WO1998018195A1 - Linear drive and process for manufacturing a passive unit for a linear drive, and device for carrying out the process - Google Patents

Linear drive and process for manufacturing a passive unit for a linear drive, and device for carrying out the process Download PDF

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WO1998018195A1
WO1998018195A1 PCT/EP1997/005839 EP9705839W WO9818195A1 WO 1998018195 A1 WO1998018195 A1 WO 1998018195A1 EP 9705839 W EP9705839 W EP 9705839W WO 9818195 A1 WO9818195 A1 WO 9818195A1
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WO
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components
linear drive
unit
magnetizable
magnetic
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Application number
PCT/EP1997/005839
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French (fr)
Inventor
Klaus Martin
Günter DREIFKE
Original Assignee
Pasim Mikrosystemtechnik Gmbh I.L.
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Publication of WO1998018195A1 publication Critical patent/WO1998018195A1/en

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion 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
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/18Machines moving with multiple degrees of freedom
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields

Definitions

  • the invention relates to a linear drive with an active unit which has elements for generating a variable magnetic flux; a passive unit that includes magnetizable or magnetic areas; a leadership unit that allows a low-friction movement between active and passive units; and a control unit with which the magnetic flux can be changed.
  • this invention relates to a method for producing a passive unit of a linear drive, which consists of a lightweight basic body made of composite material with magnetizable or magnetic areas.
  • linear motors in particular have been increasingly used in precision engineering and device technology, the main advantage of which is the integration of several functions required for drive units in a few structural units.
  • Such linear drives like other motors that work according to the electromagnetic principle, have an active unit and a passive unit. The generation of force is achieved by the interaction of these two units, it being possible for both the active unit and the passive unit to be the motor part which is moving relative to the other unit.
  • the embodiments shown in this disclosure mainly use the active unit as a runner, while the passive unit is the part of the motor that is fixed to the frame. It is also mentioned that these functions can be reversed so that the passive unit can be moved. In this case, a stable and therefore material-intensive construction of the passive unit is required, since at the same time carrier functions for a tool or a workpiece to be machined must be taken over. As a result, in both cases, this leads to movable units with a relatively high mass, which means that only slight accelerations are possible and the positioning and repetition accuracy decrease due to high inertia forces.
  • German patent DE 31 28 834 describes a linear motor with a stator which has a large number of magnetic teeth at a constant distance and a rotor which faces the stator over a narrow gap.
  • a linear motor in particular a multi-phase linear motor, reference is made to this document.
  • the above disadvantage of known line armotor also occurs here.
  • guides are provided between the stator and the runner, which make the construction of such a linear motor complex and complicated.
  • US Pat. No. 4,563,602 describes a linear motor which, inter alia, specifies a very simply constructed passive unit and can be designed both as a single-phase synchronous machine and as a multi-phase synchronous machine.
  • the possibility of air storage between the active and passive unit is also known from this document.
  • the disadvantage of the motor shown is again the high mass of the moving unit (here the active unit), which, among other things, limits the use of such motors.
  • linear motors can not only be used to produce straight-line movements in one direction.
  • European patent application EP 0 237 639 AI is cited here as an example, which specifies the use of the linear motor principle in a cylinder-shaped motor. For example, movements in the direction of the z-axis can be realized in this way.
  • the passive unit consists of a lightweight basic body made of glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastic, on which components are arranged which form the magnetizable / magnetic ranges.
  • Such a design of the passive unit of the linear drive enables the production of drive systems that can work with high accelerations, do not require increased drive forces, and at the same time improve the positioning and repetition accuracy of the entire drive system.
  • the lightweight basic body is an elongated cuboid hollow body whose
  • the magnetizable areas are formed from soft iron sheets which are glued to the lightweight basic body.
  • the pole teeth required for the functioning of the linear drive can be formed relatively easily in the soft iron sheets. Due to the adhesive bond between the soft iron sheet and the lightweight basic body, homogeneous surfaces can be formed without the fastening elements interfering with the magnetic flux to be generated.
  • the adhesive layers are kept thin, this includes advantageous for a desired total mass of the passive unit that is as low as possible. In general, the adhesive layers should be kept as thin as possible in order to keep the negative effects of different expansion coefficients low.
  • Another embodiment is characterized in that the agnetizable areas are formed from low-carbon steels. With steels such as ST 37 or ST 33 drive performance comparable to that of soft iron sheets. However, low-carbon steels are much cheaper.
  • An advantageous embodiment of the linear drive consists in that the active unit has elements for generating a permanent magnetic flux and at least one electromagnet which generates a temporary magnetic flux interacting with the permanent magnetic flux when an electric current flows, that the resulting total magnetic flux passes through the magnetizable / magnetic areas of the passive unit, and that the temporary magnetic flux through the control Unit is changed in such a way that it results in a force component acting in the direction of movement.
  • a linear drive with such features has a particularly simple structure, with which both the desired drive forces can be achieved and, with appropriate control, high positioning accuracies can be achieved.
  • the active unit has a large number of permanent magnets and a large number of electromagnets which are arranged in a linear sequence
  • the directly adjacent electromagnets being driven with phase-shifted electrical currents, in particular there is a higher positioning accuracy, which is due to the phase-shifted control of neighboring electromagnets can be achieved in the active unit.
  • the active and passive units can also assume positions in relation to one another in which the opposing pole teeth do not overlap in alignment, but can assume an arbitrarily offset position. In this construction, the positioning accuracy is no longer dependent on the distance between successive pole teeth, which is limited by the manufacturing process.
  • a plurality of active and passive units are connected to form a drive which can be moved in the m x direction and in the m y direction.
  • Such linear drives can advantageously be used, for example, in laser processing technology, with either a workpiece carriage being built up with the linear drive, or the laser tool itself being movable in the corresponding working positions.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing a passive unit of such a linear drive.
  • This task is solved by the following process steps: a) the extensive magnetic / magnetizable components are manufactured; b) these components are inserted with the side forming the tread m a reusable form and temporarily locked there; c) a suitable adhesive is applied to the side of the components facing the lightweight base body; d) the lightweight basic body is applied to the adhesive-coated side of the components; e) after the adhesive has hardened, the lightweight basic body with the components is removed from the mold.
  • the passive unit can be produced in the same way, the individual method steps being easy to automate. Errors are largely excluded and tolerances can be kept within a controllable range.
  • the components are fastened in the mold by generating a magnetic field.
  • the magnetic field must be designed so that the components are drawn magnetically into the mold. This leads, particularly in the case of thin soft iron sheets, to a largely flat support of the sheets of the form, which ensures that the components can be attached exactly to the lightweight body.
  • a third object of the invention is to provide a device for producing a passive unit of such a linear drive.
  • This object is achieved by the device according to the invention, which is distinguished by a shape in which the extended magnetizable / magnetic components can be inserted temporarily and in which a magnetic field can be built up at least in sections such that the magnetizable / magnetic components are drawn into the shape are, and which is characterized by a receiving area, which serves for the temporary recording, positioning and holding of the base body during the connection process between the base body and components.
  • FIG. 1 shows a partially sectioned side view of a linear drive with an active unit and a passive unit
  • Figure 2 is a schematic diagram of a linear drive with air bearings, as far as according to the prior art.
  • 3 shows a simplified perspective illustration of a passive unit with two magnetizable regions arranged perpendicular to one another
  • 4 shows a modified embodiment of the linear drive from FIG. 1 with two active units which are arranged perpendicular to one another;
  • FIG. 5 shows a partially sectioned front view of the linear drive from FIG. 4;
  • FIG. 6 shows a partially sectioned view from above of the linear drive according to FIG. 4;
  • 7 shows a detailed side view of a magnetizable component with pole teeth;
  • FIG. 8 shows a perspective principle representation of a modified lightweight basic body with a plurality of magnetizable areas;
  • FIG. 9 shows a perspective illustration of a device for producing a lightweight basic body;
  • Fig. 10 is a top view of the device for
  • FIG. 1 shows a simplified illustration of a linear drive in a partially sectioned side view.
  • the main components of the linear drive are an active unit 1, a passive unit 2, a guide unit 3 and a control unit (not shown).
  • the active unit 1 is fixed to the frame in the embodiment shown, i.e. mounted in a stationary manner, and has a U-shaped frame body 5 which receives one or more anti-friction modules 6.
  • the passive unit 2 consists of a lightweight basic body 10, on the underside of which a magnetic or magnetizable component 12 is attached via an adhesive layer 11.
  • the attachment of the component 12 can also be done in any other way.
  • the lightweight basic body 10 is an elongated hollow profile with a rectangular cross section, which consists of a composite material. Particularly suitable material combinations are glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastics.
  • the lightweight body can also consist of plastics that either have sufficient rigidity and stability themselves or are stiffened with other materials.
  • the shape of the lightweight basic body is arbitrary and is adapted to the respective application and the shape of the active unit. Epoxy resin, for example, is used as the adhesive, with the aim being a durable and permanent connection between the lightweight base body 10 and the component 12.
  • the adhesive layer should therefore be as uniform as possible.
  • the flatness required for air storage with height tolerances of 2 to 3 micrometers is achieved by fine machining, e.g. achieved by grinding, following the gluing process.
  • the drive module 6 of the active unit comprises permanent magnets 15 which are in magnetic connection with an iron core 16.
  • An electric coil 17 is wound around the iron core 16, whereby an electromagnet is formed.
  • a permanent magnetic flux 18 is generated by the permanent magnet 15.
  • a temporary magnetic flux 19 arises, which in the region 20 has the same effect as the permanent magnetic flux 18, which results in an increased overall magnetic flux at this point.
  • the temporary magnetic flux 19 runs opposite to the permanent magnetic flux 18, which results in a reduced total magnetic flux.
  • the iron core 16 is constructed in such a way that individual pole teeth 25 are formed, which are oriented toward the passive unit 2 and are arranged at a periodic distance along the active unit 1.
  • the passive unit consists of a stable, self-supporting, frame-fixed, magnetizable component 12.
  • Individual pole teeth 26 are also formed on component 12.
  • the individual pole teeth are not recognizable due to their small dimensions, but are shown in simplified form with continuous lines.
  • the distance between the individual pole teeth 25 on the drive module in the area 20 is matched to the area 21 in a ratio of 1: 1.5. Other conditions are possible. Appropriate control of the total magnetic flux, which also passes through the components 12, results in a known manner in force effects between the opposing pole teeth and thus in a relative movement between the active unit and the passive unit.
  • an attraction force which emanates from the permanent magnets and which are arranged in the drive modules 6 of the active unit 1 and which attracts the passive unit 2 downwards also acts in the idle state.
  • the air cushion acting as a guide unit 3 With the help of the air cushion acting as a guide unit 3, a slight gap between active unit 1 and passive unit 2 is maintained.
