Linearantriebe sind allgemein bekannt. Beim Beschleunigen und Abbremsen eines Linearantriebs wirken Momentenbelastungen auf den Schlitten, die daher rühren, daß die im Linearmotor erzeugten Beschleunigungskräfte über Stützlager und Führungslager des Schlittens abgestützt werden, so daß sich zwischen dem Angriffsort der Beschleunigungskräfte am Schlitten und dem Angriffsort der Abstützkräfte am Schlitten Biegespannungen aufbauen. Je höher die Beschleunigung des Linearantriebs ist, desto höher sind die auf den Schlitten wirkenden Momentenbelastungen, so daß ein derartiger Linear- antrieb für hohe Beschleunigungen mit einem entsprechend steifen und damit auch schweren Schlitten ausgestattet werden muß, um eine Formänderung des Schlittens zu verhindern. Die damit verbundene hohe Masse des Schlittens steht aber der Erzielung einer hohen Beschleunigung wieder entgegen.

Bei wälzgelagerten Führungen können die Wälzkörper aufgrund ihrer Trägheit zudem bei hohen Beschleunigungen nicht mehr gemäß ihrer Kinematik abrollen, sondern beginnen zu gleiten, wodurch an den Wälzlagern eine erhöhte Reibung und ein erhöhter Verschleiß auftreten.

Um hohe Beschleunigungen eines Linearantriebs zu erzielen, ist es somit anzustreben, die Reibung in den Stützlagern und den Führungslagern des Schlittens zu minimieren. Der Linearantrieb besitzt dabei den entscheidenden Vorteil, daß er selbst berührungslos arbeitet. Dieser Vorteil wirkt sich besonders bei hohen Beschleunigungen vorteilhaft aus, wird aber durch die Verwendung wälzgelagerter Führungen oder von Gleitführungen wieder zunichte gemacht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearantrieb mit zumindest einem stationären Führungskörper und einem entlang einer vom Führungskörper bestimmten Bewegungsbahn translatorisch bewegbaren Schlitten anzugeben, der für sehr hohe Beschleunigungen ausgelegt ist.

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst von einem gattungsgemäßen Linearantrieb, bei dem die bewegliche Einheit aus Schlitten und bewegbaren Motorelementen an zumindest einem der stationären Teile, dem Führungskörper und/oder dem stationären Motorelement, mittels Gaslagerelementen berührungsfrei gelagert ist und bei dem der resultierende Wirkungsschwerpunkt der Antriebskräfte des Linearmotors, im Querschnitt des Schlittens betrachtet, mit dem Masse-Gesamtschwerpunkt der beweglichen Einheit aus Schlitten und bewegbarem Motorelement im wesentlichen zusammenfällt.

Durch die Lagerung des Schlittens mittels Gaslagerelementen ist der Schlitten berührungsfrei bewegbar, so daß die Reibung in den Stützlagern und in den Führungslagern des Linearantriebs minimiert wird.

Die Anordnung des Linearmotors derart, daß der resultierende Wirkungsschwerpunkt der Antriebskräfte des Linearmotors, im Querschnitt des Schlittens betrachtet, mit dem

Masse-Gesamtschwerpunkt der beweglichen Einheit aus Schlitten und bewegbarem Motorelement im wesentlichen zusammenfällt sorgt dafür, daß beim Beschleunigen keine Momente um die Querachse des Schlittens entstehen, so daß ein Verkanten des Schlittens auf den Stützlagern (Nickbewegung) ausgeschlossen ist.

Vorteilhafterweise sind zwei symmetrisch zur Bewegungsbahn angeordnete Linearmotoren vorgesehen, wobei sich eine Verbindungslinie der jeweiligen Wirkungsschwerpunkte der Antriebskräfte der beidseitig vom Schlitten angeordneten Linearmotoren, im Querschnitt des Schlittens betrachtet, im wesentlichen durch den Masse-Gesamtschwerpunkt der beweglichen Einheit aus Schlitten und bewegbaren Motorelementen erstreckt.

Diese Anordnung der Linearmotoren sorgt ebenfalls dafür, daß beim Beschleunigen keine Momente um die Querachse des Schlittens entstehen, so daß ein Verkanten des Schlittens auf den Stützlagern (Nickbewegung) auch bei einem solchen Aufbau eines Linearantriebs ausgeschlossen ist.

In einer weiteren vorteilhafte Ausführungsform sind zumindest drei symmetrisch zur Bewegungsbahn angeordnete Linearmotoren vorgesehen, wobei die Verbindungslinien zwischen einander benachbarten Wirkungsschwerpunkten der Antriebskräfte der um den Schlitten herum angeordneten Linearmotoren, im Querschnitt des Schlittens betrachtet, eine gedachte Fläche bilden und wobei der Flächenschwerpunkt dieser Fläche, der den resultierenden Wirkungsschwerpunkt bildet, im wesentlichen mit dem Masse-Gesamtschwerpunkt der beweglichen Einheit aus Schlitten und bewegbaren Motorelementen zusammenfällt.

