Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Führungsvorrichtung, mit einem Stator und einem relativ zu dem Stator entlang einer Führungsrichtung bewegbaren Läufer, wobei der Stator und der Läufer so magnetisiert oder magnetisierbar sind, dass ein durch den Stator und den Läufer verlaufendes Magnetfeld eine entlang der Führungsrichtung wirkende magnetische Unterstützungskraft auf den Läufer erzeugt, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine magnetische Unterstützungskraft erzeugende Vorrichtung ist aus der US 2004/0004405 A1 bekannt. Diese lässt sich kombinieren mit einem Linearantrieb, um etwa bei vertikaler An ordnung des Linearantriebs die durch den Linearantrieb zu bewegende Last vollständig bzw. größtenteils zu kompensieren, damit der Linearantrieb entlastet ist und im Wesentlichen nur hinsichtlich der dynamischen Belastung aufgrund der bewegten Last auszulegen ist. Fig. 19 der US 2004/0004405 A1 bzw. der dazugehörige Beschreibungsteil offenbaren einen Linear antrieb mit einer daran gekoppelten magnetischen Unterstützungskraftvorrichtung, wobei die beweglichen Teile in einem Stator geführt sind. Eine für die Führung geeignete Führungsein richtung kann beispielsweise über eine Profilschiene realisiert sein.

Ohne zusätzliche Maßnahmen treten bei einer Profilschiene oder einer ähnlich ausgeführten Führungseinrichtung allerdings Differentialschlupf, Ruckein und eine variierende Reibung auf, die die Ablaufeigenschaften der beweglichen Teile gegenüber dem Stator verschlechtern. Das Ruckein der Führung kann u.a. ein Klemmen der beweglichen Teile verursachen und wegen schlechter Regelbarkeit der Position letztlich zu erhöhtem Aufwand durch Nacharbeitung füh ren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine magnetische Führungsvorrichtung bereitzu stellen, welche eine magnetische Unterstützungskraft entlang der Führungsrichtung liefert und gleichzeitig für verbesserte Ablaufeigenschaften des Läufers gegenüber dem Stator durch Ver meidung von Differentialschlupf, Ruckein und variierender Reibung sorgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung die magnetische Führungsvorrich tung nach Anspruch 1 bereit.

Die Aufgabe wird sinngemäß dadurch gelöst, dass das durch den Stator und den Läufer ver laufende Magnetfeld zusätzlich eine magnetische Vorspannkraft erzeugt, die den Läufer und den Stator gegeneinander drängt. Dadurch wird eine entsprechende Druckkraft zwischen dem Läufer und dem Stator ausgeübt, sodass sich Differentialschlupf, Ruckein und variierende Rei bung vermeiden lassen, und der Läufer mit verbesserten Ablaufeigenschaften am Stator ge führt werden kann. Durch die erfindungsgemäße magnetische Führungsvorrichtung werden im Gegensatz zu Führungsvorrichtungen mit mechanischer Vorspannung des Läufers, z.B. Knickfederanordnungen, keine zusätzlichen Resonanzen oder Dynamiken höherer Ordnung in das System (Führung, Antrieb) eingebracht, wodurch sich Vorteile in der Positionsregelung ergeben. Außerdem ergeben sich bei längeren Hüben Vorteile im Bauraum gegenüber den Führungsvorrichtungen mit mechanischer Vorspannung des Läufers. Die erfindungsgemäße magnetische Führungsvorrichtung bildet somit eine magnetische Anordnung zur gleichzeitigen Erzeugung einer vorzugsweise konstanten Unterstützungskraft in Laufrichtung und einer transversalen Vorspannkraft, insbesondere für Profilschienenführungen, zur Verbesserung der Laufeigenschaften des Läufers. Die transversale Vorspannkraft bringt aber nicht nur bei Profilschienenführungen Vorteile, sondern beispielsweise auch bei als Luftlager ausgeführten Führungseinrichtungen, da hierdurch auf das aufwändige Vorsehen eines Vakuums zur Er zeugung der Vorspannkraft verzichtet werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.

Es kann sinnvoll sein, wenn das durch den Stator verlaufende Magnetfeld durch einen oder mehrere Permanentmagneten gebildet ist und die magnetische Unterstützungskraft aus schließlich durch das aus einem oder mehreren Permanentmagneten gebildete Magnetfeld erzeugt wird.

Es kann von Vorteil sein, wenn der Stator und/oder der Läufer zumindest abschnittsweise magnetisch und ggf. ansonsten magnetisch leitend ausgebildet ist/sind. Bei dieser Ausführung sind nur wenige oder keine externen Einrichtungen zur Erzeugung des Magnetfeldes notwen dig.