  • the air gap is approximately 10 micrometers, for example. This enables a low-loss movement of the passive unit 2.
  • the passive unit 2 Due to the construction of the passive unit 2, it has a particularly low weight and at the same time a high stability. This means that significantly higher accelerations can be achieved with the linear drive shown without the drive forces having to be increased additionally.
  • FIG. 3 shows a separately illustrated passive unit 2 m in a simplified perspective view.
  • the pole teeth 26 arranged on the magnetizable components are only shown as lines.
  • This modified embodiment in turn has a lightweight basic body 10 with a rectangular cross section, which is designed as a hollow profile.
  • a second adhesive layer 30 is applied to a second side of the lightweight basic body 10, which creates the connection to a second magnetizable component 31.
  • a modified linear drive can be constructed with the passive unit shown in FIG. 3, which is shown in a simplified partially sectioned side view in FIG. 4.
  • the special feature of this linear drive is that a further active unit 35 is provided perpendicular to the first active unit 1.
  • the two active units 1, 35 are again fixed to the frame.
  • the second active unit 35 also has drive modules 6, which in turn contain permanent magnets, iron cores and electrical coils.
  • the passive unit 2 is arranged on the two active units in such a way that the first magnetizable components 12 are directed towards the lower active unit 1 and the second magnetizable components 31 are directed towards the lateral active unit 35.
  • the two active units 1, 35 are controlled by a common control unit.
  • FIG. 5 shows the partially sectioned front view of the linear drive from FIG. 4.
  • the active unit 1 has a modular structure.
  • two drive modules 6 are strung together, which act on the passive unit 2 at the same time due to the greater longitudinal extent of the latter.
  • the modular structure makes it possible to arrange a larger number of drive modules in the active unit if this is necessary due to the required drive forces. Suitable positioning of the drive modules makes it possible to control them from a common control unit and to supply them with the corresponding control signals in parallel with one another.
  • the drive modules 6 are fastened with suitable fastening elements 36 in the frame body 5.
  • FIG. 6 shows the linear drive from FIG. 4 m in a partially sectioned view from above. This view reveals that the second active unit 35 also contains two drive modules 6 lined up.
  • the modular structure also brings cost advantages and simplified assembly options, since all the drive modules used within the linear drive are identical and thus a wide variety of linear drives adapted to the respective application can be assembled.
  • two groups of active units can attack this common passive unit, each group of active units in turn consisting of two active units arranged perpendicular to one another.
  • the active units can be moved independently of one another on the common passive unit. It is also conceivable to design the first active unit to be fixed to the frame and to arrange a second active unit on the then movable passive unit, which in turn is movable.
  • the prefabricated components are then placed in an auxiliary device in which the further assembly takes place.
  • This device is used to position and hold the magnetizable components and to facilitate the application of these components to the lightweight base body.
  • the lightweight basic body is manufactured with the desired geometric shape. Depending on the application of the linear actuator to be assembled, rectangular cross-sections or hollow cylinders are suitable.
  • the back of the components are provided with a suitable adhesive, to which the lightweight basic body is then applied. This creates the connection between the magnetizable components and the lightweight body.
  • the lightweight basic body and the components attached to it are removed from the auxiliary device.
  • the device shown is suitable for the production of passive units with an essentially rectangular cross section.
  • the device consists of a base unit 40, which is provided with a V-shaped groove 41.
  • At least one electromagnet 42 is arranged on each leg of the V-shaped groove 41 within the base unit 40.
  • magnetic fields are built up by the electromagnets 42, which extend in the area of the groove. These magnetic fields attract the magnetizable components that are to be attached to the lightweight base body and thus press them against the walls of the V-shaped groove 41. If thin soft iron sheets are used, these are given by sufficiently strong magnetic fields, the soft iron straightened and then lie flat on the wall surfaces of the groove.
  • the adhesive can be applied to the components and the lightweight basic body can be glued on easily.
  • the glued-on components must then be subjected to fine machining.
  • the pole teeth are reworked and the entire surface is ground off so that the required flatness is achieved, which is a prerequisite for the use of air bearings.
  • the gaps between the individual pole teeth can be filled with epoxy resin, for example, so that a closed, insensitive surface is created.
  • FIG. 10 shows a section of the device from FIG. 9 in a simplified view from above.
  • Magnetizable components 12 are placed on a wall of the V-shaped groove 41.
  • Such a device also makes it possible to apply individual magnetizable components to very long lightweight basic bodies, with shorter pieces of the components being lined up directly next to one another. In such a series, it is necessary that the tooth spacing between the individual pole teeth is also exactly maintained at the abutment points. Otherwise there may be irregularities in the motion sequence of the linear drive. Due to the magnetic attraction of the components within the V-shaped groove 41 can be positioned exactly without difficulty before the lightweight basic body is glued on.
  • magnetisable components can be kept in stock in standard lengths, which are put together to form a complete component during the manufacture of the passive unit.
  • the individual magnetizable components each end in the middle of a pole tooth gap and can thus be strung together directly.
  • magnetizable components can be strung together in a line as well as placed side by side on the lightweight building blocks, so that areas of lightweight building blocks of any size can be fitted with such components.

Abstract

A linear drive has a fixed active unit (1), a movable passive unit (2), a guiding unit (3) and a control unit. The passive unit (2) consists of a hollow, light-weight base body (10) made of glass or carbon fibre-reinforced plastics upon which are mounted components (12, 31) which form magnetisable/magnetic areas. Also disclosed are a process and device (40) for manufacturing such a passive unit (2).

Description

Linearantrieb und Verfahren zur Herstellung einer Linear drive and method for producing a
Passiveinheit eines Linearantriebs, sowie Vorrichtung zurPassive unit of a linear drive, and device for
Durchfuhrung des VerfahrensImplementation of the procedure
Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb mit einer Aktiv- einheit, die Elemente zur Erzeugung eines veränderlichen Magnetflusses besitzt; einer Passiveinheit, die magnetisier- bare oder magnetische Bereiche umfaßt; einer Fuhrungsemheit, die eine reibungsarme Bewegung zwischen Aktiv- und Passivem- heit gestattet; und einer Ansteuereinheit, mit der der Magnetfluß veränderbar ist.The invention relates to a linear drive with an active unit which has elements for generating a variable magnetic flux; a passive unit that includes magnetizable or magnetic areas; a leadership unit that allows a low-friction movement between active and passive units; and a control unit with which the magnetic flux can be changed.
Weiterhin betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Passiveinheit eines Linearantriebs, welche aus einem Leichtbaugrundkorper aus Verbundwerkstoff mit magneti- sierbaren oder magnetischen Bereichen besteht.Furthermore, this invention relates to a method for producing a passive unit of a linear drive, which consists of a lightweight basic body made of composite material with magnetizable or magnetic areas.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Passiveinheit eines Linearantriebs, welche aus einem Leichtbaugrundkorper aus Verbundwerkstof mit magnetisierbaren oder magnetischen Bereichen besteht.In addition, the invention relates to a device for producing a passive unit of a linear drive, which consists of a lightweight basic body made of composite material with magnetizable or magnetic areas.
In letzter Zeit kommen insbesondere m der Feinmechanik und Geratetechnik immer häufiger Linearmotoren zum Einsatz, deren wesentlicher Vorteil m der Integration mehrerer für Antriebseinheiten erforderlicher Funktionen in wenigen Baueinheiten besteht. Derartige Linearantriebe besitzen, so wie andere Motoren, die nach dem elektromagnetischen Prinzip arbeiten, eine Aktiveinheit und eine Passiveinheit. Die Krafterzeugung wird durch das Zusammenwirken dieser beiden Einheiten erreicht, wobei sowohl die Aktiveinheit als auch die Passiveinheit das sich gegenüber der jeweils andren Einheit bewegende Motorteil sein kann. Bei geeigneterIn recent times, linear motors in particular have been increasingly used in precision engineering and device technology, the main advantage of which is the integration of several functions required for drive units in a few structural units. Such linear drives, like other motors that work according to the electromagnetic principle, have an active unit and a passive unit. The generation of force is achieved by the interaction of these two units, it being possible for both the active unit and the passive unit to be the motor part which is moving relative to the other unit. With more suitable
BESTATIGUNGSKOPIE konstruktiver Gestaltung, wie sie häufig bei Linearantrieben anzutreffen ist, übernehmen die Krafterzeugungselemente gleichzeitig die Funktion der Fuhrung der sich bewegenden Teile und stellen zudem das Gestellsystem für beliebige Anwendungen dar.CONFIRMATION COPY constructive design, as is often found in linear drives, the force generating elements simultaneously take over the function of guiding the moving parts and also represent the frame system for any application.
Ein derartiger Linearantrieb ist m der Deutschen Offenle- gungsschrift DE 32 08 380 AI beschrieben. Hier handelt es sich um einen burstenlosen Gleichstromlinearmotor, bei welchem m der Aktiveinheit Permanentmagneten und Elektromagneten zur Erzeugung eines steuerbaren Magnetflusses kombiniert sind, wahrend die Passiveinheit aus einem mit Polzahnen versehenen Weicheisenstreifen besteht. Hinsichtlich des Funktionsprinzips wird auf die detaillierte Beschreibung derarti- ger Linearmotoren in dieser Schrift verwiesen.Such a linear drive is described in German Offenlegungsschrift DE 32 08 380 AI. This is a brushless direct current linear motor in which permanent magnets and electromagnets are combined in the active unit to generate a controllable magnetic flux, while the passive unit consists of a soft iron strip provided with pole teeth. With regard to the functional principle, reference is made to the detailed description of such linear motors in this document.
Die in dieser Offenlegungsschπft gezeigten Ausfuhrungsformen setzen vorwiegend die Aktiveinheit als Laufer ein, währenddessen die Passiveinheit den gestellfesten Teil des Motors darstellt. Zwar ist auch erwähnt, daß diese Funktionen umge- kehrt werden können, so daß die Passiveinheit beweglich ist. In diesem Fall ist eine stabile und damit materialaufwendige Konstruktion der Passiveinheit erforderlich, da gleichzeitig Tragerfunktionen für ein Werkzeug oder ein zu bearbeitendes Werkstuck übernommen werden müssen. Im Ergebnis fuhrt dies m beiden Fallen zu beweglichen Einheiten mit relativ hoher Masse, wodurch nur geringe Beschleunigungen möglich sind und die Positionier- und Wiederholgenauigkeit aufgrund großer Tragheitskrafte nachlaßt.The embodiments shown in this disclosure mainly use the active unit as a runner, while the passive unit is the part of the motor that is fixed to the frame. It is also mentioned that these functions can be reversed so that the passive unit can be moved. In this case, a stable and therefore material-intensive construction of the passive unit is required, since at the same time carrier functions for a tool or a workpiece to be machined must be taken over. As a result, in both cases, this leads to movable units with a relatively high mass, which means that only slight accelerations are possible and the positioning and repetition accuracy decrease due to high inertia forces.