Auch diese Anordnung der Linearmotoren sorgt dafür, daß beim Beschleunigen keine Momente um die Querachse des Schlittens entstehen, so daß ein Verkanten des Schlittens auf den Stützlagern (Nickbewegung) auch bei einem derartigen Aufbau eines Linearantriebs ausgeschlossen ist.

Vorzugsweise umgreift der Führungskörper den Schlitten zumindest teilweise und der Schlitten ist in Richtung seiner Längsachse translatorisch bewegbar, wobei der Schlitten mittels in den dem Schlitten zugewandten Innenflächen des Führungskörpers vorgesehenen Gaslagerelementen berührungsfrei gelagert ist, wobei der Schlitten an zwei voneinander abgewandten Längsseiten mit jeweils zumindest einer Magnetanordnung versehen ist, die sich jeweils parallel zur Längsachse des Schlittens erstreckt, wobei zwei seitliche, zueinander parallele, stationäre, Spulen aufweisende Motorelemente vorgesehen sind, die jeweils einer Magnetanordnung gegenübergelegen sind, wobei die Magnetanordnungen, in Richtung der Längsachse des Schlittens gesehen, deutlich kürzer sind als die Motorelemente, so daß Motorelemente und Magnetanordnungen zwei parallel zueinander angeordnete Linearmotoren bilden.

Die seitliche Anordnung zweier parallel zueinander gelegener Linearmotoren sorgt dafür, daß die auf den Schlitten vom Linearmotor einwirkenden Kräfte auf beiden Seiten des Schlittens gleichzeitig und gleichmäßig angreifen, so daß Momente um die Hochachse des Schlittens, die bei einem einseitig angebrachten Linearmotor auftreten würden, vermieden werden. Allein durch diese beidseitige symmetrische Anordnung der Linearmotoren wird bereits ein Verkanten des Schlittens in den Führungslagern (Gierbewegung) vermieden.

Der Aufbau der Linearmotoren mit den stationär angeordneten, die Spulen aufweisenden Motorelementen und den am Schlitten angebrachten Permanentmagnetanordnungen ermöglicht, daß alle

Versorgungsleitungen für die Linearmotoren (Stromversorgung, Wasserkühlung) sowie die Versorgungsleitungen für Druckgas für die in den stationären Führungskörpern befindlichen Gaslagerelemente gestellfest sind und somit nicht bewegt werden müssen. Der Schlitten kann daher äußerst leicht aufgebaut werden, so daß sehr hohe Beschleunigungen des Schlittens möglich sind.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Führungskörper U-förmige Gestalt auf und umgreift den Schlitten an drei Seiten.

Alternativ weist der Führungskörper ringförmige Gestalt auf und umgreift den Schlitten umfangsmäßig, wobei dann keine Unterdruckvorspannungs-Lagerung erforderlich ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Führungskörper vorgesehen, von denen einer im Bereich eines jeweiligen ersten Endes der parallel angeordneten Motorelemente und der andere im Bereich des jeweiligen zweiten Endes der parallel angeordneten Motorelemente vorgesehen ist, wobei beide Führungskörper koaxial miteinander ausgerichtet sind und wobei die Längserstreckung des Schlittens größer ist als der Abstand zwischen den beiden Führungskörpern. Diese Ausführungsform sorgt für eine hochpräzise Lagerung des Schlittens und ermöglicht einen Translationsweg des Schlittens, der der Länge eines Motorelements abzüglich der Länge einer Magnetanordnung entspricht. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für Linearantriebe geeignet, die äußerst schnelle und stark beschleunigte Hubbewegungen durchführen müssen, wie dies beispielsweise in Bestückungsautomaten für die Fertigungstechnik oder in der Meßtechnik erforderlich ist.

Vorzugsweise ist der Schlitten als Hohlrohr ausgebildet, wodurch aufgrund dieser Materialeinsparung eine weitere Gewichtsreduzierung des Schlittens ermöglicht wird. Das Hohlrohr des Schlittens kann dabei aus Leichtmetall oder aus einem Verbundwerkstoff wie einem Kohlefaser-Verbundwerkstoff oder einem Glasfaser-Verbundwerkstoff bestehen, wodurch noch eine weitere Gewichtsreduzierung erreicht werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Schlitten einen rechteckigen, vorzugsweise quadratischen, Querschnitt auf und auch der beziehungsweise die Führungskörper ist beziehungsweise sind als Rechteck-U beziehungsweise als Rechteckring, vorzugsweise als Quadratring, mit einem an den Querschnitt des Schlittens angepaßten Öffnungsquerschnitt zur Aufnahme des Schlittens ausgebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, daß der Schlitten verdrehungsfrei translatorisch bewegbar ist.