Es kann aber auch sinnvoll sein, wenn die Unterstützungskraft und/oder die Vorspannkraft entlang der Führungsrichtung über einen Stellweg des Läufers definierenden Bereich konstant ist/sind. Dadurch können entlang des Stellwegs besonders gleichmäßige und ruckfreie Bewe gungen erzielt werden. Gleichzeitig führt dies zu einer einfacheren Regelbarkeit und einer er höhten Positioniergenauigkeit eines mit der Führungsvorrichtung gekoppelten Antriebs. Die beiden Grenzen des Stellwegs des Läufers ergeben sich durch die Positionen entlang der Führungsrichtung, bei denen die Überdeckung zwischen Stator und Läufer minimal bzw. ma ximal ist (vgl. Fig. 1a). Es kann sich jedoch auch als hilfreich erweisen, wenn die Unterstützungskraft bei einer Bewe gung des Läufers gegenüber dem Stator entlang der Führungsrichtung variiert, vorzugsweise stetig, bevorzugt linear. So ist es vorstellbar, dass die Unterstützungskraft bei einer Bewegung des Läufers gegenüber dem Stator in der Führungsrichtung abnimmt, und bei einer Bewegung des Läufers gegenüber dem Stator entgegen der Führungsrichtung zunimmt. Vorzugsweise nimmt die Unterstützungskraft umso mehr zu, je weiter Stator und Läufer überlappen (vgl. Fig. 4).

Hierbei kann es vorteilhaft sein, dass sich die Querschnittsform des Stators in einer senkrecht zur Führungsrichtung ausgerichteten Schnittebene entlang der Führungsrichtung, insbeson dere über den Stellweg, und/oder der Abstand zwischen Läufer und Stator verändert.

Es kann sich aber auch als nützlich erweisen, wenn der Läufer entlang der Führungsrichtung in entgegengesetzten Richtungen bewegbar ist. Bei einer solchen Ausführung ist der Läufer reversibel zwischen den beiden Enden der Führungsstrecke positionierbar und kann wieder holt entlang der Führungsstrecke bewegt werden. Die Unterstützungskraft wirkt vorzugsweise in Führungsrichtung (z.B. +Z-Richtung) beschleunigend auf den Läufer und entgegen der Füh rungsrichtung (z.B. -Z-Richtung) verzögernd auf den Läufer.

Es kann sinnvoll sein, wenn der Stator ein Führungsprofil zur Führung des Läufers entlang der Führungsrichtung aufweist, wobei das Führungsprofil vorzugsweise alle Bewegungsfreiheits grade des Läufers mit Ausnahme der Bewegung entlang der Führungsrichtung sperrt. Vor zugsweise übergreift der Läufer den Stator formschlüssig in einer senkrecht zur Führungsrich tung ausgerichteten Schnittebene, wie z.B. eine Magnetschwebebahn die Schiene form schlüssig übergreift.

Es kann auch praktisch sein, wenn die Führungsrichtung entlang einer Geraden oder entlang einer Kreisbahn verläuft. Im erstgenannten Fall dient die Führungseinrichtung z.B. als Linear führung und im zweitgenannten Fall als Dreh- bzw. Rotationsführung. Mit diesen Ausführun gen erschließt sich der erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung ein breites Anwendungsfeld. Dreh- oder Rotationsführungen sind besonders vorteilhaft im Bereich von mit Drehmoment beaufschlagten Kugellagern einsetzbar.

Es kann sich als nützlich erweisen, wenn die magnetische Vorspannkraft zumindest teilweise oder aber vollständig in Richtung der Gewichtskraft des Läufers wirkt. Bei dieser Ausführung bewirkt das Magnetfeld den gegenteiligen Effekt wie bei einer Magnetschwebebahn, da es die Gewichtskraft des Läufers auf den Stator nicht etwa verringert oder aufhebt, wie es bei der Magnetschwebebahn der Fall ist, sondern die Krafteinwirkung zwischen Läufer und Stator zu sätzlich zur Gewichtskraft des Läufers erhöht. Bei dieser Ausführung gelingt eine besonders gute Verbesserung der Laufeigenschaften des Läufers. Es ist zwar grundsätzlich möglich, die Vorspannkraft zwischen Läufer und Stator auch durch eine größere Masse des Läufers zu erhöhen. Diese Maßnahme wird allerdings als nachteilig angesehen, weil die größere Masse des Läufers zu einem höheren Gesamtgewicht, schlechterer Dynamik und letztendlich höhe ren Kosten der Führungsvorrichtung führt. Im Übrigen ist die Erhöhung der Vorspannkraft durch Masse auch nur bei horizontaler Bewegung anwendbar, nicht aber bei vertikaler Bewe gung, weil in diesem Fall die Gewichtkraft parallel zur Führungsrichtung wirkt und nicht senk recht dazu; folglich führt ein höheres Gesamtgewicht bei vertikaler Bewegung nicht zu einem höheren Kontaktdruck zwischen Läufer und Stator. Durch die erfindungsgemäße Lösung gibt es keine reibungsbehaftete Lagerung der Kompensationskraft (z.B. wie in Knickfederanord nungen von Schraubenzugfedern), sodass sich Vorteile in der Positionsregelung gegenüber reibungsgehafteten Systemen ergeben.

