 유지하도록 제공된다. 이를 위해, 커플링 장치 (58) 는, 도 3 에서 보다 자세히 도시되고 또한 제 1 슬라이드 부분 (38) 및 지지 요소 (62) 둘 다에 연결되는 바람직하게는 로드 형상의 커플링 요소 (60) 를 포함한다. 커플링 요소 (60) 는 주축선 (18) 에 실질적으로 직교하고 또한 제 1 슬라이드 부분 (38) 의 연결 웨브 (46) 에 평행하게 연장하며, 상기 연결 웨브는 긴 레그 (42) 를 제 1 슬라이드 부분 (38) 의 짧은 레그 (44) 에 연결시킨다. 제 1 단부 영역에서, 커플링 요소 (60) 에는, 도면에 도시하지 않은 제 1 슬라이드 부분 (38) 의 보어와 힘 전달 방식으로 결합하는 제 1 선회 핀 (64) 이 형성되고 또한 제 1 슬라이드 부분 (38) 에 대하여 커플링 요소 (60) 의 선회가능성을 보장해준다. 제 2 단부 영역에서, 커플링 요소 (60) 는 제 2 선회 핀 (66) 에 의해 지지 요소 (62) 에 선회가능하게 연결된다. 제 1 단부 영역에서, 지지 요소 (62) 에는, 제 2 슬라이드 부분 (40) 과 선회가능하게 결합도록 베어링 저널 (68) 이 형성된다. 제 2 단부 영역에서, 지지 요소 (62) 에는, 예를 들어 육각형 소켓 헤드 나사 등으로 구성되는 조절 장치 (70) 가 제공되고, 이 조절 장치는 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 연결 웨브 (46) 의 접촉면에 대하여 지지된다.
본원의 도시된 실시형태에 있어서, 커플링 요소 (60) 는 연결 웨브 (46) 및 베이스 요소 (12) 사이에 위치되어, 슬라이드 (14) 상에 커플링 장치 (58) 를 컴팩트하게 일체화시킨다. 커플링 요소 (60), 제 1 슬라이드 부분 (38) 및 지지 요소 (62) 는 제 2 슬라이드 부분 (40) 에 작용하는 레버 기구를 형성한다. 이 레버 기구는, 슬라이드 (14) 가 가열 또는 냉각됨에 따라, 제 1 슬라이드 부분 (38) 및 제 2 슬라이드 부분 (40) 의 긴 레그 (42) 와 할당된 쌍의 지지면 (28, 30 및 54, 56) 각각 사이의 거리가 실질적으로 일정하게 되도록 구성되어, 각각의 안내 장치 (26, 27) 는 항상 동일한 상대 거리를 유지하고 또한 슬라이드 (14) 로부터 베이스 요소 (12) 에 전달되는 예비부하력은 적어도 실질적으로 일정하게 남아 있다.
이와 관련하여, 커플링 요소 (60), 지지 요소 (62) 및 제 1 슬라이드 부분 (38) 을 포함하는 레버 기구내의 지레비를 서로 일치시키는 것이 유리하다. 이는, 예를 들어 슬라이드 (14) 가 가열됨에 따라 발생할 수 있는 제 1 슬라이드 부분 (38) 의 열적으로 유발된 형상 변화 및 커플링 요소 (60) 의 비교적 적은 형상 변화로 인해 제 1 슬라이드 부분 (38) 상의 조절 장치 (70) 의 접촉점을 중심으로 지지 요소 (62) 를 경사지게 함으로써, 바람직하게 달성된다. 이는 긴 레그 (42) 와 제 2 슬라이드 부분 (40) 사이의 원하는 일정한 거리를 보장해준다. 이와 관련하여, 레버 기구의 구성품의 탄성 팽창에 영향을 주는 슬라이드 (14) 로부터 베이스 요소 (12) 에 전달될 예비하중력을 고려해야 한다.
전동식 구동 유닛 (72) 에 전기 에너지를 인가함으로써 유발되는 슬라이드 (14) 의 국부적인 가열은, 슬라이드 (14) 구성품, 특히 슬라이드 부분 (38, 40) 및 커플링 장치 (58) 의 실질적인 등방성 팽창을 유발한다. 최대 열 팽창은 연결 웨브 (46) 에서 나타나고, 이 연결 웨브는 주축선 (18) 에 적어도 수직한 방향 및 커플링 요소 (60) 의 최대 치수에 평행한 방향으로 최대 팽창을 받게 된다. 연결 웨브 (46) 의 형상으로 인해, 슬라이드 (14) 의 팽창은 긴 레그 (42) 및 짧은 레그 (44) 사이의 거리를 증가시킨다. 제 1 슬라이드 부분 (38) 및 제 2 슬라이드 부분 (40) 사이의 단단한 커플링시, 지지면 (28, 30) 쌍이 지지면 (54, 56) 쌍으로부터 멀리 이동함에 따라, 상기 팽창은 슬라이드 (14) 로부터 베이스 요소 (12) 에 전달된 접촉력의 원하지 않는 저감을 유발한다.
