WO2008055861A1 - Placement head for placing electrical components on a substrate, comprising a reciprocating rotary motor - Google Patents

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WO2008055861A1
WO2008055861A1 PCT/EP2007/061861 EP2007061861W WO2008055861A1 WO 2008055861 A1 WO2008055861 A1 WO 2008055861A1 EP 2007061861 W EP2007061861 W EP 2007061861W WO 2008055861 A1 WO2008055861 A1 WO 2008055861A1
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permanent magnet
placement head
displacement
stroke
coil
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PCT/EP2007/061861
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Inventor
Stefan Burger
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/02Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs
    • H02K33/04Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with armatures moved one way by energisation of a single coil system and returned by mechanical force, e.g. by springs wherein the frequency of operation is determined by the frequency of uninterrupted AC energisation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K26/00Machines adapted to function as torque motors, i.e. to exert a torque when stalled
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/04Mounting of components, e.g. of leadless components
    • H05K13/0404Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws
    • H05K13/0413Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws with orientation of the component while holding it; Drive mechanisms for gripping tools, e.g. lifting, lowering or turning of gripping tools
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/18Machines moving with multiple degrees of freedom

Definitions

  • the invention relates to a placement head for equipping substrates with electrical components with a rotary hub motor
  • substrates are equipped with electrical components.
  • the placement process is carried out by a placement head, which can be moved by means of a two-dimensional positioning system over the substrate to be loaded.
  • the placement head in this case has one or more holding devices, which are movable in a direction perpendicular to the substrate surface between a rest position and a working position.
  • the holding device is moved into the working position by means of a suitable electric drive.
  • the holding devices must be able to be rotated in order to be able to carry out a position correction of the picked-up components.
  • the holding device Before the placement process, the position of the component held on the pipette is measured and then a position correction is performed. Therefore, in addition to the suction pipette, the holding device has a rotary drive for rotating the pipette and the held component and a separate z-drive arranged above the rotary drive for lifting and lowering the pipette in the axial direction.
  • this consists of two individual drives linear rotary drive requires due to its structural design and the arrangement of the individual drive components a comparatively large amount of space, which is problematic when used in the placement technique, especially when using matrix or turret placement heads.
  • the placement head for equipping substrates with electrical components comprises a housing, a holding device for holding the components, as well as a rotary lifting motor.
  • the holding device is displaceable relative to the housing in a displacement direction by a stroke distance .DELTA.z and rotatably supported about a rotation axis parallel to the displacement direction.
  • the rotary hub motor comprises a primary section with mini- at least one multi-phase coil package in the form of a cylindrical hollow body, a secondary part with a permanent magnet, which is at least partially disposed within the cylindrical hollow body of the at least one coil package, relative to the primary part rotatable about a rotation axis and slidably mounted in a displacement direction by a stroke distance .DELTA.z and is magnetized transverse to the axis of rotation.
  • the rotary-stroke motor has a control device coupled to the primary part, by means of which the current through the coil package in amplitude and phase direction is controllable such that caused by the current magnetic field of the primary part interacts with the magnetic field of the permanent magnet and both a shift and causes a rotation of the secondary part relative to the primary part.
  • the drive By means of this structural design, it is possible to produce the drive very easily and inexpensively or to assemble. Since only one common drive is required for the rotational movement as well as for the lifting movement, the complexity of the overall system as well as the weight of the drive module can be significantly reduced. Is the weight in the foreground when using such a rotary hub motor, for example, in cases where the rotary hub motor module itself is moved to reduce the accelerated mass, the control device can also outside the rotary stroke Motor module are placed. Furthermore, by this drive concept, the rotary hub motor module can be kept very compact, which facilitates the use in a limited working environment, for example in a matrix or turret placement head, or even made possible.
  • the rotary hub motor on at least one multi-phase coil package in the form of a cylindrical hollow body, wherein the permanent magnet is at least partially disposed within the cylindrical hollow body.
  • the permanent Magnet of the secondary part is at least partially enclosed by the coil package of the primary part.
  • the coil package on an inclined winding whose turns are oblique to the generatrices of the cylindrical hollow body.
  • z. B a cylinder, parallel to its axis of rotation.
  • the oblique winding has both turns portions in the longitudinal direction (parallel to the axis of rotation) and perpendicular thereto in the circumferential direction and is designed such that the slope dz / du over the individual Windungs réelle along the circumference U of the cylindrical hollow body.
  • this winding geometry permits a very compact design, on the other hand, due to the oblique course of the turns relative to the axis of rotation, a high axial force between primary part and secondary part in the direction of the axis of rotation can be achieved.
  • the coil package on a winding with diamond-shaped turns on.
  • the cylindrical hollow body forming conductor is loosely wound winding next to winding approximately wound around a conductor diameter, bent into a cylinder and connected to form a unit.
  • This type of winding is also known as diamond winding or diamond winding.
  • This winding geometry allows due to the oblique course of the turns relative to the axis of rotation a high axial force with a comparatively compact design.
  • the displacement of the secondary part relative to the primary part over the stroke ⁇ z in its two end positions by stops limited such that the permanent magnet in a shift between the two end positions in each position at least one of the coil packages only partially overlaps.
  • the placement head has a return device, which has at least two sections (A, B) with different magnetic resistance or magnetic flux in the displacement direction and cooperates with the permanent magnet in such a way that forms a magnetic conclusion.
  • the return means is designed such that the permanent magnet during displacement over the stroke ⁇ z with at least two sections (A, B) of the return device overlaps simultaneously.
  • a defined force which is directed parallel to the axis of rotation and urges him in a preferred position along the stroke.
  • the permanent magnet is always endeavoring, along the stroke, to assume a preferred position relative to the return element, in which the magnetic resistance is minimal or the magnetic field see river is maximum. If the permanent magnet is forcibly moved away from this position, it moves automatically in the free state back into this preferred position.
  • a defined force acts on the permanent magnets, which forces it into the preferred position. This force is transferable to a coupled with the rotary hub motor body.
