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Linearer Schrittmotor
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Die Erfindung betrifft einen linearen Schrittmotor nach dem Reluktanzprinzip
zur Erzielung definierter Schrittweiten. Die Erfindung eignet sich vorzugsweise
für den Einsatz als Lineartransportmechanismus in Druck- und Schreibwerken.
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In der DD-PS 101 251 wird ein linearer Schrittantrieb beschrieben,
bei dem die U-förmigen Elektromagneten magnetisch entkoppelt und konzentrisch um
den als Stator fungierenden prismatischen Kern angeordnet sind. Die Elektromagnete
befinden sich in einem Gehäuse, welches auf dem prismatischen Kern gelagert ist
und sind einzeln einstellbar.
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Die DE-DS 2444492 beschreibt einen linearen Schrittmotor mit paarweise
erregten Polen in dem der magnetische Fluß in aufeinanderfolgenden Polen entgegengesetzt
gerichtet ist und die miteinander verkoppelt sind. Die Lagerung erfolgt in einem
nichtmagnetischen Rahmen.
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Der Lineartransportmechanismus in DE-OS 2718489 enthält oben- und
untenliegende E-Kerne, die mit federnden Rahmen verbunden sind, um Toleranzen der
Schiene auszugleichen. Der Fluß ist verkoppelt.
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Die beiden E-Kerne besitzen an beiden Seiten Fortsätze, in denen sich
die Rollen und Wellen für die Lagerung befinden.
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In der DE-OS 2826940 wird ein Hochleistungsschrittmotor mit einem
günstigen Masse-Leistungsverhältnis beschrieben. Der Stator ist in diesem Fall der
aktive Teil und der Läufer als Kurzläufer ausgebildet.
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Zur Verhinderung bzw. Reduzierung des magnetischen Längsflusses im
Läufer wird dieser aus abwechselnd magnetisch und nichtmagnetischen Segmenten aufgebaut
bzw. der Läufer enthält Durchbrüche, die den magnetischen Längsfluß auf 25 X und
vorzugsweise auf 10 % verringen.
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Der Zweiphasenschrittmotor der DE-OS 3149943 besitzt einen polarisierten
Rotor mit Nord-, Südpolsegmenten und einen in vier Pole geteilten symmetrischen
Stator, der über Zwischenstege verbunden ist.
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Durch die wechselseitige Ansteuerung werden hier Flußumverteilungen
über die einzelnen Pole erreicht.
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Der wesentliche Nachteil der bekannten Lösungen besteht darin, daß
für die Aufnahme der E-Kerne Gehäuse oder Rahmenkonstruktionen verwendet werden,
die eine magnetische Entkopplung der Systeme untereinander gewährleisten, aber eine
genaue Justage der einzelnen Systeme zueinander erfordern. Die Gehäuse oder Rahmen
enthalten dann die jeweiligen einstellbaren Lagerungen. Eine Verlängerung des E-Kernes
nach beiden Seiten zu Lagerzwecken führt zwar zu einer Einsparung eines tragenden
Gehäuses, erfordert aber zusätzliches magnetisches Material für die Lageraufnahme,
die Einstellung des Luftspaltes ist nur über eine Rahmenkonstruktion möglich. Nachteil
bei den bekannten Lösungen sind das ungünstige Masse-Leistungsverhältnis der Motoren,
die hauptsächlich in zusätzlichen Rahmen-bzw. Lageraufnahmekonstruktionen begründet
sind.
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Das Ziel der Erfindung ist es, einen linearen Schrittmotor mit einem
günstigen Masse-Lelstungsverhältnis zu schaffen, der einen geringen Herstellungsaufwand
besitzt und bei dem die Einstellung des Luftspaltes zwischen Magnetkörper und Schiene
einfach realisiert wird.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen linearen Schrittmotor mit
einem günstigen M asse-Leistungsverhältnis sowie minimalen äußeren Abmessungen herzustellen,
bei dem die Justage der einzelnen Magnetsysteme zueinander entfällt, und bei dem
keine zusätzlichen Rahmen-bzw. Lageraufnahmekonstruktionen benötigt werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Motor gelöst, der aus einem
Magnetkörper, welcher aus mehreren in einer Ebene liegenden, u-förmigen und mit
Wicklungen versehenen Magnetsystemen besteht, die je eine Verzahnung besitzen, welche
um eine konstruktive Schritt-
weite versetzt ist, und einer Schiene,
deren Verzahnung mit der der Magnetsysteme identisch ist und ihr nahe gegenüberstehend
angeordnet ist.