Vorzugsweise umfassen die Motorelemente eisenbehaftete Spulen.

Die Motorelemente sind in einer bevorzugten Ausführungsform fluidgekühlt, vorzugsweise wassergekühlt, wodurch vermieden wird, daß eine Aufheizung der Motorelemente auftritt, die wiederum durch Strahlungswärme eine Aufheizung und damit eine Verformung des Schlittens und der Führungskörper bewirken würde. Da der dünnwandige Schlitten aus anderem Material besteht als die Führungskörper würde bei einer Aufheizung dieser Elemente eine ungleichmäßige Wärmeausdehnung auftreten, so daß eine sichere Lagerung und Führung des Schlittens in den Führungskörpern nicht mehr gewährleistet sein könnte. Eine Fluidkühlung der Motorelemente vermeidet diese Problematik.

In einer bevorzugten Weiterbildung weisen die Gaslagerelemente in ihrer jeweiligen Lagerfläche eine Mehrzahl von Gasaustrittsdüsen auf, die von einem Druckgas beaufschlagt sind, so daß ein aus den Gasaustrittsdüsen austretender Gasstrom ein homogenes Gaspolster zwischen dem jeweiligen Gaslagerelement und der jeweiligen Oberfläche des Schlittens bildet. Als Gas wird vorzugsweise Druckluft verwendet.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist der Schlitten mittels Gaslagerelementen in einer Stützebene und in einer dazu orthogonalen Führungsebene oder parallel zu dieser am Führungskörper berührungsfrei gelagert ist, wobei der Schlitten an seinen beiden Längsseiten mit jeweils zumindest einem Spulen aufweisenden Schwert versehen ist, das sich parallel zur Stützebene erstreckt, wobei zwei seitliche, zueinander parallele stationäre Magnetschienen vorgesehen sind, die jeweils eine Magnetführungsnut zur berührungslosen Aufnahme der Schwerter aufweisen, wodurch Magnetschienen und Schwerter zwei parallel zueinander angeordnete Linearmotoren bilden.

Die seitliche Anordnung zweier parallel zueinander gelegener Linearmotoren, bei denen das jeweilige die eisenlosen Spulen aufweisende Schwert in einer Magnetführungsnut der Magnetschienen verläuft, sorgt dafür, daß die auf den Schlitten vom Linearmotor einwirkenden Kräfte auf beiden Seiten des Schlittens angreifen, so daß Momente um die Hochachse des Schlittens, die bei einem einseitig angebrachten Linearmotor auftreten würden, vermieden werden.

Allein durch diese beidseitige symmetrische Anordnung der Linearmotoren wird bereits ein Verkanten des Schlittens in den Führungslagern (Gierbewegung) vermieden, was bei Wälzlagern zum sogenannten Schubladeneffekt führt, bei dem eine Verklemmung auftritt.

Dieser alternative Linearantrieb ermöglicht ebenfalls eine berührungsfreie Beschleunigung des Schlittens ohne Nick-und Gierbewegungen des Schlittens, so daß keine Momentenlasten auf den Schlitten wirken. Dies wiederum ermöglicht es, den Schlitten leicht und schlank zu bauen, wodurch ein Erreichen hoher Beschleunigungen des Linearantriebs weiter erleichtert wird.

Vorzugsweise weist der Schlitten einen Kufenträger auf, der mit den Gaslagerelementen versehen ist.

Weiter vorzugsweise ist der stationäre Führungskörper mit einer Schlittenführungsnut versehen, deren seitliche Nutwandungen parallel zur Führungsebene verlaufende Führungsflächen bestimmen, auf denen erste Gaslagerelemente geführt sind, die beidseitig an einem Kufenschwert des im Querschnitt T-förmigen Kufenträgers vorgesehen sind. Diese feder-und nutenartige Führung des Schlittens im Führungskörper wird durch die schlanke Bauweise des Schlittens und insbesondere des Kufenschwertes ermöglicht, da die Führungsnut so schmal gehalten werden kann, daß selbst bei einer Verwendung unterschiedlicher Materialien für den Kufenträger (z. B. Aluminium) und den Führungskörper (z. B.

Stahl) die aufgrund der Wärmeabgabe der Linearmotoren entstehende Ausdehnung des Führungskörpers und des Kufenschwertes so gering bleibt, daß sie sich nicht negativ auf die Gaslageranordnung zwischen dem Kufenschwert und der Führungsnut auswirkt. Der Lagerspalt dieser Gaslageranordnung verändert sich dabei nur so geringfügig, daß er innerhalb von akzeptablen Toleranzgrenzen bleibt.