Dabei kann es sinnvoll sein, wenn der Stator und der Läufer bei gegenseitiger Überlappung, d.h. innerhalb des Stellwegs, gemeinsam ein näherungsweise geschlossenes Ringprofil bil den, innerhalb dessen das Magnetfeld geführt ist, wobei das näherungsweise geschlossene Ringprofil vorzugsweise in einer senkrecht zur Führungsrichtung liegenden Ebene vorliegt, wobei die Profilachse des näherungsweise geschlossenen Ringprofils bevorzugt entlang oder parallel zur Führungsrichtung verläuft. Mit dieser Ausführung lassen sich hohe Magnetkräfte in und senkrecht zur Führungsrichtung besonders einfach erzeugen.

Es kann sich als praktisch erweisen, wenn der Stator oder der Läufer ein offenes Ringprofil mit einem Spalt aufweist, wobei das jeweils andere Element aus dem Stator und dem Läufer diesen Spalt überbrückt, um gemeinsam das näherungsweise geschlossene Ringprofil zu bil den. Mit dieser Ausführung können Läufer und Stator besonders effektiv und platzsparend magnetisch gekoppelt werden. Als Ringprofil wird ein Profil bezeichnet, das sich entlang einer in sich geschlossenen Linie erstreckt. Diese in sich geschlossene Linie kann z.B. polygonal, rechteckig, rund, oval oder kreisförmig sein. Als näherungsweise geschlossen kann ein Ring profil bezeichnet werden, wenn das jeweils andere Element aus dem Stator und dem Läufer den vom Stator oder Läufer gebildeten Spalt erkennbar verkleinert und beide Elemente entlang einer in sich geschlossenen Linie angeordnet sind, insbesondere, wenn beide Elemente in dieser Anordnung durch die Überbrückung des Spalts (stärker) magnetisch gekoppelt sind. In diesem Fall liegt eine Überbrückung des Spalts im Sinne der Erfindung vor, auch wenn kein Kontakt zwischen Läufer und Stator besteht, weil Läufer und Stator relativ zueinander beweg bar sind und relativ zueinander bewegbar bleiben müssen.

Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn der Stator oder der Läufer ein C-Profil oder ein U- Profil als offenes Ringprofil aufweist, wobei das jeweils andere Element aus dem Stator und dem Läufer das C-Profil oder das U-Profil zu einem O-Profil als das näherungsweise geschlos sene Ringprofil ergänzt. Als Profil wird hierbei das Querschnittsprofil senkrecht zur Führungs richtung bezeichnet. Derartige Grundprofile sind kostengünstig verfügbar und können auf ein fache Weise zu einem Ringprofil gekoppelt werden.

Es kann sich als nützlich erweisen, wenn magnetische Pole des Stators und/oder des Läufers entlang der magnetischen Feldlinien des durch Stator und Läufer verlaufenden Magnetfeldes gleichgerichtet oder gegenläufig gerichtet sind. Bei dieser Ausführung wird die zwischen Stator und Läufer wirkende Magnetkraft auf einfache Weise verstärkt. Wenn die magnetischen Pole des Stators und/oder des Läufers entlang der magnetischen Feldlinien des durch Stator und Läufer verlaufenden Magnetfeldes gegenläufig gerichtet sind, werden die Richtungen der Vor spannkraft sowie der Unterstützungskraft umgekehrt.

Es kann auch zweckdienlich sein, wenn der Stator und/oder der Läufer aus wenigstens einem Permanentmagneten und/oder wenigstens einem magnetisch leitenden Element aufgebaut ist/sind, wobei vorzugsweise der Permanentmagnet und/oder das magnetisch leitende Ele ment entlang der Führungsrichtung vorzugsweise eine konstante Querschnittsform auf weist/aufweisen, wobei bevorzugt der Permanentmagnet und/oder das magnetisch leitende Element eine polygonal rechtwinklige, insbesondere quaderförmige Querschnittsform auf weist/aufweisen. Als Profil wird hierbei wiederum das Querschnittsprofil senkrecht zur Füh rungsrichtung bezeichnet. Als polygonal rechtwinklig wird eine Querschnittsform bezeichnet, deren Außen- oder Innenwinkel 90° oder 270° betragen.