In der Deutschen Patentschrift DE 31 28 834 ist ein Linearmotor mit einem Stander, der eine Vielzahl magnetischer Zahne mit konstantem Abstand aufweist, und einem dem Stander ber einen schmalen Spalt zugewandten Laufer beschrieben. Bezüglich der Funktionsweise eines derartigen Linearmotors, msbe- sondere eines mehrphasigen Linearmotors, wird auf diese Schrift verwiesen. Der oben genannte Nachteil bekannter Line- armotoren tritt auch hier auf. Zudem sind zwischen dem Stander und dem Laufer Fuhrungen vorgesehen, die den Aufbau eines derartigen Linearmotors aufwendig und kompliziert werden lassen.German patent DE 31 28 834 describes a linear motor with a stator which has a large number of magnetic teeth at a constant distance and a rotor which faces the stator over a narrow gap. With regard to the functioning of such a linear motor, in particular a multi-phase linear motor, reference is made to this document. The above disadvantage of known line armotor also occurs here. In addition, guides are provided between the stator and the runner, which make the construction of such a linear motor complex and complicated.
In der Amerikanischen Patentschrift US 4 563 602 ist ein Linearmotor beschrieben, der unter anderem eine sehr einfach aufgebaute Passiveinheit angibt und sowohl als Einphasensynchronmaschine als auch als Mehrphasensynchronmaschine ausge- staltet sein kann. Ebenso ist aus diesem Dokument die Möglichkeit einer Luftlagerung zwischen Aktiv- und Passivein- heit vorbekannt. Der Nachteil des gezeigten Motors besteht wiederum m der hohen Masse der bewegten Einheit (hier die Aktiveinheit) , wodurch unter anderem der Einsatz derartiger Motoren beschrankt ist.US Pat. No. 4,563,602 describes a linear motor which, inter alia, specifies a very simply constructed passive unit and can be designed both as a single-phase synchronous machine and as a multi-phase synchronous machine. The possibility of air storage between the active and passive unit is also known from this document. The disadvantage of the motor shown is again the high mass of the moving unit (here the active unit), which, among other things, limits the use of such motors.
Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, daß Linearmotoren nicht nur zur Erzeugung geradliniger Bewegungen m einer Richtung eingesetzt werden können. Beispielhaft wird hier die europaische Patentanmeldung EP 0 237 639 AI angeführt, die eine Verwendung des Linearmotorprinzips m einem zylmderfor- mig aufgebauten Motor angibt. Damit lassen sich beispielsweise Bewegungen m Richtung der z-Achse realisieren.It is also known from the prior art that linear motors can not only be used to produce straight-line movements in one direction. The European patent application EP 0 237 639 AI is cited here as an example, which specifies the use of the linear motor principle in a cylinder-shaped motor. For example, movements in the direction of the z-axis can be realized in this way.
In der Zeitschrift „antπebstechnik" 33 (1994) Nr. 7, S. 68 ist bereits ein Prazisionsdirektantrieb beschrieben. Dort ist das Funktionsprinzip eines permanentmagneterregten Zweipha- sen-Reluktanzschπttmotors m Hybridtechnik gezeigt.A precision direct drive is already described in the journal "antπebstechnik" 33 (1994) No. 7, p. 68. The principle of operation of a permanent magnet-excited two-phase reluctance motor using hybrid technology is shown there.
Aus der Deutschen Patentanmeldung DE 36 06 061 AI ist ein Linearantrieb für eine spezielle Anwendung als Antπebsem- richtung m einem Datentragerlesegerat bekannt. Der dabei verwendete Schlitten, der einen Magnetkopf tragt, erfüllt darüber hinaus keine tragenden Funktionen, wie sie beispiels- weise bei Werkstuckpositionierungsvorπchtungen erforderlich sind. In der Deutschen Patentanmeldung DE 44 36 865 AI, wird ein modularer Planarlaufer angegeben, der aus mehreren Modulbau- steinen aufgebaut ist. Hinsichtlich des Aufbaus und der Funk- tionsweise der hier nicht naher beschriebenen Antriebseinheiten wird auf diese Anmeldung verwiesen.From the German patent application DE 36 06 061 AI a linear drive for a special application as Antπebsem direction m a data carrier reading device is known. The slide used in this case, which carries a magnetic head, also does not perform any supporting functions, as are required, for example, in the case of workpiece positioning devices. In the German patent application DE 44 36 865 AI, a modular planar runner is specified which is made up of several modular components. With regard to the structure and the mode of operation of the drive units not described in more detail here, reference is made to this application.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorge- nannten Nachteile aller bekannter Linearmotoren zu vermeiden und einen Linearantrieb zur Verfugung zu stellen, bei dem die Masse der sich bewegenden Teile stark reduziert ist und gleichzeitig eine hohe Stabilität gewährleistet ist, so daß Gestellfunktionen übernommen werden können.It is therefore an object of the present invention to avoid the aforementioned disadvantages of all known linear motors and to provide a linear drive in which the mass of the moving parts is greatly reduced and at the same time high stability is ensured, so that frame functions are taken over can.
Diese Aufgabe wird dadurch gelost, daß die Passiveinheit aus einem Leichtbaugrundkorper aus glasfaserverstärktem oder kohlefaserverstarktem Kunststoff besteht, an dem Bauteile angeordnet sind, die die magnetisierbaren/magnetischen Berei- ehe bilden.This object is achieved in that the passive unit consists of a lightweight basic body made of glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastic, on which components are arranged which form the magnetizable / magnetic ranges.
Ein derartig gestalteter Aufbau der Passiveinheit des Linearantriebs ermöglicht die Herstellung von Antriebssystemen, die mit hohen Beschleunigungen arbeiten können, dazu keine erhöhten Antriebskräfte erfordern und gleichzeitig die Positionier- und Wiederholgenauigkeit des gesamten Antriebs- systems verbessern.Such a design of the passive unit of the linear drive enables the production of drive systems that can work with high accelerations, do not require increased drive forces, and at the same time improve the positioning and repetition accuracy of the entire drive system.
Diese für die Passiveinheit vorgeschlagenen Materialkombma- tionen besitzen ein besonders gunstiges Verhältnis zwischen der zu erzielenden Stabilität und der sich ergebenden Masse des Leichtbaugrundkorpers .These material combinations proposed for the passive unit have a particularly favorable relationship between the stability to be achieved and the resulting mass of the lightweight basic body.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Leichtbaugrundkor- per ein langgestreckter quaderformiger Hohlkörper ist, dessenIn particular, it is advantageous if the lightweight basic body is an elongated cuboid hollow body whose
Hohlraum m einer abgewandelten Ausfuhrungsform mit einem Füllstoff mit dampfender Wirkung ausgefüllt sein kann. Die geometrische Form des Leichtbaugrundkorpers laßt sich dem eweiligen Einsatzzweck des Linearantriebs aufgrund der guten Bearbeitbarkeit von Verbundwerkstoffen ohne weiteres anpas- sen, wobei geometrische Formen, die eine hohe Steifigkeit und Stabilität bieten, vorzuziehen sind.Cavity m of a modified embodiment with a Filler can be filled with a steaming effect. The geometric shape of the lightweight base body can easily be adapted to the primary purpose of the linear drive due to the good machinability of composite materials, with geometric shapes which offer high rigidity and stability being preferred.
Bei einer zu bevorzugenden Ausfuhrungsform sind die magneti- sierbaren Bereiche aus Weicheisenblechen gebildet, die am Leichtbaugrundkorper angeklebt sind. Die für die Funktionsweise des Linearantriebs erforderlichen Polzahne lassen sich m den Weicheisenblechen relativ einfach ausbilden. Durch die Klebeverbmdung zwischen Weicheisenblech und Leichtbaugrundkorper können homogene Oberflachen ohne den zu erzeugenden Magnetfluß störende Befestigungselemente ausgebildet werden. Soweit die Klebeschichten dünn gehalten werden, ist dies u.a. vorteilhaft für eine angestrebte möglichst geringe Gesamtmasse der Passiveinheit. Die Klebstoffschichten sollten ganz allgemein so dünn wie möglich gehalten werden, um die negati- ven Auswirkungen unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten gering zu halten.In a preferred embodiment, the magnetizable areas are formed from soft iron sheets which are glued to the lightweight basic body. The pole teeth required for the functioning of the linear drive can be formed relatively easily in the soft iron sheets. Due to the adhesive bond between the soft iron sheet and the lightweight basic body, homogeneous surfaces can be formed without the fastening elements interfering with the magnetic flux to be generated. As far as the adhesive layers are kept thin, this includes advantageous for a desired total mass of the passive unit that is as low as possible. In general, the adhesive layers should be kept as thin as possible in order to keep the negative effects of different expansion coefficients low.
Eine weitere Ausfuhrungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die agnetisierbaren Bereiche aus kohlearmen Stahlen gebildet sind. Mit Stahlen wie z.B. ST 37 oder ST 33 lassen sich vergleichbare Antriebsleistungen erzielen wie mit Weicheisenblechen. Jedoch sind kohlearme Stahle wesentlich billiger.Another embodiment is characterized in that the agnetizable areas are formed from low-carbon steels. With steels such as ST 37 or ST 33 drive performance comparable to that of soft iron sheets. However, low-carbon steels are much cheaper.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Linearantriebs besteht darin, daß die Aktiveinheit Elemente zur Erzeugung eines Permanentmagnetflusses und wenigstens einen Elektromagneten besitzt, der beim Fließen eines elektrischen Stromes einen mit dem Permanentmagnetfluß zusammenwirkenden Temporarmagnetfluß erzeugt, daß der sich ergebende Gesamtmagnetfluß die magnetisierbaren/magnetischen Bereiche der Passiveinheit durchsetzt, und daß der Temporarmagnetfluß durch die Ansteu- ereinheit derart verändert wird, daß daraus eine m Bewegungsrichtung wirkende Kraftkomponente resultiert. Ein Linearantrieb mit derartigen Merkmalen hat einen besonders einfachen Aufbau, mit dem sowohl die gewünschten Antriebskräfte erzielt, als auch bei entsprechender Ansteuerung hohe Positioniergenauigkeiten erreicht werden können.An advantageous embodiment of the linear drive consists in that the active unit has elements for generating a permanent magnetic flux and at least one electromagnet which generates a temporary magnetic flux interacting with the permanent magnetic flux when an electric current flows, that the resulting total magnetic flux passes through the magnetizable / magnetic areas of the passive unit, and that the temporary magnetic flux through the control Unit is changed in such a way that it results in a force component acting in the direction of movement. A linear drive with such features has a particularly simple structure, with which both the desired drive forces can be achieved and, with appropriate control, high positioning accuracies can be achieved.