Weiter vorzugsweise weist der stationäre Führungskörper in der Stützebene verlaufende Stützflächen auf, auf denen mit

zweiten Gaslagerelementen versehene seitliche Kufenschenkel des im Querschnitt T-förmigen Kufenträgers geführt sind.

In einer bevorzugten Weiterbildung weisen die Gaslagerelemente in ihrer der jeweiligen Stützfläche beziehungsweise der jeweiligen Führungsfläche gegenüber gelegenen Lagerfläche eine Mehrzahl von Gasaustrittsdüsen auf, die von einem Druckgas beaufschlagt sind, so daß ein aus den Gasaustrittsdüsen austretender Gasstrom ein homogenes Gaspolster zwischen dem jeweiligen Gaslagerelement und der jeweiligen Stützfläche beziehungsweise der jeweiligen Führungsfläche bildet. Als Gas wird vorzugsweise Druckluft verwendet.

Vorzugsweise sind bei den Ausführungen des erfindungsgemäßen Linearantriebs die Gasaustrittsdüsen in der Lagerfläche eines jeweiligen Gaslagerelements von mittels eines energiereichen Strahls gebohrten Mikrolöchern gebildet, die vorzugsweise kegelförmig ausgebildet sind, wobei deren engster Querschnitt an der Mündung in die Lagerfläche gelegen ist. Diese von Mikrolöchern gebildeten Gasaustrittsdüsen sorgen für ein äußerst gleichmäßiges und homogenes Gaspolster. Diese Ausgestaltung der Gasaustrittsdüsen, die an sich bereits aus der DE 44 36 156 Cl bekannt ist, besitzt den Vorteil, daß der Luftverbrauch der Einzeldüsen äußert niedrig ist und daß eine große Anzahl Düsen für eine hohe statische Tragkraft in den Lagerkörper eingebracht werden kann, ohne dadurch den Gesamtgasverbrauch in unwirtschaftliche Bereiche steigen zu lassen.

In einer weiteren Ausgestaltungsform ist der Schlitten gegenüber dem Führungskörper unterdruckvorgespannt. Diese Unterdruckvorspannung, die durch ein an Bereiche des Schlittens angelegtes Vakuum erfolgen kann, verhindert ein Abheben des Schlittens vom Führungskörper, da durch die

Unterdruckvorspannung die im Stützlager entstehenden Gasdruck-Abstoßungskräfte durch die vom Unterdruck erzeugten Anziehungskräfte kompensiert werden.

Vorzugsweise werden die Linearmotoren von einer gemeinsamen Regelungseinrichtung beaufschlagt. Dadurch werden regelungsbedingte Asymmetrien im Antriebs-und Beschleunigungsverhalten der beiden Linearmotoren vermieden, was zusätzlich für eine Vermeidung von Momenten im Schlitten sorgt. Diese gemeinsame Regelung der beiden seitlichen Linearmotoren in Verbindung mit dem symmetrischen Aufbau des gesamten Linearantriebs sorgt dafür, daß die auf den Schlitten einwirkenden Momente um die Hochachse (Y-Achse) minimal werden.

Des weiteren ist es von Vorteil, wenn der Schlitten an einer Außenfläche mit einem Maßstab versehen ist, der sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Schlittens in Richtung der Längsachse und damit in Richtung der Bewegungsbahn erstreckt, wobei dem Maßstab gegenüber gelegen zumindest ein stationärer, gestellfester Lesekopf zur Abtastung der Einteilung des Maßstabs angeordnet ist und wobei das vom Lesekopf gebildete Signal an die Regelungseinrichtung zur Regelung des Vorschubs des Schlittens geleitet wird. Durch diese Integration des Maßstabs in den Schlitten wird dieser an einer idealen Lage positioniert, da zwischen dem Maßstab und dem bewegten Schlitten keine zusätzlichen Elemente vorgesehen sind, die eine unerwünschte Elastizität in das aus Schlitten und Maßstab gebildete bewegte System einbringen könnten, so daß die Regelung des Schlittenvorschubs mit minimierter Dämpfung erfolgen kann.

Des weiteren ist es von Vorteil, wenn der Schlitten an seiner Unterseite im Bereich des Führungskörpers mit dem zum

Führungskörper weisenden Maßstab versehen ist und wenn der zumindest eine Lesekopf im Führungskörper angeordnet ist.

Durch diese Integration des Lesekopfs in den Führungskörper wird auch der Lesekopf an einem idealen Ort positioniert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in dieser zeigt : Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten erfindungsgemäßen Linearantriebs, Fig. 2 eine Draufsicht auf den ersten erfindungsgemäßen Linearantrieb, Fig. 3 eine Rückansicht des ersten erfindungsgemäßen Linearantriebs in Richtung des Pfeiles III in Fig. 1, Fig. 4 eine Stirnansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Linearantriebs, Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Schlittens des zweiten Linearantriebs aus Fig. 4 und Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Stirnansicht eines dritten erfindungsgemäßen Linearantriebs.

