CH644813A5 - Druckmittelbetaetigter linearmotor. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetätigten Li-neanmotor für eine Transportvorrichtung.

Derartige Linearmotor werden insbesondere für Transportvorrichtungen verwendet, und ihr Abtriebsteil ist dann mit einem Transportwagen für die fördernden Güter verbunden. Auf diese Weise können auch grosse Abmessungen aufweisende Güter rohrpostähnlich gefördert werden. Eine entsprechende Transortvorrichtung ist in der DE-OS 27 37 924 beschrieben.

Bei dem bekannten Linearmotor ist zur S'cherstellung eines störungsfreien Betriebes ein grösseres radiales Spiel zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Magnetanordnungen und des Rohres notwendig. Bisher war man der Auffassung, dass man nur auf diese Weise die stets vorhandenen Oberflächenrauhigkeiten und Querschnittsun-genauigkeiten des Rohres aufnehmen kann. Andererseits wäre es natürlich im Hinblick auf die magnetische Mitnehmkraft zwischen Kolben und Abtriebsteil vorteilhaft, wenn man die Grösse des Gesamtluftspaltes zwischen den beiden Magnetanordnungen klein halten könnte. Man könnte dann zur Erzielung einer gewünschten Mitnehmkraft zwischen Kolben und Abtriebsteil des Linearmotors kleinere und damit weniger schwere und insbesondere erheblich billigere Magnetanordnungen verwenden als bisher.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein druckmittelbetätigter Linearmotor gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weitergebildet werden, dass eine grosse Mitnehmkraft zwischen Kolben und Abtriebsteil erzielt wird und trotzdem kein Hängenbleiben von Kolben und Abtriebsteil am Rohr zu befürchten ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss gelöst durch einen Linearmotor gemäss Anspruch 1.

Es wurde erkannt, dass die heutzutage zur Verfügung stehenden nicht magnetischen Rohrmaterialien eine so gute Oberflächenqualität aufweisen, dass an und für sich der Luftspalt zwischen den Magnetanordnungen und den Rohroberflächen gegenüber dem Stand der Technik erheblich vermindert werden könnte, obwohl sich hieraus in der Praxis bisher immer nicht hinnehmbare Betriebsstörungen ergeben haben. Es wurde nun aber erkannt, dass diese Betriebsstörung nicht auf Oberflächenrauhigkeiten und Querschnitts-ungenauigkeiten des Rohrmaterials zurückzuführen sind (sogar Stumpfverschweissungen von Rohrabschnitten können heute mit sehr guter Oberflächengüte durchgeführt werden), sondern darauf, dass sich aiif den Rohroberflächen stets Schmutz und Verunreinigungen befinden, welche bei klein gewählten Spalten zwischen den Magnetanordnungen und den Rohroberflächen nicht mehr durch diese hindurchlaufen können, sondern in diesen verkeilt werden. Dies ist bei dem erfindungsgemässen Linearmotor nicht mehr möglich, da die Abstreifringe des Abtriebsteils bzw. die Dichtringe des Kolbens den unter die Magnetanordnungen einlaufenden Teil der Rohroberflächen sauber halten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bildet man den Kolben gemäss Anspruch 3 aus, so kann ei sehr präzise durch Anlaufen an einem starren Hindernis zum Halten gebracht werden. Ein weiterer Vorteil ist der,

dass man auf diese Weise gemäss Anspruch 4 einen insgesamt grosse axiale Abmessung aufweisenden Kolben herstellen kann, der durch gekrümmte Rohrabschnitte bewegt werden kann, obwohl der radiale Abstand zwischen der inneren Magnetanordnung und der Rohrinnenwand nur klein ist. Man hat also einen langen Linearmotor mit gelenkig verbundenen Kolbenteilen und diesen zugeordneten, magnetisch gekoppelten, gegeneinander verschwenkbaren Abtriebsteilen. Ein derartiger Linearmotor kann somit eine grosse Traglast auf eine grosse Länge des Rohrs verteilen, hat eine gute Mitnehmkraft zwischen Kolben und Abtriebsteil und kann trotzdem durch gekrümmte Rohrabschnitte bewegt werden.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 ist im Hinblick auf das Kleinhalten magnetischer Streufelder in der Umgebung des Abtriebsteiles von Vorteil. Auf diese Weise können unerwünschte Bremskräfte verhindert werden, welche sonst beim Vorbeilaufen von Kolben und Abtriebsteil an magnetisierbaren Maschinenteilen entstehen.