Der Vorteil einer abgewandelten Ausfuhrungsform, bei der die Aktiveinheit eine Vielzahl von Permanentmagneten und eine Vielzahl von Elektromagneten besitzt, die m linearer Folge angeordnet sind, wobei die unmittelbar benachbarten Elektromagneten mit phasenversetzten elektrischen Strömen angesteuert werden, besteht insbesondere m einer höheren Positioniergenauigkeit, die aufgrund der phasenversetzten Ansteue- rung benachbarter Elektromagneten m der Aktiveinheit erzielt werden kann. Damit ist es möglich, daß Aktiv- und Passivem- heit zueinander auch Positionen einnehmen können, bei der die sich gegenüberstehenden Polzahne nicht fluchtend ubereman- derstehen, sondern eine beliebig versetzte Stellung einnehmen können. Die Positioniergenauigkeit ist bei dieser Konstruktion nicht mehr von dem herstellungsbedingt begrenzten Abstand aufeinanderfolgender Polzahne abhangig.The advantage of a modified embodiment in which the active unit has a large number of permanent magnets and a large number of electromagnets which are arranged in a linear sequence, the directly adjacent electromagnets being driven with phase-shifted electrical currents, in particular there is a higher positioning accuracy, which is due to the phase-shifted control of neighboring electromagnets can be achieved in the active unit. It is thus possible that the active and passive units can also assume positions in relation to one another in which the opposing pole teeth do not overlap in alignment, but can assume an arbitrarily offset position. In this construction, the positioning accuracy is no longer dependent on the distance between successive pole teeth, which is limited by the manufacturing process.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Permanentmagneten m eine Vielzahl kleinerer Permanentmagnete zergliedert sind. Bei Service und Wartung besteht m diesem Fall die Möglichkeit, die Klempermanentmagnete ohne große Kraftanstrengung aus der Aktiveinheit zu entfernen, um danach Aktiveinheit und Passiveinheit voneinander zu trennen. Gerade bei größeren Aufbauten wäre dies andernfalls aufgrund der magnetischen Anziehungskräfte kaum möglich.It is particularly expedient if the permanent magnets are broken down into a multiplicity of smaller permanent magnets. In the case of service and maintenance, there is the option of removing the plumber permanent magnets from the active unit without great effort, in order to then separate the active unit and the passive unit. Otherwise, especially with larger structures, this would hardly be possible due to the magnetic attraction forces.
Bei einer vorzuziehenden Ausfuhrungsform sind zwei gleichartige, senkrecht zueinander angeordnete Aktiveinheiten vorge- sehen, die mit einer Passiveinheit zusammenwirken, welche zwei senkrecht zueinander angeordnete magnetisier- bare/magnetische Bereiche besitzt. Damit steht ein Linearantrieb zur Verfugung, der keinerlei zusätzliche Fuhrungsele- mente benotigt, da die beweglichen Teile des Linearantriebs m allen Richtungen durch die Antriebseinheiten selbst gefuhrt sind.In a preferred embodiment, two identical active units arranged perpendicular to one another are provided, which interact with a passive unit which has two magnetized magnetic units arranged perpendicular to one another. has bare / magnetic areas. A linear drive is thus available which does not require any additional guide elements, since the moving parts of the linear drive are guided in all directions by the drive units themselves.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Aktiveinheiten ortsfest sind und die leichte Passiveinheit beweglich ist.It is particularly expedient if the active units are stationary and the light passive unit is movable.
Bei einer weiteren Ausfuhrungsform werden mehrere Aktiv- und Passiveinheiten zu einem m x-Richtung und m y-Richtung verfahrbaren Antrieb zusammengeschaltet. Derartige Linearantriebe können vorteilhaft beispielsweise m der Laserbearbeitungstechnik eingesetzt werden, wobei entweder mit dem Line- arantrieb ein Werkstuckschlitten aufgebaut ist, oder das Laserwerkzeug selbst m die entsprechenden Arbeitspositionen verfahrbar ist.In a further embodiment, a plurality of active and passive units are connected to form a drive which can be moved in the m x direction and in the m y direction. Such linear drives can advantageously be used, for example, in laser processing technology, with either a workpiece carriage being built up with the linear drive, or the laser tool itself being movable in the corresponding working positions.
Für die möglichst verlustarme Erzeugung der gewünschten Bewe- gung ist es besonders vorteilhaft, wenn die zwischen Aktiv- und Passiveinheit wirkende Fuhrungsemheit durch ein Luftlager gebildet ist. Damit entstehen bei der Bewegung nur geringste Reibungsverluste und gleichzeitig kann eine Kühlung der durch den magnetischen Fluß erwärmten Bauteile erzielt werden.To generate the desired movement with as little loss as possible, it is particularly advantageous if the guide unit acting between the active and passive unit is formed by an air bearing. This results in only minimal friction losses during the movement and at the same time cooling of the components heated by the magnetic flux can be achieved.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens zur Herstellung einer Passivem- heit eines derartigen Linearantriebs. Diese Aufgabe wird durch folgende Verfahrensschritte gelost: a) die ausgedehnten magnetischen/magnetisierbaren Bauteile werden hergestellt; b) diese Bauteile werden mit der die Laufflache bildenden Seite m eine wiederverwendbare Form eingelegt und dort temporar arretiert; c) auf die dem Leichtbaugrundkorper zugewandte Seite der Bauteile wird ein geeigneter Klebstoff aufgebracht; d) der Leichtbaugrundkorper wird auf die klebstoffbe- schichtete Seite der Bauteile aufgebracht; e) nach dem Ausharten des Klebstoffs wird der Leichtbaugrundkorper mit den Bauteilen aus der Form entfernt.Another object of the present invention is to provide a method for producing a passive unit of such a linear drive. This task is solved by the following process steps: a) the extensive magnetic / magnetizable components are manufactured; b) these components are inserted with the side forming the tread m a reusable form and temporarily locked there; c) a suitable adhesive is applied to the side of the components facing the lightweight base body; d) the lightweight basic body is applied to the adhesive-coated side of the components; e) after the adhesive has hardened, the lightweight basic body with the components is removed from the mold.
Die Vorteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß die Pas- sive heit m gleichbleibender Qualltat herstellbar ist, wobei die einzelnen Verfahrensschritte gut automatisierbar sind. Fehler werden weitgehend ausgeschlossen und Toleranzen können in einem kontrollierbaren Bereich gehalten werden.The advantages of this method are that the passive unit can be produced in the same way, the individual method steps being easy to automate. Errors are largely excluded and tolerances can be kept within a controllable range.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Befestigung der Bau- teile m der Form durch Erzeugen eines Magnetfeldes erfolgt. Das Magnetfeld ist so auszulegen, daß die Bauteile magnetisch m die Form hineingezogen werden. Dies fuhrt besonders bei dünnen Weicheisenblechen zu einer weitgehend planen Auflage der Bleche der Form, womit sicher gestellt ist, daß die Bauteile exakt am Leichtbaugrundkorper befestigt werden können.It is particularly expedient if the components are fastened in the mold by generating a magnetic field. The magnetic field must be designed so that the components are drawn magnetically into the mold. This leads, particularly in the case of thin soft iron sheets, to a largely flat support of the sheets of the form, which ensures that the components can be attached exactly to the lightweight body.
Eine dritte Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Herstellung einer Passiveinheit eines derartigen Linearantriebs anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die erfm- dungsgemaße Vorrichtung gelost, die sich auszeichnet durch eine Form, m welche die ausgedehnten magnetisierbaren/magnetischen Bauteile temporar einlegbar sind und m welcher zumindest abschnittsweise ein Magnetfeld derart aufbaubar ist, daß die magnetisierbaren/magnetischen Bauteile in die Form hineingezogen werden, und die sich auszeichnet durch einen Aufnahmebereich, der zur temporaren Aufnahme, Positionierung und Halterung des Grundkorpers wahrend des Verbindungsvorgangs zwischen Grundkorper und Bauteilen dient. Der Vorteil dieser Vorrichtung besteht der einfachen Handhabbarkeit wahrend des Herstellungsprozesses der Passivein¬A third object of the invention is to provide a device for producing a passive unit of such a linear drive. This object is achieved by the device according to the invention, which is distinguished by a shape in which the extended magnetizable / magnetic components can be inserted temporarily and in which a magnetic field can be built up at least in sections such that the magnetizable / magnetic components are drawn into the shape are, and which is characterized by a receiving area, which serves for the temporary recording, positioning and holding of the base body during the connection process between the base body and components. The advantage of this device is that it is easy to handle during the Passivein manufacturing process
Es ist besonders zweckmäßig, wenn innerhalb der Form zumindest abschnittsweise ein Magnetfeld aufbaubar ist, welches so ausgelegt ist, daß die magnetisierbaren/magnetischen Bauteile m die Form hineingezogen werden. Damit wird einerseits eine flächige Anlage der Bauteile der Form sichergestellt, woraus sich nach der Montage der Bauteile auf dem Leichtbaugrundkorper eine ebene Oberflache ergibt. Die damit erzielte Oberflachenebenheit ist für die nachfolgende Feinbearbeitung vorteilhaft .It is particularly expedient if a magnetic field can be built up at least in sections within the mold, which is designed such that the magnetizable / magnetic components are drawn into the mold. On the one hand, this ensures a flat contact of the components of the mold, which results in a flat surface after assembly of the components on the lightweight basic body. The resulting surface flatness is advantageous for the subsequent finishing.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfuhrungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further advantages, details and further developments result from the following description of preferred embodiments with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Linearantriebs mit einer Aktiveinheit und einer Passiv- emheit; Fig. 2 eine Prinzipskizze eines Linearantriebs mit Luftlager, soweit nach dem Stand der Technik; Fig. 3 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Passiveinheit mit zwei senkrecht zueinander angeordneten magnetisierbaren Bereichen; Fig. 4 eine abgewandelte Ausfuhrungsform des Linearantriebs aus Fig. 1 mit zwei Aktiveinheiten, die senkrecht zueinander angeordnet sind;1 shows a partially sectioned side view of a linear drive with an active unit and a passive unit; Figure 2 is a schematic diagram of a linear drive with air bearings, as far as according to the prior art. 3 shows a simplified perspective illustration of a passive unit with two magnetizable regions arranged perpendicular to one another; 4 shows a modified embodiment of the linear drive from FIG. 1 with two active units which are arranged perpendicular to one another;
Fig. 5 eine teilweise geschnitten Vorderansicht des Linearantriebs aus Fig. 4; Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht von oben des Linearantriebs nach Fig. 4; Fig. 7 eine seitliche Detailansicht eines magnetisierbaren Bauteils mit Polzahnen; Fig. 8 eine perspektivische Prmzipdarstellung eines abgewandelten Leichtbaugrundkorpers mit mehreren magnetisierbaren Bereichen; Fig. 9 eine perspektivische Prmzipdarstellung einer Vor- richtung zur Herstellung eines Leichtbaugrundkorpers;5 shows a partially sectioned front view of the linear drive from FIG. 4; FIG. 6 shows a partially sectioned view from above of the linear drive according to FIG. 4; 7 shows a detailed side view of a magnetizable component with pole teeth; FIG. 8 shows a perspective principle representation of a modified lightweight basic body with a plurality of magnetizable areas; FIG. FIG. 9 shows a perspective illustration of a device for producing a lightweight basic body;
Fig. 10 eine Ansicht von oben auf die Vorrichtung zurFig. 10 is a top view of the device for
Herstellung des Leichtbaugrundkorpers nach Fig. 9, mit eingelegten magnetisierbaren Bauteilen.Production of the lightweight basic body according to FIG. 9, with inserted magnetizable components.