  • the force generation is non-contact, wear-free, long-term stable and hysteresis-free. An auxiliary energy, such as that required for pneumatic cylinders, is not required.
  • the sections (A, B) have materials with different magnetic resistance.
  • one of the sections may have stainless steel and the other section may have soft iron.
  • stainless steel has a significantly greater magnetic resistance or a lower magnetic flux than soft iron, so that the permanent magnet would always move in the free state in the direction of the section made of soft iron.
  • the rotary hub motor has portions which are spaced at different distances from the permanent magnet.
  • the sections may be made of the same or different materials.
  • the sections may be designed such that on the permanent magnet when moving over the stroke .DELTA.z either a constant or over the stroke distance .DELTA.z variable force acts, which is directed parallel to the direction of displacement.
  • the return device consists of two cylindrical sleeves, which are detachably connectable to each other and each having one of the sections (A, B) of the return path.
  • the inner diameter of the first sleeve is worked with the outer diameter of the second sleeve to fit, so that the two sleeves can be inserted into each other by hand.
  • the fixation can be done by friction, in principle, however, other fasteners, such as screws or pins, are applicable for this purpose.
  • other fasteners such as screws or pins
  • the primary part on a plurality of coil packages, which are arranged in the sliding direction side by side.
  • the secondary part is installed so that it can run back and forth between the coil packages. As a result, both the axial force and the maximum stroke can be increased.
  • the holding device is movable in a working position and in a rest position, wherein in the rest position held by the holding member is closer to the housing than in the working position.
  • the sections (A, B) of the return path are arranged such that acts on the holding device when moving over the stroke a force that urges the holding device in the rest position.
  • FIG. 1 is a schematic view of a placement machine
  • FIGS. 2A and 2B are schematic illustrations of a placement head
  • FIGS. 4A and 4B are schematic representations of a second embodiment of the resetting device
  • FIGS. 5A to 5C show schematic representations of a third embodiment of the resetting device
  • 6A and 6B are schematic cross-sectional views of the return device
  • Figure 7 is a schematic representation of a fourth embodiment of the return device.
  • FIGS. 8A and 8B show a schematic operating principle of the rotary lifting motor
  • Figures 9A and 9B are schematic representations of a skew winding
  • 10A to 10C are schematic illustrations of a rhombic winding
  • the placement machine 1 shows a placement machine 1 for loading substrates with electrical components 11 is shown schematically.
  • a transport path 3 for example, a conveyor belt to a placement space, equipped there with electrical components 11 and then transported away.
  • the placement process is performed by a placement head 4.
  • the placement head 4 is in a direction of transport (arrow x) of the substrates 2 parallel direction (arrow x) slidably mounted on a positioning 5.
  • the positioning arm 5 in turn is transversely mounted transversely to the transport direction (arrow y) on a support 6, which spans the transport path 3 bridge-like Ü.
  • the placement machine 1 further comprises a control device 7, which is coupled to the positioning arm 5 and the placement head 4 and controls the movement sequences.
  • a feed device 8 is provided in a feed region, which provide the electrical components for the placement head 4.
  • the placement head 4 is moved by means of the positioning arm 5 to the feeder 8, where it receives components 11, and is then moved over the substrate 2, where it deposits the components 11 on the substrate 2.
  • the placement head 4 comprises a housing 9 and a holding device 10 for holding the components 11, which is mounted on the housing 9 so as to be displaceable perpendicular to the substrate surface by a stroke ⁇ z in a direction of displacement (arrow z).
  • the holding device 10 between a rest position (shown in Figure 2A) and a working position (shown in Figure 2B) are moved back and forth. The rest position and the working position are spaced apart in the displacement direction by a stroke distance ( ⁇ z).
  • the placement head 4 further comprises a restoring device 12, which is coupled to the housing 9 and the holding device 10 such that the restoring device 12 exerts on the holding device 10 over the stroke a restoring force F, which is directed parallel to the direction of displacement and the holding device 10 in the Rest position ( Figure 2A) urges.
  • a restoring force F which is directed parallel to the direction of displacement and the holding device 10 in the Rest position ( Figure 2A) urges.
  • the exact structure of the return device 12 will be discussed later.
  • the placement head 4 has a drive 13, which may be designed as a lifting drive and the holding device 10 moved from the rest position to the working position.
  • This drive 13 can also be designed as an integrated rotary-hub motor, which in addition to the lifting movement, the holding device 10 can also rotate about a rotation axis D. This serves to bring a held on the holding device 10 component 11 in a prescribed angular position.
  • a component 11 held by the holding device 10 is arranged closer to the housing 9 in the rest position (FIG. 2A) than in the working position (FIG. 2B). The rest position is therefore occupied in particular when the placement head 4 is moved or when the holding device 10 performs no work such as the loading or picking up of components 11. This serves to protect the holding device 10 and the component 11.
  • the placement head 4 both with a restoring device 12 and with a drive 13, which can be designed as a combined rotary-stroke motor or as a pure lifting drive.
  • Both the drive 13 and the restoring device 12 can each be designed as a separate module, or integrated into a common module.
  • the drive 13 can also be embodied as a pure lifting drive, optionally in combination with the magnetic return 12, wherein this in turn can take place in two separate modules as well as in an integrated module.
  • FIGS. 3A and 3B a first embodiment of the invention, in which the drive 13 and the return device 12 are formed as separate modules, is shown schematically.
  • the return device 12 is coupled to the housing 9 and the holding device 10.
  • the Holding device 10 shown in the rest position and in Figure 3B in the working position.
  • the restoring device 12 comprises a permanent magnet 14, as well as a magnetic return device 15, which cooperates with the permanent magnet 14 in such a way that a magnetic return is formed.
  • the permanent magnet 14 is relative to the return device 15 in the direction of displacement (arrow z) by the same stroke distance .DELTA.z, as the holding device 10, displaceable.
  • the permanent magnet 14 also has a north pole (N) and a south pole (S), which are oriented transversely to the direction of displacement (arrow z).
  • the return device 15 has in the direction of displacement at least two sections A, B with different magnetic resistance or magnetic flux.
