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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sekundärteil für einen Linearmotor.
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Stand der Technik
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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Linearmotoren, speziell Linearmotoren, deren Sekundärteil abgedeckt ist. Die Erfindung eignet sich vorteilhaft für Linearantriebe mit elektrischen Linearmotoren im Allgemeinen und für Linearantriebe mit elektrischen Linearmotoren in spanbearbeitenden Maschinen im Speziellen.
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Im Allgemeinen besteht ein Linearmotor aus einem zumeist feststehenden Sekundärteil, in dem im Fall eines Synchronlinearmotors eine Anzahl von Magnetelementen (Permanentmagnete) aneinander gereiht ist und eine Laufbahn für ein relativ dazu bewegliches Primärteil (Läufer) bildet. Der Läufer wechselwirkt mit den Magneten des Sekundärteils und setzt diese Wechselwirkung in eine translatorische Bewegung um. Zwischen Primär- und Sekundärteil ergibt sich prinzipbedingt ein Luftspalt von üblicherweise 0,5 bis 2 mm.
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Derartige Linearmotoren werden in verschiedenen Gebieten der Technik als Antriebe eingesetzt, beispielsweise bei Werkzeugmaschinen, Bearbeitungsmaschinen wie Bohr-, Fräs-, Dreh-, Bestückungs- oder Bondingautomaten bis hin zu Fahrzeugantrieben bei Magnetschwebebahnen etc.
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Die Baulänge der Laufbahn richtet sich nach dem Einsatzzweck des Linearmotors und muss mindestens so lang sein wie der erforderliche Verschiebeweg plus der Länge des Läufers. Um bei der Gestaltung verschieden langer Linearmotoren flexibel zu sein, sind deshalb die Sekundärteile üblicherweise aus kürzeren Sekundärteilelementen aufgebaut, die bis zur gewünschten Länge aneinandergereiht werden.
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Bei Einsatz der Linearmotoren in rauen Betriebsbedingungen können Fremdkörper, wie z. B. Späne, Staub, Betriebsflüssigkeiten, aggressive Stoffe etc., in den Luftspalt zwischen Primär- und Sekundärteil gelangen und zu einer Beschädigung insbesondere der Laufbahn des Sekundärteils führen.
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Um dies zu vermeiden, ist es üblich, die Laufbahn mit einer Abdeckung zu versehen, wobei die Abdeckung normalerweise als Metallblech ausgebildet ist, die auf die Laufbahn eines einzelnen Sekundärteilelements aufgeklebt wird. Zwar führen die Fremdkörper über kurz oder lang auch zu einer Beschädigung der Abdeckung, so dass diese ersetzt werden muss, jedoch bleiben die Sekundärteilelemente selbst dadurch meist unbeschädigt. Jedoch müssen die Abdeckungen von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden, was, wegen der Verklebung der Abdeckung mit dem Sekundärteilelement, relativ zeit- und kostenaufwendig ist und Maschinenstillstandszeiten verursacht.
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Aus der
DE 198 53 250 B4 ist ein Linearmotor bzw. ein Sekundärteil eines Linearmotors bekannt, bei dem eine Abdeckung die Lauffläche des Sekundärteils schützt, wobei die Abdeckung magnetisierbares Material aufweist, so dass die Abdeckung an den magnetbehafteten Sekundärteilelementen haftet. Insbesondere durch auftretende Verschmutzung bzw. durch Fremdkörper, wie z. B. Späne oder Schleifstaub, zwischen Sekundärteil und Primärteil kann es dazwischen zu einer Verklemmung oder zu erhöhter Reibung kommen, so dass eine Kraftwirkung auf die Abdeckung ausgeübt wird. Die magnetische Sekundärteilabdeckung bei einem Linearmotor kann sich so im Betrieb in Folge von Verschmutzung bzw. Fremdkörpern zwischen Primärteil und Sekundärteil verschieben bzw. auch vom Sekundärteil ablösen. Um einem Verschieben der Abdeckung entgegenzuwirken, müssen derartige Abdeckungen an Anfang und Ende des Verfahrwegs mechanisch fixiert werden. Im Falle einer schweren Beschädigung der Abdeckung, werden diese ausgetauscht.
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Aus der
DE 103 18 207 B4 ist ein Linearmotor bekannt, bei dem eine Abdeckung die Lauffläche des Sekundärteils schützt, wobei die Abdeckung ein magnetisches Abdeckblech mit einer rutschhemmenden Schicht ist.
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Diese Lösungen weisen den Nachteil auf, dass die Materialauswahl für die Abdeckung sehr eingeschränkt ist, da nur magnetisches Material magnetisch an dem Sekundärteil haftet.