Im folgenden werden die m der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsformen detailliert beschrieben. Die Beschreibung erfolgt beispielhaft. Der Bereich der Erfindung wird dadurch nicht eingeschränkt. Prinzipiell kann die Erfindung bei allen gleichartigen Linearantrieben eingesetzt werden.The embodiments shown in the drawing are described in detail below. The description is exemplary. The scope of the invention is not restricted thereby. In principle, the invention can be used with all similar linear drives.
In Fig. 1 ist in teilweise geschnittener Seitenansicht eine vereinfachte Darstellung eines Linearantriebs gezeigt. Hauptbestandteile des Linearantriebs sind eine Aktiveinheit 1, eine Passiveinheit 2, eine Fuhrungsemheit 3 und eine nicht dargestellte Ansteueremheit .1 shows a simplified illustration of a linear drive in a partially sectioned side view. The main components of the linear drive are an active unit 1, a passive unit 2, a guide unit 3 and a control unit (not shown).
Die Aktiveinheit 1 ist m der gezeigten Ausfuhrungsform gestellfest, d.h. ortsfest montiert, und besitzt einen u-formigen Gestellkorper 5, der ein oder mehrere Antπebsmo- dule 6 aufnimmt.The active unit 1 is fixed to the frame in the embodiment shown, i.e. mounted in a stationary manner, and has a U-shaped frame body 5 which receives one or more anti-friction modules 6.
Die Passiveinheit 2 besteht aus einem Leichtbaugrundkorper 10, an dessen Unterseite über eine KlebstoffSchicht 11 ein magnetisches oder magnetisierbares Bauteil 12 angebracht ist. Die Befestigung des Bauteils 12 kann aber auch auf beliebige andere Weise erfolgen. In der Ausfuhrungsform nach Fig. 1 handelt es sich bei dem Leichtbaugrundkorper 10 um ein langgestrecktes Hohlprofil mit rechteckigem Querschnitt, welches aus einem Verbundwerkstoff besteht. Besonders geeignete Mate- rialkombmationen sind glasfaserverstärkte oder kohlefaser- verstarkte Kunststoffe. Der Leichtbaugrundkorper kann aber auch aus Kunststoffen bestehen, die entweder selbst eine ausreichende Steifigkeit und Stabilität aufweisen oder mit anderen Materialien ausgesteift sind. Die Form des Leichtbaugrundkorpers ist beliebig und wird dem jeweiligen Einsatz- zweck und der Form der Aktiveinheit angepaßt. Als Klebstoff kommt beispielsweise Epoxydharz zum Einsatz, wobei eine haltbare und dauerhafte Verbindung zwischen dem Leichtbaugrundkorper 10 und dem Bauteil 12 angestrebt wird.The passive unit 2 consists of a lightweight basic body 10, on the underside of which a magnetic or magnetizable component 12 is attached via an adhesive layer 11. The attachment of the component 12 can also be done in any other way. In the embodiment according to FIG. 1, the lightweight basic body 10 is an elongated hollow profile with a rectangular cross section, which consists of a composite material. Particularly suitable material combinations are glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastics. The lightweight body can also consist of plastics that either have sufficient rigidity and stability themselves or are stiffened with other materials. The shape of the lightweight basic body is arbitrary and is adapted to the respective application and the shape of the active unit. Epoxy resin, for example, is used as the adhesive, with the aim being a durable and permanent connection between the lightweight base body 10 and the component 12.
Um eine gleichförmige, verlustarme Relativbewegung zwischen Aktiv- und Passiveinheit sicherzustellen, ist es erforderlich, Oberflachenunebenheiten an der Unterseite der Passiv- e heit zu vermeiden. Die KlebstoffSchicht soll daher möglichst gleichmaßig sein. Die für eine Luftlagerung erforder- liehe Ebenheit mit Hohentoleranzen von 2 bis 3 Mikrometern wird durch eine Feinbearbeitung, z.B. durch Schleifen, im Anschluß an den Klebevorgang erreicht.In order to ensure a uniform, low-loss relative movement between the active and passive units, it is necessary to avoid surface unevenness on the underside of the passive unit. The adhesive layer should therefore be as uniform as possible. The flatness required for air storage with height tolerances of 2 to 3 micrometers is achieved by fine machining, e.g. achieved by grinding, following the gluing process.
Zur weiteren Gewichtsreduzierung werden sehr dünne Klebe- schichten angestrebt. Eine Klebstoffschichtdicke von ca. 0,5 Millimeter hat sich als vorteilhaft erwiesen.To further reduce weight, very thin adhesive layers are sought. An adhesive layer thickness of approximately 0.5 millimeters has proven to be advantageous.
Die Fuhrungsemheit 3 wird im gezeigten Beispiel durch em Luftpolster gebildet, welches in bekannter Weise als Luftlager arbeitet. Es ist zweckmäßig, innerhalb der Aktiveinheit 1 zur Passiveinheit geöffnete Luftaustrittsdusen 4 vorzusehen, durch die die erforderliche Luftmenge ausströmen kann.The guide unit 3 is formed in the example shown by an air cushion, which works in a known manner as an air bearing. It is expedient to provide open air outlet nozzles 4 within the active unit 1 to the passive unit, through which the required amount of air can flow out.
Zum Verständnis der Funktionsweise des Linearantriebs wird im folgenden auf Fig. 2 Bezug genommen, in der die Prmzipdar- Stellung eines an sich bekannten Zweiphasen-Lmearantriebs gezeigt ist. Das Antriebsmodul 6 der Aktiveinheit umfaßt Permanentmagneten 15, die mit einem Eisenkern 16 in magnetischer Verbindung stehen. Um den Eisenkern 16 ist eine Elektrospule 17 gewickelt, wodurch em Elektromagnet gebildet ist. Durch den Permanentmagneten 15 wird em permanenter magnetischer Fluß 18 erzeugt. Beim Stromfluß durch die Elektrospule 17 entsteht zudem em temporarer Magnetfluß 19, der im Bereich 20 gleichwirkend mit dem permanenten Magnetfluß 18 verlauft, woraus sich an dieser Stelle ein verstärkter Gesamtmagnetfluß ergibt. Im Bereich 21 verlauft der temporare Magnetfluß 19 entgegengesetzt zum permanenten Magnetfluß 18, wodurch sich em verringerter Gesamtmagnetfluß ergibt.To understand the mode of operation of the linear drive, reference is made below to FIG. 2, in which the principle position of a two-phase linear drive known per se is shown. The drive module 6 of the active unit comprises permanent magnets 15 which are in magnetic connection with an iron core 16. An electric coil 17 is wound around the iron core 16, whereby an electromagnet is formed. A permanent magnetic flux 18 is generated by the permanent magnet 15. When current flows through the electric coil 17th In addition, a temporary magnetic flux 19 arises, which in the region 20 has the same effect as the permanent magnetic flux 18, which results in an increased overall magnetic flux at this point. In the region 21, the temporary magnetic flux 19 runs opposite to the permanent magnetic flux 18, which results in a reduced total magnetic flux.
Der Eisenkern 16 ist derart konstruiert, daß einzelne Polzahne 25 ausgebildet sind, die zur Passiveinheit 2 hinge- richtet sind und m periodischem Abstand entlang der Akti- vemheit 1 angeordnet sind. Die Passiveinheit besteht m Fig. 2 aus einem stabilen, selbsttragenden, gestellfesten, magnetisierbaren Bauteil 12. Auch an dem Bauteil 12 sind einzelne Polzahne 26 ausgebildet. In den Figuren sind die einzelnen Polzahne aufgrund ihrer geringen Abmessungen nicht erkennbar, sondern vereinfacht mit durchgehenden Linien dargestellt. Der Abstand der einzelnen Polzahne 25 am Antriebsmodul im Bereich 20 ist zum Bereich 21 im Verhältnis 1:1,5 abgestimmt. Andere Verhaltnisse sind möglich. Durch entsprechende Steuerung des Gesamtmagnetflusses, der auch die Bauteile 12 durchsetzt, kommt es in bekannter Weise zu Kraftwirkungen zwischen den sich gegenüberstehenden Polzahnen und damit zu einer Relativbewegung zwischen der Aktiveinheit und der Passiveinheit.The iron core 16 is constructed in such a way that individual pole teeth 25 are formed, which are oriented toward the passive unit 2 and are arranged at a periodic distance along the active unit 1. 2, the passive unit consists of a stable, self-supporting, frame-fixed, magnetizable component 12. Individual pole teeth 26 are also formed on component 12. In the figures, the individual pole teeth are not recognizable due to their small dimensions, but are shown in simplified form with continuous lines. The distance between the individual pole teeth 25 on the drive module in the area 20 is matched to the area 21 in a ratio of 1: 1.5. Other conditions are possible. Appropriate control of the total magnetic flux, which also passes through the components 12, results in a known manner in force effects between the opposing pole teeth and thus in a relative movement between the active unit and the passive unit.
Die Lagerung erfolgt durch das Luftlager 3, welches durch die ausströmende Druckluft an der Unterseite der Aktiveinheit aufgebaut wird. Die Druckluft wird über die Düse 4 zugeleitet. Zum genaueren Verständnis der Funktionsweise derartiger Line- arantriebe wird auf die m der Einleitung genannten Dokumente des Standes der Technik verwiesen.The storage takes place through the air bearing 3, which is built up by the outflowing compressed air on the underside of the active unit. The compressed air is supplied via the nozzle 4. For a more precise understanding of the functioning of such linear drives, reference is made to the documents of the prior art mentioned in the introduction.
Bei dem Fig. 1 gezeigten Linearantrieb wirkt auch im Ruhezustand eine von den Permanentmagneten, die m den Antriebs- modulen 6 der Aktiveinheit 1 angeordnet sind, ausgehende Anziehungskraft, die die Passiveinheit 2 nach unten anzieht. Mit Hilfe des als Fuhrungsemheit 3 wirkenden Luftpolsters wird ein geringfügiger Spalt zwischen Aktiveinheit 1 und Passiveinheit 2 aufrechterhalten. Der Luftspalt betragt beispielsweise ca. 10 Mikrometer. Damit ist eine verlustarme Bewegung der Passiveinheit 2 möglich.In the linear drive shown in FIG. 1, an attraction force which emanates from the permanent magnets and which are arranged in the drive modules 6 of the active unit 1 and which attracts the passive unit 2 downwards also acts in the idle state. With the help of the air cushion acting as a guide unit 3, a slight gap between active unit 1 and passive unit 2 is maintained. The air gap is approximately 10 micrometers, for example. This enables a low-loss movement of the passive unit 2.