In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten erfindungsgemäßen Linearantriebs dargestellt. Ein aus einem Vierkantrohr mit quadratischen Querschnitt bestehender Schlitten 3 ist axial verfahrbar in zwei in Axialrichtung voneinander beabstandeten Führungskörpern 2,2'mittels horizontaler und vertikaler Gasdrucklager gelagert. An seiner Vorderseite ist der Schlitten 3 mit einer zu bewegenden Nutzlast 10 versehen. Im dargestellten Beispiel ist dies ein Hohlspiegel.

Zwischen dem vorderen Führungskörper 2 und dem hinteren Führungskörper 2'sind, parallel zum Schlitten 3, ein linkes Motorelement 4 und ein rechtes Motorelement 5 vorgesehen,

die, wie die Führungskörper 2,2', stationär sind. Das erste, vordere Ende 4', 5'des jeweiligen Motorelements 4,5 ist dem vorderen Führungskörper 2 benachbart gelegen und das zweite, hintere Ende 4", 5"des jeweiligen Motorelements 4,5 ist dem hinteren Führungskörper benachbart gelegen.

In den Führungskörpern 4,5 sind in dem Fachmann bekannter Weise Erregerspulen eines Linearantriebs vorgesehen. Des weiteren sind die Motorelemente 4,5 wassergekühlt. Die Anschlüsse für die Stromversorgung und die Wasserversorgung der Motorelemente 4,5 sind zur Vereinfachung in den Zeichnungen nicht dargestellt.

Zwischen den Motorelementen 4,5 und dem Schlitten 3 sind Magnetanordnungen 6,7 vorgesehen, die am Schlitten 3 befestigt sind und die sich mit diesem bewegen können.

Zwischen den seitlichen die Flächen der Magnetanordnungen 6, 7 und der zum Schlitten 3 weisenden inneren Fläche des jeweiligen Motorelements 4,5 ist ein Luftspalt gebildet.

Die Länge 1 der Magnetanordnungen 6,7, in Richtung der Schlittenachse Z gesehen, ist kürzer als die Länge L eines Motorelement 4,5, so daß sich der Schlitten 3 zwischen den Führungskörpern 2,2'in Axialrichtung hin-und herbewegen kann. In den Fig. 1 und 2 ist der Schlitten in seiner nach vorne maximal ausgefahrenen Position gezeigt.

Das jeweilige Motorelement 4,5 und die diesen zugeordnete Magnetanordnung 6,7 bilden jeweils einen Linearmotor 8,9.

Die Anordnung der Linearmotoren 8,9, des Schlittens 3 und der Führungskörper 2,2'ist spiegelsymmetrisch zu einer durch die Schlittenachse Z verlaufenden Symmetrieebene Y, die im gezeigten Beispiel vertikal verläuft.

In Fig. 2 ist zu sehen, daß die Magnetanordnungen 6,7 aus einem am Schlitten 3 angebrachten Magnetträger 6', 7'sowie aus einer Mehrzahl von Magneten 6", 7"bestehen, die auf der vom Schlitten 3 abgewandten Außenseite des jeweiligen Magnetträgers 6', 7'in Axialrichtung nebeneinander angeordnet sind. Die jeweilige Magnetanordnung 6,7 bildet mit dem jeweiligen Motorelement 4,5 einen Linearmotor 8,9.

Jeder Linearmotor 8,9 besitzt, im Querschnitt gesehen, jeweils einen Wirkungsschwerpunkt S1, S2, in welchem die Antriebskräfte auf die jeweils zugeordnete Magnetanordnung 6, 7 und damit auf den Schlitten 3 wirken. Unter einem Wirkungsschwerpunkt SI, S2 wird der Punkt verstanden, an dem die Resultierende der im Linearmotor 8,9 auf die jeweils zugehörige Magnetanordnung 6,7 einwirkenden Antriebskräfte angreift.

Die Verbindungslinie V des Wirkungsschwerpunktes Si des linken Linearmotors und des Wirkungsschwerpunktes S2 des rechten Linearmotors verläuft im gezeigten Beispiel horizontal, und erstreckt sich durch den Schwerpunkt So des Schlittens 3. Räumlich betrachtet bilden die jeweiligen Wirkungsschwerpunkte S1, S2 des jeweiligen Linearmotors 8,9 jeweils eine Gerade WL1, WL2, die sich im gezeigten Beispiel parallel zur Längsachse Z des Schlittens 3 erstreckt, so daß beim gezeigten Beispiel die räumliche Bedingung gilt, daß die Verbindungsebene der jeweiligen Wirkungsschwerpunktsgeraden WL1 und WL2 durch die von Querschnitts-Schwerpunkten So des Schlittens 3 gebildete, ebenfalls zur Längsachse Z parallele Schwerpunktslinie WLo erstreckt. Hierdurch wird gewährleistet, daß beim Beschleunigen des Schlittens keine Nickmomente entstehen.