Es kann auch von Vorteil sein, wenn der Läufer relativ zu dem Stator in einer senkrecht zur Führungsrichtung liegenden Ebene verstellbar ist, vorzugsweise entlang und/oder senkrecht zu den magnetischen Feldlinien des durch Stator und Läufer verlaufenden Magnetfeldes, be vorzugt derart, dass die Kompensationskraft und/oder die Vorspannkraft durch Verstellen des Abstands zwischen Stator und Läufer einstellbar ist/sind. Mit dieser Ausführung kann die er findungsgemäße Führungsvorrichtung für bestimmte Anwendungen gezielt konfiguriert wer den. Überdies können Fertigungstoleranzen durch Verstellung der Relativpositionen von Läu fer und Stator besonders einfach kompensiert werden. Es kann aber auch sinnvoll sein, wenn die Führungsvorrichtung als Linearführung oder Dreh- bzw. Rotationsführung ausgebildet ist. Mit diesen Ausführungen erschließt die vorliegende Er findung ein breites Anwendungsfeld.

Begriffe und Definitionen

Unterstützungskraft

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff Unterstützungskraft eine auf den Läufer einwirkende Kraft, die insbesondere andere in Führungsrichtung auf den Läufer einwirkende Kräfte verstärkt, abschwächt, kompensiert oder sogar überkompensiert. Die Un terstützungskraft kann aber auch auf einen in Bezug auf die Führungsrichtung kraftfreien Läu fer einwirken, beispielsweise bei einer horizontal ausgerichteten magnetischen Führungsvor richtung, um etwa in eine Richtung eine höhere Dynamik zu erzielen oder aber um im Falle eines Stromausfalls ein Verfahren in eine bestimmte Endposition zu erzwingen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer als Linearführung ausgebildeten magnetischen Füh rungsvorrichtung gemäß der Erfindung, einerseits in Seitenansicht a) in unterschiedlichen Stel lungen an beiden Enden des Stellwegs und andererseits in einer Schnittansicht b) senkrecht zur Führungsrichtung.

Fig. 2 in den schematischen Schnittansichten a) bis h) weitere Ausführungsformen der erfin dungsgemäßen Führungsvorrichtung mit unterschiedlichen Konfigurationen von Läufer und Stator.

Fig. 3 in Ansicht a) eine Schnittansicht und in Ansicht b) eine perspektivische Darstellung einer als Dreh- bzw. Rotationsführung ausgebildeten Führungsvorrichtung gemäß der Erfindung, die beispielsweise zur Vorspannung und Erzeugung eines konstanten Drehmoments für ein Ku gellager eingesetzt werden kann.

Fig. 4 zeigt in a), b) und c) schematisch verschiedene Ausführungsformen von erfindungsge mäßen Führungsvorrichtungen, in welchen die Unterstützungskraft U über den Stellweg vari iert, wobei bei den Ausführungsformen a) und b) jeweils in der linken Bildhälfte eine Schnittan sicht in einer Ebene senkrecht zur Führungsrichtung und jeweils in der rechten Bildhälfte eine Seitenansicht dargestellt sind, und wobei bei der Ausführungsform c) in der linken Bildhälfte eine Schnittansicht in einer Ebene senkrecht zur Führungsrichtung und in der rechten Bild hälfte eine Draufsicht dargestellt sind.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die angehängten Figuren im Detail beschrieben.

Figur 1 zeigt in Ansicht a) ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer als Linearführung ausgebildeten magnetischen Führungsvorrichtung 1 von der Seite mit Blick auf eine Y-Z- Ebene und in Ansicht b) einen Schnitt durch diese Führungsvorrichtung 1 in einer X-Y-Ebene im eingezeichneten Koordinatensystem.