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Der Magnetkörper besteht aus einem Stück, das massiv oder geblecht
sein kann, wobei die einzelnen Magnetsysteme durch Schlitze derart voneinander getrennt
sind, daß die verbleibenden Zwischensteige eine ausreichende mechanische Festigkeit
und eine magnetische Trennung der einzelnen Systeme garantieren. Das Verhältnis
der Zwischenstegquerschnitte zum Magnetsystemquerschnitt ist kleiner 5 Ne. Weiterhin
befinden sich an ausgewählten Polen der Magnetsysteme Klemmvorrichtungen für die
Aufnahme der an Exzenterbolzen befestigten Räder, durch die die Größe des Luftspaltes
zwischen Magnetkörper und Schiene einfach und schnell eingestellt werden kann. Die
Exzenterbolzen bestehen aus einem Material mit geringer magnetischer Leitfähigkeit.
Weiterhin sind auf der Schiene geeignete Flächen zur Führung des Magnetkörpers vorgesehen.
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Der Magnetkörper wird aus einem Stück gefertigt, was den Vorteil hat,
daß die einzelnen Magnetsysteme nach der Fertigung nicht mehr zueinander justiert
werden müssen und somit den Herstellungsaufwand verringern. Durch seine geringen
Abmessungen und dadurch, daß für die Aufnahme der Elektromagnete keine Gehäuse oder
Rahmenkonstruktionen verwendet werden, zeichnet sich der erfindungsgemäße Motor
durch ein sehr günstiges Masse-Leistungsverhältnis aus.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeipiel näher erläutert
werden. Es zeigen: Fig. 1 Schnittdarstellung des linearen Schrittmotors ohne Räder
und Exzenterbolzen Fig. 2 Seitenansicht des linearen Schrittmotors Fig. 3 Schnittdarstellung
des linearen Schrittmotors
Der lineare Schrittmotor besteht aus
einer verzahnten Schiene 9 und dem Magnetkörper 1, dessen u-förmige Magnetsysteme
1. 1 - 1 .n (z. B. n = 3) in bekannter Weise mit Wicklungen 2.1 - 2.n versehen und
so angeordnet sind, daß die Verzahnung der Magnetsysteme 1.1 - 1 .n zueinander um
die konstruktive Schrittweite versetzt ist.
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Die Schlitze 3.1 - 3.n-1 bewirken eine Querschnittverringerung zwischen
den Magnetsystemen 1.1 - 1.n, was eine ausreichende magnetische Trennung zur Folge
hat. Die verbleibenden Zwischenstege 4,1 - 4.n-1, deren Querschnittsfläche weniger
als 5 % der Querschnittsfläche des Magnetsystems beträgt, gewährleisten eine ausreichende
mechanische Festigkeit des Magnetkörpers 1. Im Ausführungsbeispiel dienen die äußeren
Pole der außenliegenden Magnetsysteme 1.1 - 1 .n als Halteelemente für die mit Rädern
6.1 - 6.4 versehenen Exzenterbolzen 7. 1 - 7. 4. Die Klemmvorrichtungen 5.1 - 5.4
ermöglichen ein einfaches Einstellen des Luftspaltes 8 zwischen Magnetkörper 1 und
Schiene 9 und können auch in anderen Polen des Magnetkörpers 1 angeordnet sein,
so daß möglichst stabile und minimale Stützweiten der Lagerungen erzielt werden.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Magnetkörper 1.1. . .1.n
Magnetsysteme 2.1. ..2.n Wicklungen 3.1. ..3.n-1 Schlitze 4.1.. .4.n-1 Zwischenstege
5.1, 5.2, . . . Klemmvorrichtungen 6.1, 6.2, ... Räder 7.1, 7.2, . . . Exzenterbolzen
8 Luftspalt 9 Schiene