  • the sections A, B are formed or arranged such that the permanent magnet 14 during displacement over the stroke ⁇ z at the same time at least two sections A, B of the return device 15 overlaps.
  • the permanent magnet 14 tends to move in the direction of that portion A, B having the lower magnetic resistance and the higher magnetic flux, respectively. Because the permanent magnet 14 overlaps both sections A, B over the entire stroke ⁇ z, the restoring force F acts over the entire stroke ⁇ z.
  • the return device 15 is firmly connected to the housing 9 and the permanent magnet 14 is fixedly connected to the holding device 10.
  • the permanent magnet 14 moves together with the holding device 10 in the direction of displacement relative to the housing 9 and the return device 15.
  • the permanent magnet 14 therefore represents the mobile part of the return device 12 in this embodiment.
  • the rest position relative to the working position of the holding device 10 is characterized in that the holding device 10 in the rest position protrudes less far from the housing 9 or one of the Halteein- Direction 10 held member 11 closer to the housing 9 than in the working position.
  • the sections A, B of the feedback device 15 are therefore designed and arranged such that the magnetic resistance of the section A is smaller than the magnetic resistance of the section B.
  • the holding device 10 coupled to the permanent magnet 14 acts Therefore, the restoring force F, which urges the holding device 10 in the free state in the rest position (shown in Figure 3A). This state is also assumed when the entire placement head 4 is switched off, so that the holding device 10 is also in the current-free or unpowered state of the placement 4 in the rest position and is thus secured against damage. If a working process is to be carried out with the holding device 10, the holding device 10 must be moved by means of the drive 13 against the restoring force F into the working position (shown in FIG. 3B).
  • the movable permanent magnet 14 is equipped at its free ends with guide rods 16 which dive into corresponding guide channels 17 formed on the housing 9 or on a closure plate of the return device 12.
  • guide rods 16 In addition to the guide of the permanent magnet 14 in the direction of displacement, one of the guide rods 16 also serves as a connection means between the permanent magnet 14 and the holding device 10.
  • the second guide rod 16 can be used to couple the drive 13 to the return device 12.
  • the drive 13 can be configured as a pure lifting drive or as a rotary-hub motor, as will be explained in more detail below with reference to Figure 7.
  • the cross-sectional shapes for the restoring device 12 are both a rectangular or non-rotationally symmetrical cross section and a circular cross section. cut possible (see Figures 6A and 6B).
  • an external rotary lifting motor it is preferably an integrated rotary-stroke motor as shown in FIG.
  • a rotary hub motor with two separate drives - a first for the lifting movement and a second for the rotary movement.
  • FIGS. 3A and 3B A second embodiment of the return device 12 is shown in Figures 4A and 4B.
  • the second embodiment corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 3A and 3B.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that in this case the permanent magnet 14 is firmly connected to the housing 9 via a fastening element 27 and the retraction device 15 is firmly connected to the retaining device 10. In this case, therefore, the return device 15 moves together with the holding device 10 in the displacement direction relative to the permanent magnet 14 and the housing 9.
  • the stationary part and the return device 15 is the mobile part of the return device 12.
  • the return device 15 can be connected to stabilize the movement with a housing 9 formed on the guide means 18, such as a guide rail.
  • the holding device is in the rest position and in Figure 4B in the working position.
  • the restoring device 12 is designed here such that the magnetic resistance of the section B of the return device 15 is less than the magnetic resistance of the section A.
  • the restoring force F acts on the holding device 10 the holding device 10 urges in the rest position shown in Figure 4A.
  • the feedback device 15 due to the above-explained physical effect, has a relative Manentmagneten 14 moves in the free state such that the permanent magnet 14 as far as possible in the section B with the lower magnetic resistance or the larger magnetic flux is immersed. In this embodiment, therefore, a securing of the holding device 10 in the rest position in the de-energized state of the placement head 4 is ensured.
  • FIG. 5B A first possibility is shown in FIG. 5B.
  • the sections A, B are spaced from the permanent magnet 14 at different distances. Specifically, the portion A is spaced less far from the permanent magnet 14 than the portion B. Thereby, the air gap Dl between the portion A and the permanent magnet 14 is less wide than the air gap D2 between the portion B and the permanent magnet 14.
  • the magnetic resistance due to the narrower air gap Dl in section A is smaller than the magnetic resistance in section B.
  • the restoring force F is constant over the entire stroke length .DELTA.z, which is particularly advantageous when equipping with components of different heights.
  • FIG. 5A A second possibility is shown in FIG. 5A.
  • the distance between the sections A, B and the permanent magnet 14 is the same.
  • the sections A, B are made of materials having different magnetic resistance.
  • section A made of soft iron section B is made of stainless steel.
  • Soft iron has a significantly lower magnetic resistance and a higher magnetic flux compared to stainless steel.
  • the permanent magnet 14 is im- mer strives to move towards section A.
  • the restoring force F is constant over the entire stroke.
  • FIG. 5C A third possibility is shown in FIG. 5C.
  • the two sections A, B may consist of the same material, however, section B has a constant distance from the permanent magnet 14, whereas in section A the distance to the permanent magnet 14 decreases linearly from above to the center of the return device 15.
  • a high restoring force F acts on the permanent magnet in the lower position (drawn), which decreases when the permanent magnet 14 moves toward the upper end of the stroke ⁇ z.
  • FIGS. 6A and 6B show two possible cross-sectional shapes of the restoring device 12 along the cross-sectional line CC in FIG. 5A.
  • the return device 15 has a shape of a hollow cuboid, which encloses the cuboid permanent magnet 14.
  • the return means then being designed accordingly as a hollow prism.
  • the return device 15 is designed as a hollow cylinder and the permanent magnet 14 as an elongated cylinder.
  • the return device 15 surrounds the permanent magnet 14 radially.
  • both a linear displacement of the permanent magnet 14 and a rotation of the permanent magnet 14 relative to the return device 15 is possible.
  • both torque and linear displacement force can be exerted on the holding device 10.
  • By the rotation it would be possible, for example, to rotate a held by the holding device 10 component 11 in a certain angular position.