Die in Fig. 1 dargestellte Führungsvorrichtung 1 umfasst einen Stator 2 und einen relativ zu dem Stator 2 entlang (d.h. in und entgegen) einer Führungsrichtung Z bewegbaren Läufer 3. Die Führungsrichtung der Führungsvorrichtung 1 verläuft im eingezeichneten Koordinatensys tem in +Z-Richtung. Der Schnitt in Figur 1b) verläuft senkrecht zu der Führungsrichtung in der X-Y-Ebene. Der Stator 2 und der Läufer 3 sind so magnetisiert oder magnetisierbar, dass ein durch den Stator 2 und den Läufer 3 verlaufendes Magnetfeld M eine entlang der Führungs richtung wirkende magnetische Unterstützungskraft U auf den Läufer 3 erzeugt. Im vorliegen den Ausführungsbeispiel umfasst beispielsweise nur der Stator 2 einen Permanentmagneten. Der Läufer kann ferromagnetisch z.B. als Eisenteil ausgebildet sein, zur Erhöhung der Mag netkräfte aber auch als Permanentmagnet. Erfindungsgemäß erzeugt das durch den Stator 2 und den Läufer 3 verlaufende Magnetfeld M eine magnetische Vorspannkraft F, die den Läufer 3 und den Stator 2 gegeneinander drängt. Die Unterstützungskraft U wirkt einer auf den Läufer 3 einwirkenden Kraft, wie beispielsweise eine Federkraft oder - bei vertikaler Anordnung - der Gravitationskraft, entgegen. In bestimmten Anwendungsfällen kann es auch günstig sein, dass die Unterstützungskraft U eine auf den Läufer 3 einwirkende Kraft, also etwa eine Federkraft oder die Gravitationskraft, vollständig kompensiert und somit den Läufer 3 im Kraftgleichge wicht hält. Die Unterstützungskraft U wirkt im vorliegenden Fall in der +Z-Richtung, d. h. in Führungsrichtung. Die Vorspannkraft F wirkt im vorliegenden Ausführungsbeispiel in der -Y- Richtung.

Der im Querschnitt in der X-Y-Ebene symmetrisch und abschnittsweise magnetisch ausgebil dete Stator 2 weist eine Profilführungsschiene 2c auf, über die ein entsprechender Führungs wagen 3c des Läufers 3 beweglich entlang der Führungsrichtung Z gelagert ist. Mit dem Füh rungswagen 3c ist der Läufer 3 entlang der Führungsrichtung geführt während alle anderen möglichen Bewegungsfreiheitsgrade des Läufers 3 gesperrt sind. Wie in der Schnittansicht gemäß Figur 1b) schematisch dargestellt ist, ist auf jeder Seite der Profilführungsschiene 2c ein im Querschnitt rechteckiger Permanentmagnet 2a in einem magnetisch leitenden Element 2b aus Eisen mit einem C-förmigen Querschnittsprofil angeordnet. Beide Schenkel der C-Pro- file weisen von der Profiführungsschiene 2c weg. Der Permanentmagnet 2a ist jeweils auf dem unteren Schenkel des C-Profils angeordnet. Die magnetisch leitenden Elemente 2b stehen in Kontakt mit einer die Profilführungsschiene 2c tragenden Basis 2d. Der magnetische Nordpol N des Permanentmagneten 2a ist in +Y-Richtung ausgerichtet, während der magnetische Süd pol in -Y-Richtung weist. Das im Querschnitt C-förmige, magnetisch leitende Element 2b trägt somit den Permanentmagneten 2a am inneren Unterschenkel, um gemeinsam mit diesem ein offenes Ringprofil mit einem Spalt zu bilden, der zwischen dem magnetischen Nordpol N und dem inneren Oberschenkel des magnetisch leitenden Elements 2b verbleibt.

Der Läufer 3 ist zumindest abschnittsweise magnetisch leitend ausgebildet und umfasst im vorliegenden Fall eine mit dem Führungswagen 3c auf der Profilführungsschiene 2c geführte Plattform 3b und im Querschnitt in derX-Y-Ebene zwei seitlich davon angeordnete, L-förmige und magnetisch leitende Schenkel 3a. Die Schenkel 3a übergreifen den Stator 2 quer zur Führungsrichtung und dringen mit den Enden zueinander weisend jeweils in den jeweiligen Spalt zwischen dem Permanentmagneten 2a und dem inneren Oberschenkel des magnetisch leitenden Elements 2b des Stators 2 ein. Die zueinander weisenden Enden der Schenkel 3a überbrücken diesen Spalt magnetisch und komplettieren das offene Ringprofil des Stators 2 zu einem näherungsweise geschlossenen Ringprofil, innerhalb dessen das in Figur 1b mit einer Strichpunktlinie schematisch angezeigte Magnetfeld M verläuft.

Die Vorspannkraft F ist bei dieser Ausführung entlang der Führungsrichtung Z nicht über den gesamten Stellweg S des Läufers 3 konstant, sondern variiert in Abhängigkeit von der Position des Läufers 3 gegenüber dem Stator 2, wobei die Vorspannkraft F mit zunehmender Überlap pung von Läufer 3 und Stator 2 zunimmt und mit abnehmender Überlappung von Läufer 3 und Stator 2 abnimmt. An jeder Position des Stellwegs S, d.h. an jeder Position der gegenseitigen Überlappung von Stator und Läufer, ist jedoch gewährleistet, dass die Vorspannkraft F einen bestimmten minimalen Wert übersteigt. Die Unterstützungskraft U ist entlang der Führungs richtung Z über den gesamten Stellweg S des Läufers 3 hingegen konstant.