Die Ansicht der Fig. 3 zeigt auch die Lage der Gaslagerelemente 12,14,18,16. Obwohl in Fig. 3 nur der

hintere Führungskörper 2'zu sehen ist, gilt der nachfolgend beschriebene Aufbau auch für den vorderen Führungskörper 2.

Die Gaslagerelemente 12,14,16,18 sind auf den Innenflächen des quadratringförmigen Führungskörpers 2'vorgesehen. Ein oberes Gaslagerelement 12 und ein unteres Gaslagerelement 16 verlaufen horizontal und ein rechtes Gaslagerelement 14 sowie ein linkes Gaslagerelement 18 verlaufen vertikal. Die-nicht gezeigten-Gasaustrittsdüsen der Gaslagerelemente 12,14, 16,18 weisen in Richtung der zugeordneten oberen, unteren, linken beziehungsweise rechten Seitenfläche des im Querschnitt quadratischen Schlittens 3. Die Gaslagerelemente 12,14,16,18 können entweder als eigenständige Bauteile auf die zugeordnete Innenfläche eines Führungskörpers mit entsprechend größer ausgebildeter Durchtrittsöffnung aufgebracht sein, sie können aber auch integral in den Führungskörper eingearbeitet sein.

Der Schlitten 3 ist an seiner Unterseite mit einem Maßstab 20 versehen, der entweder steif und fest mit dem Schlitten 3 verbunden ist oder der an der unteren Fläche des Schlittens 3 unmittelbar aufgebracht ist. Bei dem Maßstab 20 handelt es sich vorzugsweise um einen Linearmaßstab mit einer Vielzahl von gleich voneinander beabstandeten Einteilungen. Unterhalb des Schlittens 3 ist zumindest ein Lesekopf 22 gestellfest und damit stationär angeordnet, der die Einteilungen des Maßstabs 20 erfaßt, wenn sich der Schlitten 3 über den Lesekopf 22 bewegt und der daraus ein Signal für die Bewegung des Schlittens 3 bildet, welches an eine-nicht gezeigte- Regelungseinrichtung für den Schlittenvorschub geleitet wird.

Auf diese Weise kann der Schlitten 3 mit einer sehr hohen Genauigkeit sowohl bezüglich der Wegstrecke als auch bezüglich der Geschwindigkeit verfahren werden. Diese stationäre Anordnung des Lesekopfes 22 besitzt den Vorteil, daß keine bewegten Kabelverbindungen für die

Spannungsversorgung zum und die Datenübertragung vom Lesekopf 22 erforderlich sind, wie dies sonst der Fall wäre, wenn der Lesekopf 22 am bewegten Schlitten 3 angebracht wäre.

Die Führungskörper können auch U-förmig ausgebildet sein, wobei der Schlitten dann über von Unterdruck beaufschlagte Gaslagerelemente im jeweiligen mittleren Schenkel der U-förmigen Führungskörper gegen den Führungskörper vorgespannt wird, um ein Abheben des Schlittens vom Führungskörper zu verhindern. Alternativ können die dort vorgesehenen Gaslagerelemente auch als kombinierte Überdruck-/Unterdrucklager ausgebildet sein.

In Fig. 4 ist eine Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Linearantriebs dargestellt, wobei die Zeichenebene rechtwinklig zur Stützebene X und zur Führungsebene Y liegt.

Der Linearantrieb 101 umfaßt einen Führungskörper 102, einen Schlitten 103 sowie linke und rechte Magnetschienen 104,105.

Der Führungskörper 102 ist an seiner Oberseite mit einer zentralen, sich in Längsrichtung des Führungskörpers 102 erstreckenden Schlittenführungsnut 110 versehen, deren seitliche Nutwandungen parallel zur die Symmetrieebene der Schlittenführungsnut 110 bestimmenden Führungsebene Y verlaufen. Die seitlichen Nutwandungen der Schlittenführungsnut 110 bilden Führungsflächen 112,114, auf denen erste Gaslagerelemente (z. B. Luftlager) 116,118 des Schlittens 103 geführt sind.

An seiner dem Schlitten zugewandten Oberseite ist der Führungskörper 102 mit in der Stützebene X verlaufenden Stützflächen 120,122 versehen, die links und rechts neben der Öffnung der Schlittenführungsnut 110 gelegen sind und sich parallel zu dieser in Längsrichtung des Führungskörpers

102 erstrecken. Auf den Stützflächen 120,122 sind zweite Gaslagerelemente (z. B. Luftlager) 124,126 des Schlittens geführt.