  • the drive 13 is a combined rotary-stroke engine with integrated restoring device. Accordingly, the drive 13 is designed for the holding device 10 as an electromagnetic drive 13.
  • the drive 13 comprises a fixedly connected to the housing 9 stationary part, which has two in the direction of displacement successively arranged coil packs 19 with corresponding coil windings.
  • the winding of each coil package advantageously has both sufficient winding components in the longitudinal direction (parallel to the axis of rotation) and orthogonal thereto in the circumferential direction in order to be able to adequately realize both the rotational movement and the stroke movement.
  • the stationary part is formed by the rear closing device 15, on whose side facing the permanent magnet 14 inside the coil packs 19 are arranged.
  • the placement head 4 is further associated with a drive control 20 for controlling the drive 13, which is electrically coupled to the coil packs 19.
  • the drive control 20 can be mounted both on the placement head 4 itself and on the support arm 5 or on a chassis (not shown) of the placement machine 1.
  • the coil packs 19 are powered by an external power source (not shown) via the drive controller 20.
  • This embodiment of the placement is characterized in particular by the fact that the permanent magnet 14 of the return device 12 at the same time the handset of the drive
  • the permanent magnet 14 interacts with the energized coil packs 19 in such a way that, with appropriate control by the drive control 20, the holding device 10 moves in the direction of displacement. For this purpose, however, it is necessary that the permanent magnet 14 only partially overlaps with at least one of the coil packs 19. In this embodiment, therefore elements of the return device 12 and the drive 13 are summarized. Because the permanent magnet 14 is both a component of the restoring device 12 and of the drive 13, components can be saved and the placement head 1 can be constructed more cost-effectively and more compactly. At the same time, the return device 15 also forms part of the stationary part of the drive 13.
  • the holding device 10 is coupled to the permanent magnet 14 and thus the permanent magnet 14 moves together with the holding device 10 relative to the return device 15 or to the housing 9, it is also possible that the holding device 10 is coupled to the return device 15 and, together with the latter, in the displacement direction relative to the permanent magnet secured to the housing 9
  • the permanent magnet 14 or the mobile part is used as the rotor. forms and rotatably mounted relative to the stationary part about the axis parallel to the axis of rotation D.
  • the embodiment according to FIG. 6B offers itself, in which the permanent magnet 14 is cylindrical and the return device 15 is formed as a hollow cylinder.
  • the coil packs 19 of the stationary part are each formed polyphase and the drive control 20 controls the current through the coil packs 19 in terms of amplitude and phase angle such that the current caused by the magnetic field of the stationary part interacts with the magnetic field of the permanent magnet 14 and causes both a linear displacement and a rotation of the rotor.
  • FIGS. 8A and 8B A detailed description of this principle of action can be found in the explanations of FIGS. 8A and 8B.
  • the provision of this rotary hub motor results in an even more compact design, since it can be dispensed with a separate rotary drive.
  • FIG. 7 Although a combined rotary-lift motor with integrated return device 12 is shown in FIG. 7, it is also possible to construct the return device 12 and the rotary lift motor separately from each other, as shown schematically in FIG.
  • the sections A, B of the return device 12 are replaced by a corresponding motor housing, which consists of two detachably interconnected housing parts, for example, two cylindrical sleeves 26.
  • the two sections A, B of the restoring device 12 may be formed in a one-piece motor housing, for example as a rotating part with a corresponding step.
  • the motor housing of the rotary hub drive then serves only as a magnetic conclusion for the coil packs 19, with a constant magnetic resistance.
  • FIGS. 8A and 8B the operating principle of the rotary lifting motor is shown schematically. As for the description of this
  • FIG. 8A shows the position of the permanent magnet 14 relative to the housing 9 in the direction of the axis of rotation D.
  • the rotational position of the permanent magnet 14 relative to the housing 9 shown in FIG. 8B is illustrated by the punctiform marking at the upper end of the permanent magnet 14.
  • the respectively associated current vector of the coil current is indicated as a phasor diagram.
  • the diagrams are intended to illustrate how only a rotational movement as well as a translatory movement of the permanent magnet 14 designed as a rotor within the housing can be realized by the change of the amplitude and the phase angle ⁇ of the current through the coil package 19.
  • the turns of the coil package 19 have both directional components in the direction of orientation of the axis of rotation D and perpendicular thereto in the direction of the circumference of the cylindrical coil package 19.
  • Possible embodiments of the winding geometry would be an oblique winding or else a diamond winding (see FIGS. 9A, 9B or 10A, 10B, 10C).
  • FIG. 8A shows how the permanent magnet 14 behaves when the amplitude of the coil current varies: If the amplitude increases, so the permanent magnet 14 of the rotor is pulled into the coil pack 19. For this purpose, those directional components of the coil current are responsible, in the circumferential direction, perpendicular to the axis of rotation D, run. If, however, the amplitude of the coil current is reduced, the permanent magnet 14 moves out of the coil 19 due to the restoring force F applied by the restoring device 12. It should be noted, however, that the permanent magnet 14 never completely immersed in the coil package or completely out of the coil package, but only partially overlaps over the entire stroke with at least one coil package.
  • the drive 13 advantageously has stops 21 on the guide rods 16 or on the housing, which limit the stroke movement of the permanent magnet 14 accordingly.
  • the proportion with which the permanent magnet 14 dips into the coil package 19 is preferably 25 to 75 percent of the total length of the coil package 19.
  • FIG. 8B illustrate how the permanent magnet 14 behaves when the current direction or the phase angle ⁇ of the coil current varies. If the phase angle ⁇ is increased (left-hand illustration in FIG. 8B), this results in a rotational movement of the permanent magnet to the left However, if the phase angle ⁇ is reduced (right-hand illustration in FIG. 8B), this results in a rotational movement of the permanent magnet to the right (see position of the marking in the right-hand illustration in FIG Figure 8B).
  • responsible for the rotational movement are those directional components of the coil current, which run parallel to the axis of rotation D. Shown schematically in FIGS. 9A and 9B are an oblique winding.