Die Schenkel 3a des Läufers 3 sind im vorliegenden Fall in Y-Richtung und/oder in X-Richtung verstellbar an der Plattform 3b des Läufers 3 befestigt. Dadurch ist der Läufer 3 in zwei senk recht stehenden Richtungen relativ zu dem Stator 2 in einer senkrecht zur Führungsrichtung liegenden X-Y-Ebene verstellbar, sowohl entlang der magnetischen Feldlinien des durch Sta tor 2 und Läufer 3 verlaufenden Magnetfeldes M in +/-Y-Richtung, als auch senkrecht dazu in +/-X-Richtung (Einsteckrichtung), sodass sowohl die Unterstützungskraft U als auch die Vor spannkraft F durch Verstellen des Abstands zwischen Stator 2 und Läufer 3 einstellbar sind. Es ist denkbar, dass anstelle der Schenkel 3a des Läufers 3 die magnetisch leitenden Ele mente 2b in Y-Richtung und/oder in X-Richtung verstellbar an der Basis 2d befestigt sind, um eine Einsteilbarkeit der Unterstützungskraft U und der Vorspannkraft F zu erzielen. Schließlich ist denkbar, dass sowohl die Schenkel 3a des Läufers 3, als auch die magnetisch leitenden Elemente 2b in Y-Richtung und/oder in X-Richtung verstellbar angeordnet sind. Natürlich kann man die magnetischen Eigenschaften von Läufer 3 und Stator 2 miteinander vertauschen, also den Magnetkreis am Läufer 3 befestigen und nicht oder zusätzlich auch am Stator 2.

Funktionsweise

Die Schenkel 3a des Läufers 3 werden durch die den Läufer 3 und den Stator 2 durchlaufende Magnetkraft in Richtung des jeweiligen Permanentmagneten 2a des Stators 2 gezogen. Diese Anziehungskraft erzeugt die Vorspannkraft F, mit der die Plattform 3b und der Führungswagen 3c des Läufers 3 an die Profilführungsschiene 2c des Stators 2 angepresst werden.

Innerhalb des Stellwegs S herrscht eine konstante Unterstützungskraft U in Laufrichtung, da der Läufer 3 durch magnetische Kräfte in die Anordnung gezogen wird, ähnlich wie in US 2004/0004405 A1 offenbart ist.

Durch relative Positionierung des Läufers 3 zum Stator 2 - bzw. deren magnetisch wirksamer Teile wie dem Permanentmagnet 2a und dem magnetisch leitenden C-Profil 2b - sind sowohl die in Richtung des Stators 2 wirkende Vorspannkraft F, als auch die in Führungsrichtung Z wirkende Unterstützungskraft U einstellbar. Die Vorspannkraft F wird primär eingestellt durch Annäherung des Läufers 3 an den Permanentmagneten 2a des Stators 2 in +/-Y-Richtung. Die Unterstützungskraft U wird primär eingestellt über die Eindringtiefe des Läufers 3 in den vom Permanentmagneten 2a und dem magnetisch leitenden Element 2b des Stators 2 gebildeten Spalt in +/-X-Richtung.

Figur 2 zeigt in den schematische Schnittansichten a) bis h) weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung 1 auf Basis der Ausführungsform gemäß Fig. 1, al lerdings mit unterschiedlichen Konfigurationen von Stator 2 und Läufer 3. Zu Darstellungszwe cken sind in Figur 2 vereinfachend nur die magnetisch wirksamen Teile von Stator 2 und Läufer 3 dargestellt. Es versteht sich von selbst, dass Stator 2 und/oder Läufer 3 neben den in An sichten a) bis h) dargestellten Teilen über weitere Teile verfügen können. In den nachstehen den Ansichten a) bis h) der Figur 2 bezeichnet das Bezugszeichen Fe ein magnetisch leitendes ferromagnetisches oder paramagnetisches Element. z.B. aus Eisen, während die Symbole N bzw. S die magnetischen Pole eines Permanentmagneten anzeigen (N für Nordpol, S für Süd pol). Die in den Ansichten a) bis h) dargestellten Schnitte verlaufen jeweils senkrecht zur Füh rungsrichtung bzw. in der X-Y-Ebene innerhalb des Überlappungsbereichs von Stator 2 und Läufer 3, d.h. innerhalb des Stellwegs S. Vorzugsweise weisen alle Profile entlang der Füh rungsrichtung eine konstante Querschnittsform auf.