Links und rechts neben dem Führungskörper 102 sind, von diesem beabstandet, eine linke beziehungsweise rechte Magnetschiene 104,105 ebenfalls stationär angeordnet. Der Aufbau der Magnetschienen 104,105 ist spiegelsymmetrisch zur Führungsebene Y, so daß nachfolgend nur der Aufbau der linken Magnetschiene 104 beschrieben wird, der sinngemäß auch für die rechte Magnetschiene 105 zutrifft. Auf einem Sockel 128 ist ein Permanentmagneten aufweisender Magnetschienenkörper 130 angebracht, der eine in Längsrichtung verlaufende Magnetführungsnut 132 aufweist, die sich zur Mitte, also zur Führungsebene Y, hin öffnet und im wesentlichen horizontal verläuft. Der Magnetschienenkörper 130 besitzt somit im Querschnitt die Gestalt eines liegenden U.

Die Magnetschienen 104,105 und der Führungskörper 102 bilden in ihrer Längserstreckung die Bewegungsbahn W für den Schlitten 103, dessen Längserstreckung wesentlich kürzer ist.

Der in Fig. 5 in perspektivischer Ansicht dargestellte Schlitten 103 umfaßt einen im Querschnitt T-förmigen Kufenträger 134, dessen zentraler vertikaler Schenkel ein Kufenschwert 136 bildet, an dessen voneinander abgewandten Seitenflächen die ersten Gaslagerelemente 116,118 angebracht sind. Die gesamte Breite des Kufenschwertes 136 mit den daran angebrachten ersten Gaslagerelementen 116,118 ist geringfügig kleiner als die Breite der Schlittenführungsnut 110, so daß zwischen den außenliegenden Lagerflächen der Gaslagerelemente 116,118 und den Führungsflächen 112,114 jeweils ein Luftspalt von etwa 5 bis 10 Um, vorzugsweise 8 Am, gebildet ist. Auch zwischen dem Nutgrund der Schlittenführungsnut 110 und den unteren Flächen des

Kufenschwerts 136 und der ersten Gaslagerelemente 116,118 ist ein Spalt ausgebildet, der diese unteren Flächen vom Nutgrund beabstandet.

Der Kufenträger 134 weist zwei seitliche Kufenschenkel 138, 140 auf die sich quer zum Kufenschwert 136 erstrecken. An der Unterseite des linken Kufenschenkels 138 ist das linke zweite Gaslagerelement 124 so angebracht, daß die Lagerfläche des Gaslagerelements 124 nach unten in Richtung auf die linke Stützfläche 120 des Führungskörpers 102 weist. An der Unterseite des rechten Kufenschenkels 140 ist das rechte zweite Gaslagerelement 126 so angebracht, daß dessen Lagerfläche nach unten in Richtung auf die rechte Stützfläche 122 des Führungskörpers 102 weist.

Der Kufenträger 134 ist über nicht dargestellte, von Unterdruck beaufschlagte Gaslagerelemente an der Unterseite der seitlichen Kufenschenkel 138,140 gegen den Führungskörper 102 vorgespannt, um ein Abheben des Schlittens 103 vom Führungskörper 102 zu verhindern. Alternativ können die zweiten Gaslagerelemente 124,126 auch als kombinierte Überdruck-/Unterdrucklager ausgebildet sein.

Auf der Oberseite des Kufenträgers 134 sind zwei jochartige Brückenelemente 142,144 angebracht, die mit dem Kufenträger 134 fest verbunden sind und die den Kufenträger 134 links und rechts von dessen Kufenschenkeln 138,140 mit jeweiligen seitlichen Auslegearmen 142', 142", 144', 144"übergreifen.

An den jeweiligen linken Auslegearmen 142', 144'der jochartigen Brückenelemente 142,144 ist ein linkes Schwert 146 angebracht. Auf die gleiche Weise ist an den jeweiligen rechten Armen 142", 144"der jochartigen Brückenelemente 142, 144 ein rechtes Schwert 148 angebracht.

Die Schwerter 146,148 bestehen aus einem Kunststoff, beispielsweise einem glasfaserverstärkten Harz, in welches die Spulen des eisenlosen Linearantriebs eingelassen sind.

Der Aufbau der mit den Spulen versehenen Schwerter 146,148 eines eisenlosen Linearmotors ist dem Fachmann allgemein bekannt und wird hier daher nicht weiter beschrieben.

In Fig. 4 ist zu erkennen, daß die Schwerter 146,148 in die jeweilige Magnetführungsnut 132,132'der linken Magnetschiene 104 beziehungsweise der rechten Magnetschiene 105 eingreifen und zusammen mit dieser den jeweiligen Linearmotor 106,107 bilden. Jeder Linearmotor 106,107 besitzt, im Querschnitt gesehen, jeweils einen Wirkungsschwerpunkt Sl, S2, in welchem die Antriebskräfte auf das jeweils zugeordnete Schwert 146,148 wirken. Unter einem Wirkungsschwerpunkt S1, S2 wird der Punkt verstanden, an dem die Resultierende der im Linearmotor 106,107 auf das jeweils zugehörige Schwert 146,148 einwirkenden Antriebskräfte angreift.