Auch der segmentierte Aufbau der Magnetanordnungen, wie er im Anspruch 5 angegeben ist, trägt dazu bei, dass das Magnetfeld in axialer Richtung inhomogen ist, was wiederum das Mitnehmen des Abtriebsteiles durch den Kolben begünstigt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt die einzige Figur eine

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

perspektivische Ansicht eines Linearmotors mit kleinem Luftspalt zwischen den Magnetanordnungen, wobei ein Abschnitt des Abtriebsteils und des Rohres weggebrochen ist, um Einzelheiten des Kolbens zeigen zu können.

Die Zeichnung zeigt einen druckmittelbetätigten Linearmotor mit einem verhältnismässig dünnen und verhältnismässig kleinen Durchmesser aufweisenden Rohr 10 aus rostfreiem und nicht magnetischem Material, z.B. nicht magnetischem Edelstahl, Messing oder einem gegebenenfalls faserverstärkten Kunststoff. Dieses Rohr besteht aus stumpf zusammengeschweissten oder zusammengeklebten Rohrsegmenten 12a, 12b mit dazwischenliegenden Schweissnähten 14, welche sowohl auf der Rohrinnenseite als auch auf der Rohraussenseite keine Oberflächenunstetigkeiten bilden. Im Rohr 10, das wahlweise von seinen beiden Enden her mit einer Druckmittelquelle bzw. einer Druckmittelsenke verbindbar ist, ist ein insgesamt mit 16 bezeichneter Kolben angeordnet. Auf dem Rohr 10 läuft ein insgesamt mit 18 bezeichnetes Abtriebsteil des Linearmotors. Am letzteren ist eine nicht gezeigte Trageinrichtung für zu transportierende Güter befestigbar.

Der Kolben 16 hat einen aus Aluminium oder einem anderen nicht magnetischen Material mit geringem Gewicht gefertigten Kolbenkörper. Dieser trägt axial aufeinanderfolgend Permament-Ringmagnete 20, welche radial polarisiert sind und zwischen denen Distanzscheiben 22 angeordnet sind. Zu beiden Seiten der insgesamt hohlzylindrischen Anordnung von Ringmagneten 20 trägt der Kolbenkörper teilweise in Nuten des letzteren einsitzende und über die Kolbenkörperoberfläche überstehende und im Gleitsitz auf der Rohrinnewand laufende Gleitführungsringe 24. Axial ausserhalb der Gleitführungsringe 24 ist jeweils ein elastomerer Dichtring 26 vorgesehen, der ebenfalls in einer Nut des Kolbenkörpers einsitzt. Die beiden Stirnflächen des Kolbens tragen jeweils einen Puffer 28, über den der Kolben 16 an einem nicht wiedergegebenen feststehenden Anschlag abgebremst werden kann. Die Puffer 28 dienen ferner zur gelenkigen mechanischen Kopplung mehrerer Kolben 16, wie weiter genauer beschrieben wird.

Die äusseren Mantelflächen der Ringmagnete 20 haben geringen Abstand zur Innenwand des Rohres 10. Da aber die Anforderung der Ringmagnete 20 zu beiden Seiten durch die Gleitführungsringe 24 und die Dichtringe 26 abgeschlossen ist, ist es nicht möglich, dass von der Herstellung des Rohres 10 in diesem vorbliebene Verunreinigungen oder vom Druckmittel (vorzugsweise Öl oder eine Mischung aus 95% Wasser und 5% Öl) mitgechleppte Verunreinigungen in den kleinen Spalt zwischen der Aussenseite der Ringmagnetanordnung des Kolbens und die Innenseite des Rohres ; gelangt. Diese könnten zu einem Verklemmen des Kolbens 16 im Rohr 10 führen. Vielmehr werden derartige Verunreinigungen von den Dichtringen 26 — und falls sie doch einmal an diesen vorbeikommen sollten noch von den Gleit-führungsringen 24 — vor dem Kolben 16 hergeschoben, so dass der Ringmagnetanordnung stets ein sauberer Abschnitt der Rohrinnenwand gegenüberliegt.