  • the skew winding is characterized in that the slope dz / du over the individual winding turns 22 along the circumference U of the cylindrical hollow body.
  • Under winding is a circulation or a loop of an electrical coil or winding to understand.
  • the coil package 19 is not built up from a plurality of individual windings, but consists of only one, continuous winding 23, which is preferably wound from a conductor.
  • Figure 9A shows a single turn 22 of such a helical winding.
  • the oblique arrangement of the coil current has both portions in the axial direction and in the circumferential direction.
  • a winding 23 a plurality of such turns 22 are placed next to each other, wherein the pitch dz / du over the individual Windungs réelle along the circumference U of the cylindrical hollow body takes place.
  • Such a complete winding 23 is shown schematically in FIG. 9B.
  • FIGS. 10A to 10C show schematic representations of a rhombic winding.
  • Figures 10A and 10B show a single turn 22 of such a rhombic winding. It is visible that within such a winding 22 by the oblique arrangement of the coil current has both shares in the axial direction and in the circumferential direction.
  • the copper conductors are arranged rhombic. To make such a winding, the wire is wound turn by turn on a square and then pressed to a flat band, as shown in Figure IOC. This move the
  • the active principle of the energized coil with diamond winding is similar to that of the helical winding:
  • the interaction of the permanent magnet 14 with the rotational magnetic field of the coil winding 23 generates both force components in the circumferential direction (by the axial turns shares) and force components in the A- xialides (by the Windungsanteile in the circumferential direction). Again, determines the requirement that the permanent magnet 14 is not completely immersed in the coil winding, but optimally with a share of 25 to 75 percent of the coil length, the maximum realizable stroke of the rotary hub motor.

Abstract

The invention relates to a placement head for placing electrical components on a substrate, comprising a housing, a holding device for holding the components, and a reciprocating rotary motor. The holding device can be displaced relative to the housing by a travel path Δz in the direction of displacement and is received so as to be rotatable about a rotational axis that is parallel to the direction of displacement. The reciprocating rotary motor comprises a primary part having at least one multi-phase coil package in the shape of a cylindrical hollow body, a secondary part having a permanent magnet at least some sections of which are arranged inside the cylindrical hollow body of the at least one coil package, which is rotatable about a rotational axis in relation to the primary part and which is received in a direction of displacement so as to be displaced by a travel path Δz and which is magnetized at a right angle to the rotational axis. The reciprocating rotary motor has a control device, coupled to the primary part, by which the current flowing through the coil package can be controlled in terms of its amplitude and phase orientation in such a manner that the magnetic field of the primary part generated by the current interacts with the magnetic field of the permanent magnet and effects both a displacement and a rotation of the secondary part in relation to the primary part.

Description

Beschreibungdescription
Bestückkopf zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauteilen mit einem Dreh-Hub-MotorPlacement head for equipping substrates with electrical components with a rotary hub motor
Die Erfindung betrifft einen Bestückkopf zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauteilen mit einem Dreh-Hub- MotorThe invention relates to a placement head for equipping substrates with electrical components with a rotary hub motor
In der Technik gibt es zahlreiche Beispiele, in der Bauteile gehandhabt werden müssen, beispielsweise in der Bestücktechnik. In der Bestücktechnik werden Substrate mit elektrischen Bauteilen bestückt. Der Bestückvorgang wird durch einen Bestückkopf durchgeführt, welcher mittels eines zweidimensiona- len Positioniersystems über dem zu bestückenden Substrat verfahrbar ist. Der Bestückkopf weist dabei eine oder mehrere Halteeinrichtungen auf, welche in einer Richtung senkrecht zur Substratoberfläche zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition bewegbar sind. Zur Durchführung eines Ar- beitsvorgangs, d.h. zum Aufnehmen bzw. Absetzen der Bauteile, wird die Haltevorrichtung mittels eines geeigneten elektrischen Antriebs in die Arbeitsposition bewegt. Darüber hinaus müssen die Halteeinrichtungen gedreht werden können, um eine Lagekorrektur der aufgenommenen Bauteile durchführen zu kön- nen. Dabei werden für die Bewegungen der Halteeinrichtungen oftmals separate Antriebe für die Drehbewegung sowie die Hubbewegung verwendet. Sind mehrere Halteeinrichtungen vorgesehen, so wird zum Teil auch ein gemeinsamer Antrieb für alle Halteeinrichtungen eingesetzt, was jedoch Kopplungseinrich- tungen oder Zwischengetriebe erforderlich macht. Beide Möglichkeiten sind jedoch technisch aufwändig und damit teuer in der Realisierung. Darüber hinaus bedeutet ein Mehr an Mechanik meist auch ein Mehr an Gewicht, was sich negativ auf das Beschleunigungsverhalten des Bestückautomaten auswirkt. Daher ist man bei Neuentwicklungen bestrebt, die Baugruppen möglichst leicht und kompakt zu halten. Aus der Patentschrift US2002/0178578A1 ist eine Halteeinrichtung mit einer Saugpipette für den Einsatz an einem Bestückkopf bekannt, welche zum Ansaugen und Festhalten elektrischer Bauteile sowie zum anschließenden Bestücken eines Substrats, beispielsweise einer Leiterplatte, in einem Bestückautomaten eingesetzt wird. Vor dem Bestückvorgang wird die Lage des an der Pipette gehaltenen Bauelements vermessen und anschließend eine Lagekorrektur durchgeführt. Daher verfügt die Halteein- richtung neben der Saugpipette über einen Drehantrieb zum Drehen der Pipette und des gehaltenen Bauteils sowie einen oberhalb des Drehantriebs angeordneten, separaten z-Antrieb zum Anheben und Absenken der Pipette in axialer Richtung. Dieser aus zwei Einzelantrieben bestehende Linear-Dreh- Antrieb benötigt jedoch aufgrund seiner konstruktiven Gestaltung bzw. der Anordnung der einzelnen Antriebskomponenten einen vergleichsweise großen Bauraum, was bei einem Einsatz in der Bestücktechnik, insbesondere bei Verwendung von Matrixoder Revolver-Bestückköpfen, problematisch ist.In the art there are numerous examples in which components have to be handled, for example in the placement technique. In placement technology, substrates are equipped with electrical components. The placement process is carried out by a placement head, which can be moved by means of a two-dimensional positioning system over