커플링 장치 (58) 의 작용 및 제 1 슬라이드 부분 (38) 에 대한 제 2 슬라이드 부분 (40) 의 슬라이딩가능한 장착으로 인해, 열적으로 유발된 연결 웨브 (46) 의 팽창은, 슬라이드 (14) 의 상기 실시형태에서, 대향 지지면 (28, 30 및 54, 56) 사이의 거리에 있어서 어떠한 관련 변화를 유발하지 않는다. 다이렉트 선형 구동기 (10) 의 작동 온도 범위에서 상기 거리를 일정하게 유지하기 위해서, 커플링 요소 (60) 의 열팽창계수는 제 1 슬라이드 부분 (38), 특히 연결 웨브 (46) 의 열팽창계수와 상이해야 한다. 도 1 ~ 도 3 에 도시된 실시형태에 있어서, 커플링 요소 (60) 의 열팽창계수는 슬라이드 부분 (38), 특히 연결 웨브 (46) 의 열팽창계수보다 낮다. 연결 웨브 (46) 및 커플링 요소 (60) 의 형상의 상이한 크기 변화로 인해, 지지 요소 (62) 는 경사진다. 도 2 의 도면에 대하여 직교하는 경사 축선을 중심으로 경사짐으로써, 제 1 슬라이드 부분 (38) 을 향한 제 2 슬라이드 부분 (40) 의 병진 상대 운동은 연결 웨브 (46) 의 팽창 운동에 대항하여, 대향 안내 장치 (26, 27) 사이의 일정한 거리를 보장해준다.
슬라이드 (14) 의 가열은 베이스 요소의 주축선 (18) 을 따른 선형 추진 운동의 생성과 관련되어 있다. 이를 위해, 슬라이드 (14) 는 도면에 개략적으로 도시한 전동식 구동 유닛 (72) 을 지지한다. 이는 자세히 도시하지 않은 다수의 코일을 포함하고, 자세히 도시하지 않은 공급 장치에 의해 코일에 전기 에너지를 인가할 수 있다. 코일에 전기 에너지를 적절하게 인가함으로써, 베이스 요소 (12) 에 장착되는 영구 자석 (22) 으로 상호작용이 생기고, 이는 슬라이드 (14) 에 추진력을 인가한다. 코일에서의 전기 에너지의 변환으로 코일을 가열하고, 이는 또한 슬라이드 (14) 를 가열한다. 슬라이드 (14) 와는 반대로, 베이스 요소 (12) 는 전동식 구동 유닛 (72) 에 바로 연결되지 않아서, 슬라이드 (14) 로부터 매우 적은 열이 베이스 요소 (12) 에 전달된다. 또한, 베이스 요소 (12) 는, 그의 큰 기하학적 치수로 인해, 더 큰 표면적을 가지고, 또한 그 구성에 따라서 더 큰 열용량을 가지므로, 다이렉트 선형 구동기 (10) 의 작동시, 슬라이드 (14) 의 본질적인 가열은 인가된 전기 에너지로 인해 베이스 요소 (12) 의 가열보다 상당히 더 크게 된다. 이는, 슬라이드 (14) 와 베이스 요소 (12) 간의 예비부하력을 변경시키는 문제를 유발하고, 이는 다이렉트 선형 구동기 (10) 의 도시한 실시형태의 커플링 장치 (58) 에 의해 실질적으로 완전히 보상된다.