In der Ausführung gemäß Figur 2a umfasst der Stator 2 zwei im Querschnitt vorzugsweise identische, rechteckige und magnetisch leitende ferromagnetische oder paramagnetische Ele mente Fe, zwischen denen ein Permanentmagnet N/S angeordnet ist, um ein C-förmiges, of fenes Ringprofil mit einem Spalt zu bilden. Die Öffnung zwischen den Schenkeln des C-Profils befindet sich in der Ansicht a) links. Der Permanentmagnet N/S weist eine größere Höhe als jedes magnetisch leitende Element des Stators 2 auf, und vorzugsweise weniger als die halbe Breite. Der im Querschnitt ebenfalls rechteckige ferromagnetische oder paramagnetische Läu fer 3 befindet sich im Spalt zwischen den Schenkeln des C-förmigen Stators 2, um den Spalt zu überbrücken und das offene C-förmige Ringprofil des Stator 2 zu einem näherungsweise geschlossenen Ringprofil zu komplettieren. Das resultierende Magnetfeld M ist hierbei durch die gestrichelte Linie symbolisch dargestellt ist. Optional ist der Läufer 3 relativ zu dem Stator 2 in der X-Y-Ebene verstellbar, vorzugsweise entlang und senkrecht zu den magnetischen Feldlinien des durch Stator 2 und Läufer 3 verlaufenden Magnetfeldes M, sodass die Unter stützungskraft U wie auch die Vorspannkraft F durch Verstellen des Abstands zwischen Stator 2 und Läufer 3 einstellbar sind.

Abweichend von der Ausführung gemäß Figur 2a ist der Läufer 3 in der Ausführung gemäß Figur 2b als im Querschnitt rechteckiger Permanentmagnet ausgebildet. Die magnetischen Pole N/S des Stators 2 und des Läufers 3 sind entlang der magnetischen Feldlinien des durch Stator 2 und Läufer 3 verlaufenden Magnetfeldes M gleichgerichtet. Die übrigen Merkmale dieser Ausführung entsprechen der Ausführung gemäß Figur 2a.

Abweichend von der Ausführung gemäß Figur 2b ist der Stator 2 in der Ausführung gemäß Figur 2c als magnetisch leitendes, einstückiges C-Profil aus ferromagnetischem oder para magnetischem Material ausgebildet. Lediglich der Läufer 3 umfasst einen Permanentmagne ten. Die übrigen Merkmale dieser Ausführung entsprechen der Ausführung gemäß Figur 2b. In der Ausführung gemäß Figur 2d ist der Stator 2 aus zwei im Querschnitt rechteckigen Per manentmagneten und einem im Querschnitt C-förmigen oder rechteckigen magnetisch leiten den Element aus ferromagnetischem oder paramagnetischem Material wie z.B. Eisen aufge baut. Diese magnetisierten oder magnetisch leitenden Teile bilden gemeinsam ein C-Profil mit oberseitiger Öffnung. Der im Querschnitt rechteckige und als magnetisch leitendes Element ausgebildete Läufer 3 überbrückt den zwischen den Schenkeln des Stators 2 gebildeten Spalt stirnseitig, um ein näherungsweise geschlossenes Ringprofil zu bilden.

In der Ausführung gemäß Figur 2e ist der Stator 2 aus zwei im Querschnitt rechteckigen und magnetisch leitenden Elementen sowie einem im Querschnitt rechteckigen oder quadrati schen Permanentmagneten aufgebaut. Der Nordpol N und der Südpol S des Permanentmag neten weisen zu unterschiedlichen Seiten bzw. magnetisch leitenden Elementen. Diese mag netisierten oder magnetisch leitenden Teile bilden gemeinsam ein C-Profil mit oberseitiger Öff nung. Der im Querschnitt rechteckige und magnetisch leitend ausgebildete Läufer 3 befindet sich in dem zwischen den Schenkeln des Stators 2 gebildeten Spalt, um das offene Ringprofil des Stators 2 zu einem näherungsweise geschlossenen Ringprofil zu vervollständigen.

In der Ausführung gemäß Figur 2f umfasst der Stator 2 ein magnetisch leitendes C-Profil aus ferromagnetischem oder paramagnetischem Material mit rechtsseitiger Öffnung. Ein im Quer schnitt rechteckiger Permanentmagnet befindet sich mit seinem magnetischen Nordpol N in Anlage an der Innenseite des oberen Schenkels des C-Profils, während sich der magnetische Südpol S eines weiteren im Querschnitt rechteckigen Permanentmagneten in Kontakt mit der Innenseite des unteren Schenkels des C-Profils befindet. Der im Querschnitt rechteckige und als magnetisch leitendes, ferromagnetisches oder paramagnetisches Element ausgebildete Läufer 3 befindet sich in dem zwischen den Permanentmagneten des Stators 2 gebildeten Spalt, um das offene Ringprofil des Stators 2 zu einem näherungsweise geschlossenen Ring profil zu vervollständigen.