the substrate to be loaded. The placement head in this case has one or more holding devices, which are movable in a direction perpendicular to the substrate surface between a rest position and a working position. For carrying out a work process, ie for picking up or settling the components, the holding device is moved into the working position by means of a suitable electric drive. In addition, the holding devices must be able to be rotated in order to be able to carry out a position correction of the picked-up components. In this case, separate drives for the rotational movement and the lifting movement are often used for the movements of the holding devices. If a plurality of holding devices are provided, a common drive is also used in part for all holding devices, which however requires coupling devices or intermediate gear. However, both options are technically complex and therefore expensive to implement. In addition, an increase in mechanics usually means more weight, which has a negative effect on the acceleration behavior of the placement machine. Therefore, it is endeavored in new developments to keep the assemblies as lightweight and compact. From the patent US2002 / 0178578A1 a holding device with a suction pipette for use on a placement is known, which is used for sucking and holding electrical components and for subsequent loading of a substrate, such as a printed circuit board in a placement. Before the placement process, the position of the component held on the pipette is measured and then a position correction is performed. Therefore, in addition to the suction pipette, the holding device has a rotary drive for rotating the pipette and the held component and a separate z-drive arranged above the rotary drive for lifting and lowering the pipette in the axial direction. However, this consists of two individual drives linear rotary drive requires due to its structural design and the arrangement of the individual drive components a comparatively large amount of space, which is problematic when used in the placement technique, especially when using matrix or turret placement heads.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Bestückkopf zu entwickeln, welcher sich durch seine kompakte Bauweise für einen Einsatz in einem Bestückautomaten auszeichnet .It is therefore an object of the present invention to develop a placement, which is characterized by its compact design for use in a placement.
Diese Aufgabe wird durch den Bestückkopf gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the placement head according to claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Der Bestückkopf zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauelementen gemäß Anspruch 1 umfasst ein Gehäuse, eine Halteeinrichtung zum Halten der Bauteile, sowie einen Dreh-Hub- Motor. Die Halteeinrichtung ist relativ zum Gehäuse in einer Verschieberichtung um eine Hubstrecke Δz verschiebbar sowie um eine zur Verschieberichtung parallele Drehachse drehbar gelagert. Der Dreh-Hub-Motor umfasst ein Primärteil mit min- destens einem mehrphasigen Spulenpaket in der Form eines zylindrischen Hohlkörpers, ein Sekundärteil mit einem Permanentmagneten, welcher zumindest abschnittsweise innerhalb des zylindrischen Hohlkörpers des zumindest einen Spulenpakets angeordnet ist, relativ zum Primärteil um eine Drehachse drehbar und in einer Verschieberichtung um eine Hubstrecke Δz verschiebbar gelagert ist und quer zur Drehachse magnetisiert ist. Weiterhin weist der Dreh-Hub-Motor eine mit dem Primärteil gekoppelte Steuereinrichtung auf, mittels der der Strom durch das Spulenpaket hinsichtlich Amplitude und Phasenrichtung derart steuerbar ist, dass das durch den Strom verursachte Magnetfeld des Primärteils mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten wechselwirkt und sowohl eine Verschiebung als auch eine Rotation des Sekundärteils relativ zum Primärteil bewirkt.The placement head for equipping substrates with electrical components according to claim 1 comprises a housing, a holding device for holding the components, as well as a rotary lifting motor. The holding device is displaceable relative to the housing in a displacement direction by a stroke distance .DELTA.z and rotatably supported about a rotation axis parallel to the displacement direction. The rotary hub motor comprises a primary section with mini- at least one multi-phase coil package in the form of a cylindrical hollow body, a secondary part with a permanent magnet, which is at least partially disposed within the cylindrical hollow body of the at least one coil package, relative to the primary part rotatable about a rotation axis and slidably mounted in a displacement direction by a stroke distance .DELTA.z and is magnetized transverse to the axis of rotation. Furthermore, the rotary-stroke motor has a control device coupled to the primary part, by means of which the current through the coil package in amplitude and phase direction is controllable such that caused by the current magnetic field of the primary part interacts with the magnetic field of the permanent magnet and both a shift and causes a rotation of the secondary part relative to the primary part.
Mittels dieser konstruktiven Gestaltung ist es möglich, den Antrieb sehr einfach und kostengünstig herzustellen bzw. zu montieren. Da sowohl für die Drehbewegung als auch für die Hubbewegung nur ein gemeinsamer Antrieb benötigt wird, können die Komplexität des Gesamtsystems, aber auch das Gewicht des Antriebsmoduls deutlich reduziert werden. Steht beim Einsatz eines derartigen Dreh-Hub-Motors das Gewicht im Vordergrund, beispielsweise um in Fällen, in denen das Dreh-Hub-Motor- Modul selbst verfahren wird, die beschleunigte Masse zu reduzieren, so kann die Steuereinrichtung auch außerhalb des Dreh-Hub-Motor-Moduls platziert werden. Weiterhin kann durch dieses Antriebskonzept das Dreh-Hub-Motor-Modul sehr kompakt gehalten werden, was den Einsatz in einer räumlich begrenzten Arbeitsumgebung, beispielsweise in einem Matrix- oder Revolver-Bestückkopf, erleichtert bzw. überhaupt erst ermöglicht.By means of this structural design, it is possible to produce the drive very easily and inexpensively or to assemble. Since only one common drive is required for the rotational movement as well as for the lifting movement, the complexity of the overall system as well as the weight of the drive module can be significantly reduced. Is the weight in the foreground when using such a rotary hub motor, for example, in cases where the rotary hub motor module itself is moved to reduce the accelerated mass, the control device can also outside the rotary stroke Motor module are placed. Furthermore, by this drive concept, the rotary hub motor module can be kept very compact, which facilitates the use in a limited working environment, for example in a matrix or turret placement head, or even made possible.