Die Verbindungslinie L des Wirkungsschwerpunktes S1 des linken Linearmotors und des Wirkungsschwerpunktes S2 des rechten Linearmotors verläuft im gezeigten Beispiel parallel zur Stützebene X, also im gezeigten Beispiel horizontal, und erstreckt sich durch den Schwerpunkt So des Schlittens 103.

Räumlich betrachtet bilden die jeweiligen Wirkungsschwerpunkte Sl, S2 des jeweiligen Linearmotors 106, 107 jeweils eine Gerade Will, WL2, die sich im gezeigten Beispiel parallel zur Bewegungsrichtung W erstreckt, so daß beim gezeigten Beispiel die räumliche Bedingung gilt, daß die Verbindungsebene der jeweiligen Wirkungsschwerpunktsgeraden WL1 und WL2 durch die von Querschnitts-Schwerpunkten So des Schlittens 103 gebildete Schwerpunktslinie WLo erstreckt.

Aus Gewichtsgründen sind die Kufenträger 134 und vorzugsweise auch die Brückenelemente 142,144 hohl oder als Skelettstruktur ausgebildet.

Das Kufenschwert 136 ist an seiner zum Grund der Schlittenführungsnut 110 weisenden Fläche mit einem Maßstab 150 versehen, der entweder steif und fest mit dem Kufenschwert 136 verbunden ist oder der an der unteren Fläche des Kufenschwertes 136 unmittelbar aufgebracht ist. Bei dem Maßstab 150 handelt es sich vorzugsweise um einen Linearmaßstab mit einer Vielzahl von gleich voneinander beabstandeten Einteilungen. Am Nutgrund der Schlittenführungsnut 110 ist zumindest ein Lesekopf 152 angeordnet, der die Einteilungen des Maßstabs 150 erfaßt, wenn sich der Schlitten 103 über den Lesekopf 152 bewegt und der daraus ein Signal für die Bewegung des Schlittens 103 bildet, welches an eine-nicht gezeigte- Regelungseinrichtung für den Schlittenvorschub geleitet wird.

Auf diese Weise kann der Schlitten 103 mit einer sehr hohen Genauigkeit sowohl bezüglich der Wegstrecke als auch bezüglich der Geschwindigkeit verfahren werden. Diese stationäre Anordnung des Lesekopfes 152 besitzt den Vorteil, daß keine bewegten Kabelverbindungen für die Spannungsversorgung zum und die Datenübertragung vom Lesekopf 152 erforderlich sind, wie dies sonst der Fall wäre, wenn der Lesekopf 152 am bewegten Schlitten 103 angebracht wäre.

Zum Schlitten 103 führende Versorgungsleitungen für den Gasdruck für die Gaslagerelemente, für den Unterdruck für die Unterdruckvorspannung und für die elektrische Versorgung der Spulen in den Schwertern sind zur Vereinfachung nicht dargestellt, der Fachmann weiß jedoch, wie er derartige Versorgungsleitungen vorzusehen hat.

Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Linearantriebs 201 gemäß der Erfindung, der einen dreieckigen Schlitten 203 mit dem Querschnitt eines gleichschenkligen Dreiecks sowie drei symmetrisch zur Bewegungsbahn angeordnete Linearmotoren 206,207,208 aufweist. Jeder Seite des Schlittens 203 liegt ein Linearmotor 206,207,208 gegenüber. Der Aufbau der Linearmotoren entspricht im wesentlichen jenem in den bereits beschriebenen Beispielen der ersten beiden Ausführungsformen.

Die Verbindungslinien L1, L2, L3 zwischen den einander benachbarten Wirkungsschwerpunkten Slund S2, S2 und S3 sowie S3 und Si der Antriebskräfte der um den Schlitten 203 herum angeordneten Linearmotoren 206,207,208 bilden, im Querschnitt des Schlittens 203 betrachtet, eine gedachte Fläche A (in Fig. 6 schraffiert gezeichnet), deren Flächenschwerpunkt Ao den resultierenden Wirkungsschwerpunkt aller auf den Schlitten 203 wirkenden Antriebskräfte bildet und der im wesentlichen mit dem Masse-Gesamtschwerpunkt So der beweglichen Einheit aus Schlitten und bewegbaren Motorelementen zusammenfällt. Die Anordnung ist nicht auf drei Linearmotoren beschränkt, sondern kann auf eine nahezu beliebige Anzahl von symmetrisch um den Schlitten herum angeordneten Linearmotoren erweitert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, die lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dienen. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen. Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.