Abweichend von der Ausführung gemäß Figur 2f ist der Läufer 3 in der Ausführung gemäß Figur 2g selbst als Permanentmagnet ausgebildet, wobei die magnetischen Pole N/S des Sta tors 2 und des Läufers 3 entlang der magnetischen Feldlinien des durch Stator 2 und Läufer 3 verlaufenden Magnetfeldes M gleichgerichtet sind. Die übrigen Merkmale dieser Ausführung entsprechen der Ausführung gemäß Figur 2f.

Abweichend von der Ausführung gemäß Figur 2e befindet sich der Läufer 3 in der Ausführung gemäß Figur 2h nicht zwischen den Schenkeln des C-Profils, sondern überbrückt den zwi schen den Schenkeln des Stators 2 gebildeten Spalt stirnseitig, ähnlich zur Ausführung gemäß Figur 2d, um ein näherungsweise geschlossenes Ringprofil zu bilden. Die übrigen Merkmale dieser Ausführung entsprechen der Ausführung gemäß Figur 2e bzw. der Ausführung gemäß 2d.

Die in Figur 2 dargestellten Ausführungen sind lediglich beispielhaft und nicht als beschrän kend zu verstehen. Es versteht sich von selbst, dass im Schutzbereich der Erfindung weitere Ausführungsformen realisierbar sind.

In der Ausführung gemäß Figur 3 ist die erfindungsgemäße Führungsvorrichtung Teil eines Rotationsaktors, wobei die Führungsrichtung entlang einer Kreisbahn verläuft. Diese Ausfüh rung ist vorteilhaft, beispielsweise um Kugellager vorzuspannen unter gleichzeitiger Erzeu gung eines konstanten Drehmoments.

Es versteht sich, dass eine Invertierung der Führungsvorrichtung, bei welcher der vorstehend beschriebene Stator als Rotor und der vorstehend beschriebene Rotor als Stator fungiert, vor dem Hintergrund der erfindungsgemäßen Lehre im Rahmen des fachmännischen Handelns liegt.

Fig. 4 zeigt drei verschiedene Ausführungsformen a), b) und c), bei welchen die Unterstüt zungskraft U über den Stellweg variiert. In diesen drei Ausführungsformen ist die Querschnitts form des Stators 2 in einer senkrecht zur Führungsrichtung Z ausgerichteten Schnittebene entlang der Führungsrichtung Z, insbesondere über den Stellweg, und/oder der Abstand zwi schen Läufer 3 und Stator 2 nicht konstant. Dadurch wird, je nach Position des Läufers 3 ent lang des Stellwegs gegenüber dem Stator 2, eine dem Betrag nach unterschiedliche Unter stützungskraft U auf den Läufer 3 ausgeübt. Natürlich wirkt sich das auch auf die Vorspann kraft F aus. Die Vorspannkraft F ist aber auch abhängig von u.a. der Überlappung von Läufer 3 und Stator 2 und daher ohnehin nicht konstant.

In den in Fig. 4 gezeigten Ausführungsformen a) und c) verändert sich die Unterstützungskraft U, je weiterder Läufer 3 in den Stator 2 eingeschoben ist, z.B. weil sich die magnetisch leitende Querschnittsfläche des Stator 2 und/oder der Abstand zwischen Läufer 3 und Stator 2 entlang der Führungsrichtung Z zumindest bereichsweise verändert/verändern.

In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform b) nimmt die Unterstützungskraft U über den Stell weg erst ab, dann wieder zu.

Durch derartige Gestaltungen lässt sich die auf den Läufer 3 ausgeübte Unterstützungskraft U gezielt an den jeweiligen Anwendungsfall anpassen. Natürlich lässt sich das in Fig. 4 gezeigte Prinzip auf alle in Fig. 2 gezeigten Statorprofile über tragen.

Bezugszeichenliste

1 Führungsvorrichtung

2 Stator

2a Permanentmagnet

2b Magnetisch leitendes Element

2c Profilschienenführung

2d Basis

3 Läufer

3a Schenkel

3 b Plattform

3c Führungswagen

X-Y Ebene senkrecht zur Führungsrichtung

Z Führungsrichtung

U Unterstützungskraft

M Magnetfeld

S Stellweg

F Vorspannkraft