Aufgrund der Konstruktion der Passiveinheit 2 besitzt diese em besonders geringes Gewicht und gleichzeitig eine hohe Stabilität. Damit sind mit dem gezeigten Linearantrieb wesentlich höhere Beschleunigungen erzielbar, ohne daß die Antriebskräfte zusätzlich erhöht werden müssen.Due to the construction of the passive unit 2, it has a particularly low weight and at the same time a high stability. This means that significantly higher accelerations can be achieved with the linear drive shown without the drive forces having to be increased additionally.
Für bestimmte Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn m den Innenhohlraum des Leichtbaugrundkorpers 10 ein Füllstoff eingebracht ist, der dampfende Wirkungen besitzt, wodurch beispielsweise Stoße auf den Leichtbaugrundkorper abgedampft werden können.For certain applications, it is advantageous if a filler is introduced into the inner cavity of the lightweight base body 10, which has steaming effects, as a result of which, for example, impacts on the lightweight base body can be evaporated.
In Fig. 3 ist eine separat dargestellte Passiveinheit 2 m vereinfachter perspektivischer Ansicht gezeigt. Die an den magnetisierbaren Bauteilen angeordneten Polzahne 26 sind lediglich als Linien dargestellt.3 shows a separately illustrated passive unit 2 m in a simplified perspective view. The pole teeth 26 arranged on the magnetizable components are only shown as lines.
Diese abgewandelte Ausfuhrungsform besitzt wiederum einen Leichtbaugrundkorper 10 mit rechteckigem Querschnitt, der als Hohlprofil ausgelegt ist. Neben dem über die erste Klebstoff- schicht 11 angebrachten ersten magnetisierbaren Bauteil 12 ist auf einer zweiten Seite des Leichtbaugrundkorpers 10 eine zweite Klebstoffschicht 30 aufgebracht, die die Verbindung zu einem zweiten magnetisierbaren Bauteil 31 herstellt.This modified embodiment in turn has a lightweight basic body 10 with a rectangular cross section, which is designed as a hollow profile. In addition to the first magnetizable component 12 attached via the first adhesive layer 11, a second adhesive layer 30 is applied to a second side of the lightweight basic body 10, which creates the connection to a second magnetizable component 31.
Mit der m Fig. 3 gezeigten Passiveinheit ist em abgewandelter Linearantrieb aufbaubar, der vereinfacht teilweise geschnittener Seitenansicht m Fig. 4 dargestellt ist. Die Besonderheit dieses Linearantriebs besteht darin, daß senk- recht zur ersten Aktiveinheit 1 eine weitere Aktiveinheit 35 vorgesehen ist. Die beiden Aktiveinheiten 1, 35 sind wiederum gestellfest montiert. Auch die zweite Aktivemheit 35 besitzt Antriebsmodule 6, die wiederum Permanentmagnete, Eisenkerne und Elektrospulen enthalten. Die Passiveinheit 2 ist derart auf den beiden Aktiveinheiten angeordnet, daß die ersten magnetisierbaren Bauteile 12 zur unteren Aktivemheit 1 und die zweiten magnetisierbaren Bauteile 31 zur seitlichen Aktivemheit 35 gerichtet sind. Die beiden Aktiveinheiten 1, 35 werden von einer gemeinsamen Ansteueremheit angesteuert. Die Passiveinheit erhalt durch die erste Aktive heit 1 eine Fuhrung m der Bewegungsrichtung, also entlang ihrer Langserstreckung. In Richtung der z-Achse ist die Passiveinheit aufgrund des Zusammenwirkens der m den Antriebsmodulen 6 erzeugten Magnetfelder der ersten Aktivemheit 1 und des durch das Luftlager erzeugten Luftspalts ebenfalls gefuhrt. Insoweit wäre allerdings eine Verschiebung der Passiveinheit 2 quer zur Bewegungsrichtung möglich. Die Fuhrung, die dies verhindert, wird durch die zweite Aktivemheit 35 gebildet, die in gleicher Weise arbeitet. Damit sind keine zusätzlichen Fuhrungselemente erforderlich. Gleichzeitig wird die maximale Antriebskraft, die durch den gesamten Linearantrieb zur Verfugung gestellt werden kann, verdoppelt.A modified linear drive can be constructed with the passive unit shown in FIG. 3, which is shown in a simplified partially sectioned side view in FIG. 4. The special feature of this linear drive is that a further active unit 35 is provided perpendicular to the first active unit 1. The two active units 1, 35 are again fixed to the frame. The second active unit 35 also has drive modules 6, which in turn contain permanent magnets, iron cores and electrical coils. The passive unit 2 is arranged on the two active units in such a way that the first magnetizable components 12 are directed towards the lower active unit 1 and the second magnetizable components 31 are directed towards the lateral active unit 35. The two active units 1, 35 are controlled by a common control unit. The passive unit receives a guidance m in the direction of movement, that is to say along its longitudinal extent, through the first active unit 1. The passive unit is also guided in the z-axis direction due to the interaction of the magnetic fields of the first active unit 1 generated in the drive modules 6 and the air gap generated by the air bearing. In this respect, however, the passive unit 2 could be moved transversely to the direction of movement. The leadership that prevents this is formed by the second active unit 35, which operates in the same way. This means that no additional guide elements are required. At the same time, the maximum driving force that can be provided by the entire linear drive is doubled.
Fig. 5 zeigt die teilweise geschnittene Vorderansicht des Linearantriebs aus Fig. 4. Es ist erkennbar, daß die Aktiv- emheit 1 einen modularen Aufbau besitzt. In dem Gestellkor- per 5 sind zwei Antriebsmodule 6 aneinandergereiht, die aufgrund der größeren Langsausdehnung der Passiveinheit 2 gleichzeitig an dieser angreifen. Durch den modularen Aufbau ist es möglich, auch eine größere Anzahl von Antriebsmodulen m der Aktivemheit anzuordnen, wenn dies aufgrund der geforderten Antriebskräfte notwendig ist. Durch geeignete Positionierung der Antriebsmodule ist es möglich, diese von einer gemeinsamen Ansteueremheit anzusteuern und parallel zueinander mit den entsprechenden Steuersignalen zu versorgen. Die Antriebsmodule 6 sind mit geeigneten Befestigungselementen 36 im Gestellkorper 5 befestigt. In Fig. 6 ist der Linearantrieb aus Fig. 4 m einer teilweise geschnittenen Ansicht von oben dargestellt. Diese Ansicht laßt erkennen, daß auch die zweite Aktivemheit 35 zwei aneinandergereihte Antriebsmodule 6 beinhaltet. Der modulare Aufbau bringt auch hier Kostenvorteile und vereinfachte Mon- tagemoglichkeiten mit sich, da sämtliche verwendeten Antriebsmodule innerhalb des Linearantriebs identisch sind und somit verschiedenste, auf den jeweiligen Anwendungsfall angepaßte Linearantriebe zusammensetzbar sind.FIG. 5 shows the partially sectioned front view of the linear drive from FIG. 4. It can be seen that the active unit 1 has a modular structure. In the frame body 5, two drive modules 6 are strung together, which act on the passive unit 2 at the same time due to the greater longitudinal extent of the latter. The modular structure makes it possible to arrange a larger number of drive modules in the active unit if this is necessary due to the required drive forces. Suitable positioning of the drive modules makes it possible to control them from a common control unit and to supply them with the corresponding control signals in parallel with one another. The drive modules 6 are fastened with suitable fastening elements 36 in the frame body 5. FIG. 6 shows the linear drive from FIG. 4 m in a partially sectioned view from above. This view reveals that the second active unit 35 also contains two drive modules 6 lined up. The modular structure also brings cost advantages and simplified assembly options, since all the drive modules used within the linear drive are identical and thus a wide variety of linear drives adapted to the respective application can be assembled.
Die beschriebenen Ausgestaltungen des erfmdungsgemaßen Linearantriebs zeigen nur Beispiele für vielfaltige konstruktive Gestaltungen auf. Insbesondere ist es möglich, den Leichtbau- grundkorper mit anderen Querschnitten zu gestalten und an veränderte Antriebsmodule anzupassen. Durch die Verwendung von Verbundwerkstoffen für den Leichtbaugrundkorper sind beliebige Formen herstellbar.The described configurations of the linear drive according to the invention only show examples of diverse design configurations. In particular, it is possible to design the lightweight basic body with different cross sections and to adapt it to changed drive modules. Any shape can be produced by using composite materials for the lightweight basic body.
In Fig. 7 ist m einer Seitenansicht als Detailzeichnung em Abschnitt des magnetisierbaren Bauteils 12 gezeigt. Damit dieses Bauteil den gewünschten geometrischen Formen des Leichtbaugrundkorpers angepaßt werden kann, eignet sich besonders em Weicheisenblech. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Gesamtdicke des Weicheisenblechs ca. 3 mm betragt. Die Polzahne 26 werden beispielsweise durch Fräsen oder durch Atzen hergestellt. Vorteilhaft sind Zahnabstande im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm. Die Zahntiefe wird geeigneter Weise dem Zahnabstand angepaßt. Vorteilhaft ist eine Zahntiefe, die m etwa das 0,5-fache der Zahnteilung betragt.7 shows a side view as a detailed drawing of the section of the magnetizable component 12. So that this component can be adapted to the desired geometric shapes of the lightweight body, em soft iron sheet is particularly suitable. It has proven to be advantageous if the total thickness of the soft iron sheet is approximately 3 mm. The pole teeth 26 are produced, for example, by milling or by etching. Tooth spacing in the range from 0.5 to 2.0 mm is advantageous. The tooth depth is suitably adapted to the tooth spacing. A tooth depth that is approximately 0.5 times the tooth pitch is advantageous.