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Es ist daher wünschenswert, auch Abdeckungen aus anderen Materialien einsetzen zu können, ohne den Wartungsaufwand, z. B. für Austausch, zu erhöhen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Sekundärteil für einen Linearmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Im Rahmen der Erfindung wird eine Befestigung einer Abdeckung aufweisend ein Abdeckelement, wie z. B. ein Blech bzw. Blattmaterial oder eine Folie aus Metall oder Kunststoff, an einem Sekundärteilelement dadurch bewerkstelligt, dass ein oder mehrere von dem Abdeckelement abstehende Stege in eine bzw. mehrere zugehörige Nuten in dem Sekundärteilelement eingreifen. Abhängig von der benötigten Haltekraft kann die Eingriffstiefe bemessen werden.
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Dies erlaubt die Verwendung im Prinzip jeglichen Materials für das Abdeckelement zum mechanischen Schutz des Sekundärteilelements. Insbesondere muss das Abdeckelement nicht magnetisierbar sein, was vorteilhaft die Verwendung von Edelstahl oder Kunststoff erlaubt. Werden nicht-magnetisierbare Abdeckungen eingesetzt, wird eine ansonsten auftretende Reduktion der Vorschubkräfte, welche bei magnetisierbaren Abdeckungen von einem teilweisen Kurzschluss des magnetischen Kreises hervorgerufen wird, signifikant reduziert bzw. vermieden. Ggf. vorgesehene magnetische oder magnetisierbare Stege wirken sich kaum auf die Vorschubkraft des Linearmotors aus.
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Mit der Erfindung kann weiterhin eine Abdeckung aller Sekundärteilelemente einer Laufbahn eines Verfahrwegs mit einer durchgängigen, einstückigen Abdeckung zur Vermeidung von Stoßstellen erfolgen. Ein weiterer Vorteil ist die Sicherstellung der einfachen Austauschbarkeit der Abdeckungen bei niedrigen Kosten und vergleichsweise geringem Aufwand.
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Weiterhin wird kein zusätzlicher Bauraum am Anfang und Ende des Verfahrwegs zur Befestigung der Abdeckung benötigt. Dies führt zu einer kostengünstigeren Lösung der Gesamtmaschine und kann deren Footprint reduzieren.
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Es können ein oder mehrere Stege vorgesehen sein. Die Stege können prinzipiell in beliebiger Richtung zu einer Verfahrrichtung eines Läufers des Linearmotors angeordnet sein, wobei jedoch eine Ausrichtung längs oder quer zur Verfahrrichtung bevorzugt wird, da dies die Herstellung der zugehörigen Nuten im Sekundärteil erleichtert. Eine Ausrichtung quer zur Verfahrrichtung ermöglicht besonders vorteilhaft ein einfaches Auf- und Abrollen der Abdeckung, z. B. zum Transport zum Einsatzort. Es können auch Stege in unterschiedlichen Richtungen, z. B. gitter- oder rautenförmig, vorgesehen sein.
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Auch die Form der Stege und der zugehörigen Nuten ist grundsätzlich frei wählbar. Zur Erleichterung der Herstellung sind quader- bzw. tafelförmige Stege vorteilhaft.
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Üblicherweise weist ein Sekundärteil eine Anordnung aus mehreren Permanentmagnetelementen auf, wobei die Nuten zweckmäßigerweise zwischen den Permanentmagnetelementen verlaufen. Bei solchen Sekundärteilen können die Stege direkt an den Magneten anliegen. Bei mit Kunstharz vergossenen Sekundärteilen können die Nuten gezielt und sehr exakt durch die Vergießform vorgegeben werden.
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Das Halten der Abdeckung an dem Sekundärteilelement kann mittels Einklemmens und/oder Magnetkraft erfolgen. Ein magnetisches Halten kann dadurch bewirkt werden, dass der oder die Stege magnetisch oder magnetisierbar (z. B. mit einer Remanenzinduktion > 0,3 T) sind und so mit Permanentmagneten des Sekundärteilelements anziehend Wechselwirken können. Diese Lösung eignet sich insbesondere für Permanentmagnet-Synchron-Linearmotoren (PMSM). Ein Einklemmen kann dadurch bewirkt werden, dass ein Steg formschlüssig in der Nut eingeklemmt ist (wobei hier die Verbindung zweckmäßigerweise dennoch kraftschlüssig ist) und/oder dass der Abstand zwischen zwei Stegen und der Abstand zwischen den zwei zugehörigen Nuten so bemessen ist, dass das Sekundärteilelement auf diese Weise von den zwei Stegen eingeklemmt wird (wobei hier die Verbindung ebenfalls kraftschlüssig ist).
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Diese Art der Halterung eignet sich besonders bevorzugt für alle Arten von Maschinen, also neben PMSM insbesondere auch für Asynchron-Linearmotoren (ASLM), Linearmotoren mit Reluktanzprinzipien (SynRLM) oder auch Spezialanordnungen wie Transversalfluss- (TFLM) oder Homopolarmotorkonzepte (HPLM). Eine seitliche Führung und Ausrichtung der Abdeckung kann durch längs verlaufende Stege oder durch seitliche Stege bewirkt werden, die seitlich an dem Sekundärteilelement nach unten ragen. Eine seitliche Führung und Ausrichtung der Abdeckung kann auch durch Wände, die seitlich an dem Sekundärteilelement nach oben ragen, erfolgen, wobei das Abdeckelement zwischen den Wänden angeordnet wird.