Das Abtriebsteil 18 des Linearmotors ist im wesentlichen spiegelbildlich zum Kolben 16 aufgebaut, wobei die Spiegelfläche eine mitten zwischen den Rohroberflächen liegende Zylinderfläche ist. Dem Kolbenkörper entspricht so ein Hülsenteil 30, welches aber im Hinblick auf die Verminderung des magnetischen Streufeldes aus magnetisierbarem Material hergestellt ist. Das Hülsenteil 30 umgibt axial aufeinanderfolgende Permanent-Ringmagnete 32, die wiederum in radialer Richtung, und zwar in gleicher Richtung wie die Ringmagnete 12, polarisiert sind und durch dazwischenliegende Distanzscheiben 34 getrennt sind. Über elastomere Druckringe 36 sind die Ringmagnete 32 zwischen zwei eben644813

falls aus magnetisierbarem Material gefertigte und mit dem Hülsenteil 30 verschraubte Stirnwände 38 eingespannt.

Die Stirnwände 38 haben eine das Rohr 10 unter geringem Spiel umgreifende mittige Öffnung 40, und in deren mit einem Material mit niederer Reibung, z.B. Tetrafluoräthylen beschichteter innerer Umfangswand ist eine nach innen offene Nut 42 vorgesehen, in welcher ein Abstreifring 44 läuft. Die Abstreifringe 44 sorgen beim Abtriebsteil 18, bei dem die innere Mantelfläche der hohlzylindrishchen Magnetanordnung der Ringmagnete 32 nur geringen Abstand von der Oberfläche des Rohres 10 aufweist, dafür, dass keine Fremdkörper in den kleinen Spalt zwischen den Ringmagneten 32 und der Rohroberfläche eintreten können. Derartige Fremdkörper, welche auf der der Umgebungsatmosphäre ausgesetzten Rohroberfläche stets angetroffen werden, werden also von den Abstreifringen 44 weggeschoben, bevor sie die Ringmagnete 32 erreichen.

Dadurch, dass man den gesamten «Luft-»Spalt zwischen der durch die Ringmagnete 20 gebildeten inneren Magnetanordnung und der durch die Ringmagnete 32 gebildeten äusseren Magnetanordnung (dieser besteht aus dem Abstand der Ringmagnete 20 von der Rohrinnenwand, der Wandstärke des Rohres 10 und dem Abstand der Ringmagnete 32 von der Rohraussenwand) nun sehr klein wählen kann (kleine Fremdkörper brauchen nicht mehr zwischen den Magnetanordnungen und den Rohroberflächen hindurchtreten zu können), erhält man eine sehr gute magnetische Kopplung zwischen den beiden Ringmagnetanordnungen und damit eine gute Übertragung der vom Druckmittel bereitgestellten Kraft auf das Abtriebsteil.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, fluchten die Abstreifringe 44 und die Dichtringe 26 in radialer Richtung, so dass durch die Anpresskraft auf das Rohr insgesamt kein Drehmoment ausgeübt wird. Durch diese Anordnung ist auch ein leichtes Bewegen von Kolben und Abtriebsteil über gebogene Rohrabschnitte hinweg möglich.

Der oben beschriebene Linearmotor kann leicht für das Befördern schwerer Lasten modifiziert werden. Man braucht hierzu nur in einem Rohrabschnitt mit Hilfsentlüftung zwei Kolben 16 hintereinander so anzuordnen, dass sie mit ihren Puffern 28 aneinander anstossen, und für jeden Kolben ein Abtriebsteil auf das Rohr aufzuschieben, welches dann durch Magnetkräfte automatisch auf den zugehörigen Kolben ausgerichtet wird. Die Trageinrichtung für die Güter wird dann gelenkig mit jedem der Abtriebsteile verbunden. Die beiden Kolben bilden so effektiv einen Kolben doppelter (dreifacher usw.) Länge mit gelenkig «verbundenen» (durch Druck in Anlage aneinander gehaltenen) Einzelkolben, und die beiden (drei usw.) Abtriebsteile werden genau synchron bewegt. Auf diese Weise kann man das Gewicht der zu fördernden Last auf eine grosse Strecke des Rohres verteilen und erhält trotzdem keine Passungsprobleme, wie sie bei der Verwendung entsprechend langer Kolben und Abtriebsteile bei den erfindungsgemäss verwendeten kleinen Luftspalten zwischen den Magnetanordnungen und den Rohroberflächen erhalten würden. Auch gebogene Rohrabschnitte können durchfahren werden, was wiederum bei Verwendung entsprechend langer einstückiger Kolben und Abtriebsteile nicht möglich wäre.