In einer Ausgestaltung des Bestückkopfes nach Anspruch 2 weist der Dreh-Hub-Motor mindestens ein mehrphasiges Spulen- paket in Form eines zylinderförmigen Hohlkörpers auf, wobei der Permanentmagnet zumindest abschnittsweise innerhalb des zylinderförmigen Hohlkörpers angeordnet ist. Der Permanent- magnet des Sekundärteils wird vom Spulenpaket des Primärteils zumindest teilweise umschlossen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Wicklung eines jeden derartigen Spulenpakets sowohl Windungsanteile in Längsrichtung (parallel zur Drehachse) als auch orthogonal dazu in Umfangsrichtung aufweist, um damit sowohl die Drehbewegung als auch die Hubbewegung realisieren zu können. Mittels dieser konstruktiven Gestaltung ist es möglich, den Antrieb sehr einfach und kostengünstig herzustellen bzw. zu montieren.In one embodiment of the placement head according to claim 2, the rotary hub motor on at least one multi-phase coil package in the form of a cylindrical hollow body, wherein the permanent magnet is at least partially disposed within the cylindrical hollow body. The permanent Magnet of the secondary part is at least partially enclosed by the coil package of the primary part. It is advantageous if the winding of each such package coil has both Windungsanteile in the longitudinal direction (parallel to the axis of rotation) and orthogonal thereto in the circumferential direction in order to realize both the rotational movement and the lifting movement can. By means of this structural design, it is possible to produce the drive very easily and inexpensively or to assemble.
In einer Ausgestaltung des Bestückkopfes gemäß Anspruch 3 weist das Spulenpaket eine Schrägwicklung auf, deren Windungen schräg zu den Mantellinien des zylinderförmigen Hohlkörpers verlaufen.In one embodiment of the placement head according to claim 3, the coil package on an inclined winding whose turns are oblique to the generatrices of the cylindrical hollow body.
Als Mantellinien werden dabei die Linien bezeichnet, die auf dem Mantel eines Rotationskörpers, z. B. eines Zylinders, parallel zu seiner Rotationsachse verlaufen. Die Schrägwicklung weist sowohl Windungsanteile in Längsrichtung (parallel zur Drehachse) als auch senkrecht dazu in Umfangsrichtung auf und ist derart gestaltet, dass die Steigung dz/du über die einzelnen Windungsgänge entlang des Umfangs U des zylinderförmigen Hohlkörpers erfolgt. Diese Wicklungsgeometrie erlaubt einerseits eine sehr kompakte Bauweise, andererseits ist durch den schrägen Verlauf der Windungen relativ zur Drehachse eine hohe Axialkraft zwischen Primärteil und Sekundärteil in Richtung der Drehachse erzielbar.As generatrices while the lines are referred to, on the mantle of a rotating body, z. B. a cylinder, parallel to its axis of rotation. The oblique winding has both turns portions in the longitudinal direction (parallel to the axis of rotation) and perpendicular thereto in the circumferential direction and is designed such that the slope dz / du over the individual Windungsgänge along the circumference U of the cylindrical hollow body. On the one hand, this winding geometry permits a very compact design, on the other hand, due to the oblique course of the turns relative to the axis of rotation, a high axial force between primary part and secondary part in the direction of the axis of rotation can be achieved.
In einer weiteren Ausgestaltung des Bestückkopfes gemäß An- spruch 4 weist das Spulenpaket eine Wicklung mit rautenförmigen Windungen auf.In a further embodiment of the placement head according to claim 4, the coil package on a winding with diamond-shaped turns on.
Dazu wird der den zylinderförmigen Hohlkörper bildende Leiter rautenförmig Windung neben Windung liegend annähernd um einen Leiterdurchmesser versetzt gewickelt, zu einem Zylinder gebogen und zu einer Einheit verbunden. Diese Wicklungsart ist auch als Rautenwicklung oder Rhombuswicklung bekannt. Auch diese Wicklungsgeometrie ermöglicht durch den schrägen Verlauf der Windungen relativ zur Drehachse eine hohe Axialkraft bei vergleichsweise kompakter Bauweise.For this purpose, the cylindrical hollow body forming conductor is loosely wound winding next to winding approximately wound around a conductor diameter, bent into a cylinder and connected to form a unit. This type of winding is also known as diamond winding or diamond winding. Also This winding geometry allows due to the oblique course of the turns relative to the axis of rotation a high axial force with a comparatively compact design.
Nach einer Ausgestaltung des Bestückkopfes nach Anspruch 5 ist die Verschiebung des Sekundärteils relativ zum Primärteil über die Hubstrecke Δz in ihren beiden Endstellungen durch Anschläge derart begrenzt, dass der Permanentmagnet bei einer Verschiebung zwischen den beiden Endstellungen in jeder Posi- tion zumindest eines der Spulenpakete nur teilweise überlappt .According to one embodiment of the placement head according to claim 5, the displacement of the secondary part relative to the primary part over the stroke Δz in its two end positions by stops limited such that the permanent magnet in a shift between the two end positions in each position at least one of the coil packages only partially overlaps.
Falls der Permanentmagnet über seine gesamte Länge gleichzeitig mit allen Spulen vollständig überlappen würde, würden sich die Axialkräfte vollständig aufheben, so dass keineIf the permanent magnet over its entire length at the same time completely overlap with all coils, the axial forces would cancel completely, so that no
Kraft in axialer Richtung mehr erzeugt werden könnte. Um dies zu gewährleisten, begrenzen Anschläge die Hubstrecke des Permanentmagneten .Force in the axial direction could be generated more. To ensure this, limit stops the stroke of the permanent magnet.