Claims (13)

  1. 주축선 (18) 을 따라 연장하는 적어도 2 개의 안내 수단 (16) 을 구비한 기다란 베이스 요소 (12) 와,
    상기 주축선 (18) 의 방향으로 선형 운동하기 위해 상기 베이스 요소 (12) 에 장착되고 또한 안내 수단 (16) 에 힘을 전달하도록 형성된 적어도 2 개의 안내 장치 (26, 27) 를 가진 슬라이드 본체 (24) 를 구비하는 슬라이드 (14) 를 포함하는 전동식 다이렉트 선형 구동기로서,
    상기 안내 수단 (16) 각각 및 안내 장치 (26, 27) 사이에는, 베이스 요소 (12) 에 대하여 슬라이드 (14) 의 저마찰 상대 운동을 가능하게 하고 또한 슬라이드 본체 (24) 에 의해 베이스 요소 (12) 에 가해지는 예비부하력이 가해지는 적어도 하나의 안내 본체 (36) 가 제공되며,
    상기 베이스 요소 (12) 를 따른 슬라이드 (14) 의 선형 운동을 위한 구동력을 제공하도록 구성되고 슬라이드 (14) 에 의해 지지되는 전동식 구동 유닛 (72) 을 포함하는 전동식 다이렉트 선형 구동기에 있어서,
    상기 슬라이드 본체 (24) 는 제 1 안내 장치 (26) 를 가진 제 1 슬라이드 부분 (38) 및 제 2 안내 장치 (27) 를 가진 별도로 구성되는 제 2 슬라이드 부분 (40) 을 포함하고,
    상기 2 개의 슬라이드 부분 (38, 40) 은 커플링 장치 (58) 에 의해 서로 연결되고, 상기 슬라이드 본체 (24) 및 커플링 장치 (58) 는 상이한 열팽창계수를 가지며,
    상기 커플링 장치 (58) 는, 슬라이드 본체 (24) 에 의해 안내 수단 (16) 에 가해진 예비부하력이 전동식 구동 유닛 (72) 의 작동 온도 범위에서 적어도 실질적으로 일정하도록 안내 장치 (26, 27) 에 할당되는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커플링 장치 (58) 는 제 1 조인트 (64) 로 제 1 슬라이드 부분 (38) 에 선회가능하게 장착되고 그리고/또는 제 2 조인트 (66) 로 제 2 슬라이드 부분 (40) 에 선회가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 슬라이드 본체 (24) 는 베이스 요소 (12) 를 포함하고, 상기 슬라이드 부분 (38, 40) 에 장착되는 안내 장치 (26, 27) 는 서로 대향하여 배열되는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스 요소 (12) 는 슬라이드 본체 (24) 를 포함하고, 상기 안내 장치 (26, 27) 는 중심 축선 (18) 을 포함하는 거울면에 대하여 거울 대칭적으로 슬라이드 부분 (38, 40) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 커플링 장치 (58) 는, 주축선 (18) 에 적어도 실질적으로 수직하게 연장하는 주치수를 가지고 또한 슬라이드 부분 (38, 40) 사이에서 연장하는 커플링 요소 (60) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 커플링 요소 (60) 는 슬라이드 본체 (24) 및 베이스 요소 (12) 사이에 배치되고 또한 슬라이드 본체 (24) 의 재료보다 작은 열팽창계수를 가지는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 커플링 요소 (60) 의 단부 영역은 서로 원격인 지지 요소 (62) 의 2 개의 단부 영역 사이에서 힌지되고, 상기 지지 요소 (62) 의 제 1 단부 영역은 제 1 슬라이드 부분 (38) 에 연결되거나 제 1 슬라이드 부분 (38) 의 장착면에 대하여 지지되며, 상기 지지 요소 (62) 의 제 2 단부 영역은 제 2 슬라이드 부분 (40) 에 연결되거나 제 2 슬라이드 부분 (40) 의 장착면에 대하여 지지되는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 커플링 요소 (60) 및/또는 상기 지지 요소 (62) 에는, 슬라이드 (14) 와 베이스 요소 (12) 간의 예비부하력을 조절하도록 구성되는 조절 장치 (70) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 조절 장치 (70) 는 지지 요소 (62) 의 단부 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 조절 장치 (17) 는, 지지 요소 (62) 에 이동가능하게 위치되고 또한 제 1 또는 제 2 슬라이드 부분 (38, 40) 의 장착면에 대하여 지지되는 조절 나사를 포함하고, 상기 조절 나사는 예비부하력을 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커플링 요소 (60) 및 상기 슬라이드 본체 (24) 사이에는 공기 틈이 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2 개의 커플링 장치 (58) 가 베이스 요소 (12) 의 축방향 (18) 으로 슬라이드 본체 (24) 상에 서로 거리를 두고 장착되는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 슬라이드 본체 (24) 의 대향 단부 영역에는 커플링 장치 (58) 가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 다이렉트 선형 구동기.
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