Fig. 8 zeigt m vereinfachter perspektivischer Ansicht eine weitere Gestaltung einer Passiveinheit 2. Der Leichtbaugrundkorper 10 ist an den beiden schmalen Seitenflächen mit magne- tisierbaren Bauteilen 12 bestuckt. An der oberen breiten Seitenflache sind weitere magnetisierbare Bauteile 31 ange- bracht. Dabei handelt es sich um voneinander getrennte Bauteile, die gegebenenfalls auch unterschiedliche Zahnabstande der Polzahne aufweisen können. Die auf der Oberseite des Leichtbaugrundkorpers angeordneten Bauteile können gleiche oder unterschiedliche Teilungen der Polzahne aufweisen. Es können getrennt voneinander oder m Verbindung stehende Aktiveinheiten mit der Passiveinheit zusammenwirken, wodurch die unterschiedlichsten Antriebslosungen realisierbar sind. Eine solche Gestaltung der Passiveinheit ist beispielsweise dann nützlich, wenn die Passiveinheit gestellfest ausgelegt ist und die Aktivemheit beweglich ist. Bei der gezeigten Ausfuhrungsform können zwei Gruppen von Aktiveinheiten an dieser gemeinsamen Passiveinheit angreifen, wobei jede Gruppe von Aktiveinheiten wiederum aus zwei senkrecht zueinander angeordneten Aktiveinheiten besteht. Durch diesen Aufbau können die Aktiveinheiten unabhängig voneinander auf der gemeinsamen Passiveinheit bewegt werden. Es ist auch denkbar, die erste Aktivemheit gestellfest auszulegen und auf der dann beweglichen Passiveinheit eine zweite Aktivemheit anzuord- nen, die ihrerseits beweglich ist.8 shows, in a simplified perspective view, a further design of a passive unit 2. The lightweight basic body 10 is equipped with magnetizable components 12 on the two narrow side surfaces. Further magnetizable components 31 are attached to the upper broad side surface. brings. These are components which are separate from one another and which, if appropriate, can also have different tooth spacings of the pole teeth. The components arranged on the top of the lightweight basic body can have the same or different divisions of the pole teeth. Separate active units or connected active units can interact with the passive unit, as a result of which a wide variety of drive solutions can be implemented. Such a design of the passive unit is useful, for example, if the passive unit is designed to be fixed to the frame and the active unit is movable. In the embodiment shown, two groups of active units can attack this common passive unit, each group of active units in turn consisting of two active units arranged perpendicular to one another. With this structure, the active units can be moved independently of one another on the common passive unit. It is also conceivable to design the first active unit to be fixed to the frame and to arrange a second active unit on the then movable passive unit, which in turn is movable.
Derartige Kombinationen von Aktiv- und Passiveinheiten können auch zum Aufbau eines x-y-Koordmatenantπebs verwendet werden. In x-Richtung ist beispielsweise eine erste Passive - heit beweglich, die über zwei winklig zueinander angeordnete Aktiveinheiten angetrieben und gefuhrt ist. An dieser bewegten Passiveinheit ist eine weitere Aktivemheit angebracht, die eine zweite Passiveinheit m y-Richtung antriebt und fuhrt. Beliebige andere Anordnungen sind möglich.Such combinations of active and passive units can also be used to build up an x-y coordinate array. In the x-direction, for example, a first passive unit can be moved, which is driven and guided via two active units arranged at an angle to one another. A further active unit is attached to this moving passive unit, which drives and guides a second passive unit in the y direction. Any other arrangement is possible.
Zur Herstellung der Passiveinheiten des erfmdungsgemaßen Linearantriebs eignet sich das im folgenden beschriebene Verfahren.The method described below is suitable for producing the passive units of the linear drive according to the invention.
In einem ersten Verfahrensschπtt werden die magnetischen bzw. magnetisierbaren Bauteile hergestellt. Soweit Weichei- senbleche verwendet werden, müssen die entsprechenden Formen zugeschnitten und weiterhin die Polzahne z. B. durch Fräsen oder Atzen herausgearbeitet werden.In a first method step, the magnetic or magnetizable components are produced. If soft iron sheets are used, the corresponding shapes must be used cut and continue the pole tooth z. B. be worked out by milling or etching.
Die vorgefertigten Bauteile werden anschließend in eine Hilfsvorrichtung eingelegt, in der die weitere Montage erfolgt. Diese Vorrichtung dient der Positionierung und Haltung der magnetisierbaren Bauteile und der Erleichterung des Aufbrmgens dieser Bauteile auf den Leichtbaugrundkorper. Der Leichtbaugrundkorper wird mit der gewünschten geometrischen Form hergestellt. Je nach Einsatzzweck des aufzubauen- den Linearantriebs eignen sich rechteckige Querschnitte oder Hohlzylmder .The prefabricated components are then placed in an auxiliary device in which the further assembly takes place. This device is used to position and hold the magnetizable components and to facilitate the application of these components to the lightweight base body. The lightweight basic body is manufactured with the desired geometric shape. Depending on the application of the linear actuator to be assembled, rectangular cross-sections or hollow cylinders are suitable.
In nächsten Verfahrensschritt werden die Ruckseiten der Bauteile mit einem geeigneten Klebstoff versehen, auf den anschließend der Leichtbaugrundkorper aufgebracht wird. Damit ist die Verbindung zwischen den magnetisierbaren Bauteilen und dem Leichtbaugrundkorper hergestellt.In the next process step, the back of the components are provided with a suitable adhesive, to which the lightweight basic body is then applied. This creates the connection between the magnetizable components and the lightweight body.
Nach dem Ausharten des Klebstoffes wird der Leichtbaugrundkorper und die daran befestigten Bauteile aus der Hilfsvorrichtung entfernt.After the adhesive has hardened, the lightweight basic body and the components attached to it are removed from the auxiliary device.
Fig. 9 zeigt eine Darstellung einer zweckmäßigen Vorrichtung zur Herstellung einer Passiveinheit eines Linearantriebs m einer vereinfachten perspektivischen Ansicht. Die dargestellte Vorrichtung eignet sich zur Herstellung von Passiv- emheiten mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt. Die Vorrichtung besteht aus einer Basiseinheit 40, die eine V- for ige Nut 41 eingebracht ist. Innerhalb der Basiseinheit 40 ist an jedem Schenkel der V-formigen Nut 41 wenigstens em Elektromagnet 42 angeordnet. Im Betriebszustand werden durch die Elektromagneten 42 magnetische Felder aufgebaut, die sich m den Bereich der Nut erstrecken. Durch diese Magnetfelder werden die magnetisierbaren Bauteile, die an dem Leichtbaugrundkorper befestigt werden sollen, angezogen und somit an die Wände der V-formigen Nut 41 angepreßt. Soweit dünne Weicheisenbleche verwendet werden, werden diese durch ausreichend starke Magnetfelder gegeben sind, werden die Weichei- senbleche begradigt und liegen dann eben auf den Wandflachen der Nut auf. In diesem Zustand kann der Klebstoff auf die Bauteile aufgebracht werden und der Leichtbaugrundkorper ohne weiteres angeklebt werden. Anschließend müssen die aufgekleb- ten Bauteile einer Feinbearbeitung unterzogen werden. Dabei werden die Polzahne ggf. nachgearbeitet und die gesamte Oberflache abgeschliffen, damit die erforderliche Ebenheit erzielt wird, die für die Anwendung von Luftlagern Voraussetzung ist. Abschließend können die Lucken zwischen den e zel- nen Polzahnen z.B. mit Epoxydharz ausgefüllt werden, damit eine geschlossene unempfindliche Oberflache entsteht.9 shows a representation of an expedient device for producing a passive unit of a linear drive in a simplified perspective view. The device shown is suitable for the production of passive units with an essentially rectangular cross section. The device consists of a base unit 40, which is provided with a V-shaped groove 41. At least one electromagnet 42 is arranged on each leg of the V-shaped groove 41 within the base unit 40. In the operating state, magnetic fields are built up by the electromagnets 42, which extend in the area of the groove. These magnetic fields attract the magnetizable components that are to be attached to the lightweight base body and thus press them against the walls of the V-shaped groove 41. If thin soft iron sheets are used, these are given by sufficiently strong magnetic fields, the soft iron straightened and then lie flat on the wall surfaces of the groove. In this state, the adhesive can be applied to the components and the lightweight basic body can be glued on easily. The glued-on components must then be subjected to fine machining. If necessary, the pole teeth are reworked and the entire surface is ground off so that the required flatness is achieved, which is a prerequisite for the use of air bearings. Finally, the gaps between the individual pole teeth can be filled with epoxy resin, for example, so that a closed, insensitive surface is created.
Es ist darüber hinaus möglich, innerhalb der Basiseinheit 40 eine Heizungseinheit vorzusehen, die den Bereich der V-formigen Nut 41 beheizt, wodurch die eingelegten magnetisierbaren Bauteile und damit die aufgebrachte Klebstoffschicht erwärmt werden, was bei bestimmten Klebstoffen zum schnelleren Ausharten fuhrt. Damit laßt sich die Herstellung beschleunigen. Bei einer Erwärmung muß jedoch darauf geachtet werden, daß aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten im Gesamtaufbau keine Spannungen entstehen, die zu einer unebenen Oberflache oder zu unkontrollierbaren Materialveranderungen fuhren.It is also possible to provide a heating unit within the base unit 40 which heats the area of the V-shaped groove 41, as a result of which the inserted magnetizable components and thus the applied adhesive layer are heated, which leads to faster curing for certain adhesives. This can speed up production. When heating, however, care must be taken to ensure that, due to different expansion coefficients in the overall structure, no stresses arise which lead to an uneven surface or to uncontrollable material changes.
In Fig. 10 ist em Abschnitt der Vorrichtung aus Fig. 9 in einer vereinfachten Ansicht von oben gezeigt. Auf einer Wand der V-formigen Nut 41 sind magnetisierbare Bauteile 12 aufgelegt. Durch eine derartige Vorrichtung ist es auch möglich, einzelne magnetisierbare Bauteile auf sehr lange Leichtbau- grundkorper aufzubringen, wobei kürzere Stucke der Bauteile unmittelbar aneinander gereiht werden. Bei einer solchen Aneinanderreihung ist es erforderlich, daß die Zahnabstande zwischen den einzelnen Polzahnen auch an den Anstoßstellen exakt eingehalten werden. Anderenfalls kann es zu Unregelma- ßigkeiten im Bewegungsablauf des Linearantriebs kommen. Durch die magnetische Anziehung der Bauteile innerhalb der V-formigen Nut 41 lassen sich diese ohne Schwierigkeiten exakt positionieren, bevor der Leichtbaugrundkorper aufgeklebt wird.FIG. 10 shows a section of the device from FIG. 9 in a simplified view from above. Magnetizable components 12 are placed on a wall of the V-shaped groove 41. Such a device also makes it possible to apply individual magnetizable components to very long lightweight basic bodies, with shorter pieces of the components being lined up directly next to one another. In such a series, it is necessary that the tooth spacing between the individual pole teeth is also exactly maintained at the abutment points. Otherwise there may be irregularities in the motion sequence of the linear drive. Due to the magnetic attraction of the components within the V-shaped groove 41 can be positioned exactly without difficulty before the lightweight basic body is glued on.