Man erkennt, dass dies durch effektive Verlängerung des treibenden Teiles und des die Last tragenden Teiles des Linearmotors ohne irgendwelche Veränderung an den Standardteilen (Kolben 16, Abtriebsteil 18) möglich ist, also auch am Einsatzort und nach der Erstinstallation noch ohne weiteres möglich ist. Die Verteilung der Last auf eine grössere Länge des Rohres 10 ist von besonderer Bedeutung bei der Verwendung von dünnen Rohren, welche im Hinblick auf die magnetische Kopplung zwischen Kolben und Abtriebsteil besonders vorteilhaft sind. Auch dünne Kunststoff3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

644813

4

röhre, welche im Hinblick auf die Oberflächenbeschaffenheit an sich sehr vorteilhaft sind, haben in der Regel keine sehr grosse Tragkraft, und für sie eignen sich somit derartige, gelenkig verbundene Kolben und Abtriebsteile aufweisende Anordnungen besonders gut.

Zum Anhalten der Abtriebsteile bei einer gewünschten

Stelle, wird dort ein auf die Druckmittelversorgung zum Rohr 10 arbeitender Stellungsgeber installiert, welcher entweder ein mechanisch oder optisch auf das Ankommen des Abtriebsteiles ansprechender Geber oder ein induktiver Ge-s ber oder ein auf magnetische Streufelder ansprechender Geber, z.B. ein Reed-Schalter sein kann.

v

1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

644813

1. Druckmittelbetätiger Linearmotor für eine Transportvorrichtung,

mit einem an eine Druckmittelquelle anschliessbaren Rohr (10), mit einem im Rohr (10) strömungsmitteldicht laufenden Kolben (16), der in axialer Richtung zwischen zwei an den Kolbenenden angeordneten, Abstreifnnge (26) für die innere Rohroberfläche darstellenden Dichtringen eine holzylindrische innere Mitnehmer-Magnetanordnung (20) sowie Gleitführungsringe (24) trägt, und mit einem aussen auf dem Rohr (10) laufenden Abtriebsteil (18), das eine hohlzy-lindrische, von einer Hülse (30) umgebene, äussere Mitnehmer-Magnetanordnung (32) trägt und über an seinen Enden vorgesehene, den Abstreifringen (26) des Kolbens (16) in einer unbelasteten Ausgangsstellung näheiungsweise gegenüberliegende Abstreifringe (44) aus elastischem, nachgiebigem Material auf dem Rohr (10) verschiebbar angeordnet ist, wobei die beiden Mitnehmer-Magnetanordnungen (20, 32) jeweils durch in axialer Richtung aufeinanderfolgende, durch Distanzscheiben (22, 34) getrennte Ringmagnete gebildet werden und unter radialem Spiel in geringem Abstand zur benachbarten Rohroberfläche angeordnet miteinander magnetisch gekoppelt sind.

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstreifringe (44) des Abtriebsteils (18) in nach innen offenen Ringnuten (42) von radialen Stirnwänden (38) des Abtriebsteils (18) einsitzen, die jeweils eine das Rohr (20) unter geringem Spiel umgreifende mittige Öffnung (40) haben, deren innere Umfangswand mit einem Material niederer Reibung beschichtet ist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) an seinen Enden elastisch nachgiebige Puffer (28) trägt, deren Umfangsfläche ebenfalls unter radialem Abstand zur inneren Oberfläche des Rohres (10) verläuft.

4. Linearmotor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von mit ihren Puffern (28) aneinander an-stossenden Kolben (16) und eine entsprechende Mehrzahl von jeweils mit einem der Kolben magnetisch gekoppelten Abtriebsteilen (18).

5. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnungen jeweils durch axial aufeinanderfolgende, radial polarisierte Ringmagnete gebildet sind, welche durch dazwiscnenliegende, nichtmagnetisierbare Distanzscheiben getrennt sind.

6. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (30) aus magnetisier-barem Material besteht.