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Die Erfindung lässt sich besonders vorteilhaft für Linearantriebe mit elektrischen Linearmotoren im Allgemeinen und für Linearantriebe mit elektrischen Linearmotoren in spanbearbeitenden Maschinen im Speziellen verwenden.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sekundärteils für einen Linearmotor in einer perspektivischen Ansicht.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sekundärteils für einen Linearmotor in einer Konstruktionszeichnung dargestellt und mit 100 bezeichnet. Das Sekundärteil 100 weist in der hier dargestellten Ausführungsform drei Sekundärteilelemente 110 auf. Die drei Sekundärteilelemente 110 sind mit einer Abdeckung 120 abgedeckt, die ein blattförmiges Abdeckelement 121 aufweist, an dem sekundärelementseitig eine Anzahl von (vorzugsweise regelmäßig beabstandeten) Stegen 122 angebracht ist. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind die Stege 122 als Querstege ausgebildet, die quer zu einer Verfahrrichtung R eines Läufers angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass einerseits die bei Kontakt mit dem Läufer oder Fremdkörpern zwischen Läufer und Sekundärteil hauptsächlich auftretenden Kräfte längs der Verfahrrichtung gut abgefangen werden können und dass andererseits der Transport und die Montage durch eine Aufrollbarkeit der Abdeckung vereinfacht wird. Dies erlaubt es, längere Strecken von mehreren Metern durch abgerollte Bleche einstückig zu überbrücken und so Stoßstellen an den Übergängen der Sekundärteilelemente zu vermeiden. Dennoch ist eine Austauschbarkeit der Abdeckungen bei niedrigen Kosten und vergleichsweise geringem Aufwand gegeben.
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Das Abdeckelement 121 ist hier aus Metall, vorzugsweise aus nicht-magnetisierbarem Stahl, hergestellt. Die Querstege 122 sind mit dem Abdeckelement 121 punkt- oder laserverschweißt. Dazu sind vorliegend jeweils drei Schweißpunkte 123 vorgesehen.
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Jedes der Sekundärteilelemente 110 trägt eine Anordnung aus Permanentmagneten 111, die seitlich von Seitenwänden bzw. -leisten 112 eingefasst werden. Die Seitenwände weisen auf ihrer Oberseite eine Auflagefläche 113 sowie eine seitliche Führungsfläche 114 für die Abdeckung 120 auf. Die Seitenwände 112 können aus beliebigem Material bestehen. Zwischen den Permanentmagneten 111 sind Quernuten 115 vorgesehen, in welche die Querstege 122 eingreifen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind Quernuten immer zwischen jeweils zwei benachbarten Permanentmagneten 111 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich können Längsnuten zwischen jeweils zwei benachbarten Permanentmagneten 111 vorgesehen sein. Es können auch größere Nutenabstände vorgesehen sein.
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Bei der Abdeckung 120 handelt es sich um eine Abdeckung, die mehrere Sekundärteilelemente abdeckt. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl der abzudeckenden Sekundärteilelemente vom jeweiligen Anwender frei gewählt werden kann. Vorteilhaft ist hier, dass keine Stoßstellen vorliegen und somit die Ausfallrate reduziert wird. Mit der Erfindung ist es möglich, austauschbare und über den gesamten Verfahrweg reichende Abdeckungen aus beliebigem Material, z. B. aus Kunststoff oder Blech (auch nicht-magnetisierbares), auf den Sekundärteilelementen planarer Linearmotoren zu befestigen.
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Zum Halten der Abdeckung 120 auf den Sekundärteilelementen 110 können unterschiedliche Haltemechanismen eingesetzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Querstege 123 magnetisches oder magnetisierbares (vorzugsweise hochpermeabel μ >> 1) Material auf oder sind aus solchem Material hergestellt, so dass sie mit den Permanentmagneten 111 magnetisch wechselwirken und dadurch die Abdeckung 120 auf den Sekundärteilelementen 110 halten. Als Material eignet sich insbesondere sog. Elektroblech.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung oder zusätzlich kann das Halten der Abdeckung 120 auf dem Sekundärteilelement 110 mittels Einklemmens erfolgen, wobei beispielsweise die Stege 122 so voneinander beabstandet angeordnet sind, dass von zwei (vorzugsweise benachbarten) Stegen 122, welche in die zugehörigen Nuten 115 eingreifen, die dazwischen liegenden Permanentmagnete 111 eingeklemmt werden.
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Sind beide Haltemechanismen verwirklicht, können Stege, die entweder klemmen oder magnetisch halten, und/oder Stege, die sowohl klemmen als auch magnetisch halten, vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19853250 B4 [0008]
- DE 10318207 B4 [0009]