Damit können magnetisierbare Bauteile m Standardlangen vorratig gehalten werden, die bei der Herstellung der Passivem- heit zu einem Gesamtbauteil zusammengesetzt werden. Dafür ist es zweckmäßig, daß die einzelnen magnetisierbaren Bauteile jeweils der Mitte einer Polzahnlucke enden und somit unmittelbar aneinandergereiht werden können.This means that magnetisable components can be kept in stock in standard lengths, which are put together to form a complete component during the manufacture of the passive unit. For this purpose, it is expedient that the individual magnetizable components each end in the middle of a pole tooth gap and can thus be strung together directly.
Mit einer derartigen Vorrichtung können magnetisierbare Bauteile sowohl m Linie aneinandergereiht, als auch nebeneinander liegend auf die Leichtbaugrundkorper aufgebracht werden, so daß beliebig große Flachen von Leichtbaugrundkorpern mit derartigen Bauteilen bestuckt werden können. With such a device, magnetizable components can be strung together in a line as well as placed side by side on the lightweight building blocks, so that areas of lightweight building blocks of any size can be fitted with such components.

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Linearantrieb mit1. Linear drive with
* einer feststehenden Aktivemheit (1), die Elemente zur Erzeugung eines veränderlichen Magnetflusses besitzt;* a fixed activity (1), which has elements for generating a variable magnetic flux;
* einer beweglichen Passiveinheit (2), die magnetisierbare oder magnetische Bereiche umfaßt;* a movable passive unit (2) comprising magnetizable or magnetic areas;
* einer Fuhrungsemheit (3), die eine reibungsarme Bewegung zwischen Aktiv- und Passiveinheit gestattet; * und einer Ansteueremheit, mit der der Magnetfluß veränderbar ist; dadurch gekennzeichnet, daß die Passiveinheit (2) aus einem hohlen Leichtbaugrundkorper (10) aus glasfaserverstärktem oder kohlefaserverstark- tem Kunststoff besteht, an dem Bauteile (12, 31) angeordnet sind, die die magnetisierbaren/magnetischen Bereiche bilden.* a leadership unit (3), which allows a low-friction movement between active and passive unit; * and a control unit with which the magnetic flux can be changed; characterized in that the passive unit (2) consists of a hollow lightweight basic body (10) made of glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastic, on which components (12, 31) are arranged which form the magnetizable / magnetic areas.
2. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leichtbaugrundkorper (10) ein langgestreckter quaderformiger Hohlkörper ist.2. Linear drive according to claim 1, characterized in that the lightweight body (10) is an elongated cuboid hollow body.
3. Linearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlräume innerhalb des Leichtbaugrundkorpers zumindest teilweise mit dampfenden Füllstoffen befullt sind.3. Linear drive according to claim 1 or 2, characterized in that cavities within the lightweight body are at least partially filled with steaming fillers.
4. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbaren Bauteile aus Weicheisenblechen (12) gebildet sind, die am Leichtbaugrundkorper (10) angeklebt sind. 4. Linear drive according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnetizable components are made of soft iron sheets (12) which are glued to the lightweight body (10).
5. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbaren Bauteile aus kohlenstoffarmen Stahlen gebildet sind, die am Leichtbaugrundkorper befestigt sind.5. Linear drive according to one of claims 1 to 4, characterized in that the magnetizable components are formed from low-carbon steels which are attached to the lightweight body.
6. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivemheit (1) Elemente zur Erzeugung eines Permanentmagnetflusses (15) und wenigstens einen Elektromagneten (16, 17) besitzt, der beim Fließen eines elektrischen Stromes einen mit dem Permanentmagnetfluß zusammenwirkenden Temporarmagnetfluß erzeugt, daß der sich ergebende Gesamtmagnetfluß die magnetisierbaren/ magnetischen Bereiche (12) der Passiveinheit (2) durchsetzt, und daß der Temporarmagnetfluß durch die Ansteuer- einheit derart verändert wird, daß eine Bewegungsrichtung wirkende Kraftkomponente resultiert.6. Linear drive according to one of claims 1 to 5, characterized in that the active unit (1) has elements for generating a permanent magnetic flux (15) and at least one electromagnet (16, 17) which cooperates with the permanent magnetic flux when an electric current flows Temporary magnetic flux produces that the resulting total magnetic flux passes through the magnetizable / magnetic areas (12) of the passive unit (2), and that the temporary magnetic flux is changed by the control unit in such a way that a force component acting in the direction of movement results.
7. Linearantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivemheit (1) eine Vielzahl von Permanentmagneten (15) und eine Vielzahl von Elektromagneten (16, 17) besitzt, die m linearer Folge angeordnet sind, wobei die unmittelbar benachbarten Elektromagneten mit phasenversetzten elektrischen Strömen angesteuert werden.7. Linear drive according to claim 6, characterized in that the active unit (1) has a plurality of permanent magnets (15) and a plurality of electromagnets (16, 17) which are arranged in a linear sequence, the immediately adjacent electromagnets having phase-shifted electrical Currents can be controlled.
8. Linearantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagneten (15), die einem Elektromagneten (16, 17) zugeordnet sind, m mehrere Klempermanentmagnete zergliedert und losbar mit den Eisenkernen (16) des zugehörigen Elektromagneten verbunden sind. 8. Linear drive according to claim 7, characterized in that the permanent magnets (15), which are assigned to an electromagnet (16, 17), m a plurality of plumber permanent magnets dissected and releasably connected to the iron cores (16) of the associated electromagnet.
9. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichartige, senkrecht zueinander angeordnete Aktiveinheiten (1, 35) mit einer Passiv- emheit (2) zusammenwirken, die zwei senkrecht zueinander angeordnete magnetisierbare/magnetische Bereiche (12, 31) besitzt .9. Linear drive according to one of claims 1 to 8, characterized in that two identical, mutually perpendicular active units (1, 35) interact with a passive unit (2), the two mutually perpendicular magnetizable / magnetic areas (12, 31st ) has.
10. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Aktiv- und Passiveinheiten derart zusammenwirken, daß ein m X-Richtung und m Y-Richtung verfahrbarer Antrieb resultiert.10. Linear drive according to one of claims 1 to 9, characterized in that a plurality of active and passive units cooperate such that an m X direction and m Y direction movable drive results.
11. Linearantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuhrungsemheit durch em Luftla- ger (3) gebildet ist.11. Linear drive according to one of claims 1 to 10, characterized in that the Fuhrungsemheit by em Luft- bearing (3) is formed.
12. Linearantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivemheit (1) Luftdusen (4) vorgesehen sind, durch die Druckluft entweicht, wodurch zwischen Aktivemheit und Passiveinheit em Luftpolster (3) aufgebaut wird.12. Linear drive according to claim 11, characterized in that the active unit (1) air nozzles (4) are provided through which compressed air escapes, whereby an air cushion (3) is built up between active unit and passive unit.
13. Verfahren zur Herstellung einer Passiveinheit (2) eines Linearantriebs, welche aus einem Grundkorper (10) mit ausgedehnten, die Laufflache der Passiveinheit bildenden, magnetisierbaren oder magnetischen Bauteilen (12, 31) besteht, mit folgenden Verfahrensschritten: a) die ausgedehnten magnetischen/magnetisierbaren Bauteile (12, 31) werden hergestellt; b) diese Bauteile werden mit der die Laufflache bildenden Seite eine wiederverwendbare Form (41) eingelegt und dort temporar arretiert; c) auf der dem Leichtbaugrundkorper zugewandten Seite der Bauteile wird em geeigneter Klebstoff aufgebracht; d) der Leichtbaugrundkorper wird auf die klebstoffbe- schichtete Seite der Bauteile aufgebracht; e) nach dem Ausharten des Klebstoffs wird der Grundkorper mit den Bauteilen aus der Form entfernt.13. A method for producing a passive unit (2) of a linear drive, which consists of a basic body (10) with extensive, magnetizable or magnetic components (12, 31) forming the tread of the passive unit, with the following method steps: a) the extended magnetic / magnetizable components (12, 31) are produced; b) these components are inserted with the side forming the tread a reusable form (41) and temporarily locked there; c) on the side of the components facing the lightweight base body, a suitable adhesive is applied; d) the lightweight basic body is applied to the adhesive-coated side of the components; e) after the adhesive has hardened, the base body with the components is removed from the mold.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Bauteile der Form durch Erzeugen eines Magnetfelds erfolgt, wodurch die Bauteile magnetisch m die Form hineingezogen werden.14. The method according to claim 13, characterized in that the fastening of the components of the mold is carried out by generating a magnetic field, whereby the components are magnetically drawn into the mold.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld der Form durch Elektromagneten erst nach dem Einlegen der Bauteile erzeugt und vor dem Entfernen des Leichtbaugrundkorpers wieder abgeschaltet wird.15. The method according to claim 14, characterized in that the magnetic field of the form generated by electromagnets only after inserting the components and is switched off again before the removal of the lightweight body.
16. Vorrichtung (40) zur Herstellung einer Passiveinheit (2) eines Linearantriebs, welche aus einem Grundkorper (10) mit ausgedehnten, die Laufflache der Passiveinheit bildenden, magnetisierbaren oder magnetischen Bauteilen besteht, umfassend: * eine Form (41), m welche die ausgedehnten, magnetisierbaren/magnetischen Bauteile (12) temporar einlegbar sind und welcher zumindest abschnittsweise e Magnetfeld derart aufbaubar ist, daß die magnetisierbaren/magnetischen Bauteile (12) m die Form hmemgezo- gen werden,16. Device (40) for producing a passive unit (2) of a linear drive, which consists of a basic body (10) with extended, the tread of the passive unit forming, magnetizable or magnetic components, comprising: * a shape (41), which the extensive, magnetizable / magnetic components (12) can be inserted temporarily and which magnetic field (at least in sections) can be built up in such a way that the magnetizable / magnetic components (12) are drawn into the shape,
* einen Aufnahmebereich, der zur temporaren Aufnahme, Positionierung und Halterung des Grundkorpers wahrend des Verbindungsvorgangs zwischen Grundkorper und Bauteilen dient.* A recording area, which is used for the temporary recording, positioning and holding of the basic body during the connection process between the basic body and components.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß steuerbare Elektromagneten (42) angeordnet sind, die das Magnetfeld zum Anziehen der Bauteile (12) erzeugen. 17. The apparatus according to claim 16, characterized in that controllable electromagnets (42) are arranged which generate the magnetic field for attracting the components (12).
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (41) einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt besitzt.18. The apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that the shape (41) has a substantially V-shaped cross section.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Heizelemente vorgesehen sind, mit denen die Form (41) und die darin eingebrachten Bauteile (12) aufheizbar sind. 19. Device according to one of claims 16 to 18, characterized in that further heating elements are provided with which the mold (41) and the components (12) introduced therein can be heated.
PCT/EP1997/005839 1996-10-22 1997-10-22 Linear drive and process for manufacturing a passive unit for a linear drive, and device for carrying out the process WO1998018195A1 (en)

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