Nach einer Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 weist der Bestückkopf eine Rückschlusseinrichtung auf, welche in Verschieberichtung mindestens zwei Abschnitte (A, B) mit unterschiedlichem magnetischem Widerstand bzw. magnetischem Fluss aufweist und derart mit dem Permanentmagneten zusammenwirkt, dass sich ein magnetischer Rückschluss bildet. Dabei ist die Rückschlusseinrichtung derart ausgebildet, dass der Permanentmagnet beim Verschieben über die Hubstrecke Δz mit zumindest zwei Abschnitten (A, B) der Rückschlusseinrichtung gleichzeitig überlappt.According to one embodiment, the placement head has a return device, which has at least two sections (A, B) with different magnetic resistance or magnetic flux in the displacement direction and cooperates with the permanent magnet in such a way that forms a magnetic conclusion. In this case, the return means is designed such that the permanent magnet during displacement over the stroke Δz with at least two sections (A, B) of the return device overlaps simultaneously.
Aufgrund der Überlappung des Permanentmagneten mit den Abschnitten wirkt auf den Permanentmagneten eine definierte Kraft, welche parallel zur Drehachse gerichtet ist und ihn in eine Vorzugslage entlang der Hubstrecke drängt. Der Perma- nentmagnet ist nämlich immer bestrebt, entlang der Hubstrecke eine Vorzugslage relativ zum Rückschlusselement einzunehmen, in der der magnetische Widerstand minimal bzw. der magneti- sehe Fluss maximal ist. Wird der Permanentmagnet zwangsweise aus dieser Lage wegbewegt, so bewegt er sich im freien Zustand selbsttätig zurück in diese Vorzugslage. Je nach Ausbildung der Rückschlusseinrichtung wirkt dabei auf den Perma- nentmagneten eine definierte Kraft, welche ihn in die Vorzugslage drängt. Diese Kraft ist auf einen mit dem Dreh-Hub- Motor gekoppelten Körper übertragbar. Die Krafterzeugung ist berührungslos, verschleißfrei, langzeitstabil und hysteresefrei. Eine Hilfsenergie, wie sie beispielsweise bei Pneuma- tikzylindern notwendig ist, ist nicht erforderlich. Durch eine entsprechende Ausgestaltung der Abschnitte können beliebige Kraftkennlinien dargestellt werden.Due to the overlap of the permanent magnet with the sections acts on the permanent magnet, a defined force, which is directed parallel to the axis of rotation and urges him in a preferred position along the stroke. The permanent magnet is always endeavoring, along the stroke, to assume a preferred position relative to the return element, in which the magnetic resistance is minimal or the magnetic field see river is maximum. If the permanent magnet is forcibly moved away from this position, it moves automatically in the free state back into this preferred position. Depending on the design of the return device, a defined force acts on the permanent magnets, which forces it into the preferred position. This force is transferable to a coupled with the rotary hub motor body. The force generation is non-contact, wear-free, long-term stable and hysteresis-free. An auxiliary energy, such as that required for pneumatic cylinders, is not required. By appropriate design of the sections arbitrary force characteristics can be displayed.
In einer Ausgestaltung des Bestückkopfes nach Anspruch 7 wei- sen die Abschnitte (A, B) Materialien mit unterschiedlichem magnetischem Widerstand auf.In one embodiment of the placement head according to claim 7, the sections (A, B) have materials with different magnetic resistance.
Beispielsweise kann einer der Abschnitte Edelstahl und der andere Abschnitt Weicheisen aufweisen. Dabei weist Edelstahl einen erheblich größeren magnetischen Widerstand bzw. einen geringeren magnetischen Fluss auf als Weicheisen, sodass sich der Permanentmagnet im freien Zustand immer in Richtung des aus Weicheisen gefertigten Abschnitts bewegen würde.For example, one of the sections may have stainless steel and the other section may have soft iron. In this case, stainless steel has a significantly greater magnetic resistance or a lower magnetic flux than soft iron, so that the permanent magnet would always move in the free state in the direction of the section made of soft iron.
In einer weiteren Ausgestaltung des Bestückkopfes nach Anspruch 8 weist der Dreh-Hub-Motor Abschnitte auf, welche von dem Permanentmagneten unterschiedlich weit beabstandet sind.In a further embodiment of the placement head according to claim 8, the rotary hub motor has portions which are spaced at different distances from the permanent magnet.
Durch die unterschiedlichen Abstände der Abschnitte von dem Permanentmagneten sind die Luftspalte zwischen dem Permanentmagnet und den Abschnitten der Rückschlusseinrichtung unterschiedlich weit, so dass sich bereits dadurch die unterschiedlichen magnetischen Widerstände ergeben. Zusätzlich dazu können bei dieser Ausgestaltung die Abschnitte aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein . In den Ausgestaltungen des Bestückkopfes gemäß der Ansprüche 9 und 10 können die Abschnitte derart ausgebildet sein, dass auf den Permanentmagneten bei Verschieben über die Hubstrecke Δz entweder eine konstante oder eine über die Hubstrecke Δz variable Kraft wirkt, welche parallel zur Verschieberichtung gerichtet ist.Due to the different distances between the sections of the permanent magnet, the air gaps between the permanent magnet and the sections of the feedback device have different widths, so that the different magnetic resistances already result. In addition, in this embodiment, the sections may be made of the same or different materials. In the embodiments of the placement head according to the claims 9 and 10, the sections may be designed such that on the permanent magnet when moving over the stroke .DELTA.z either a constant or over the stroke distance .DELTA.z variable force acts, which is directed parallel to the direction of displacement.
Anhand dieser Ausgestaltungen wird deutlich, dass die von der Vorrichtung auf einen mit ihr gekoppelten Körper wirkende Kraft je nach den Erfordernissen der jeweiligen Anwendung individuell darstellbar ist. Damit ist die Rückstellkraft eindeutig vorhersagbar, was die Regelungsgenauigkeit und das dynamische Verhalten sowohl bei einer Kraft- als auch bei einer Positionsregelung deutlich erhöht. Dies ist beispielsweise von Vorteil, um beim Bestücken von Leiterplatten mit elektrischen Bauelementen die Aufsetzkraft der Pipette auf das Substrat möglichst präzise einstellen zu können.On the basis of these embodiments, it is clear that the force acting from the device on a body coupled to it can be individually represented, depending on the requirements of the particular application. Thus, the restoring force is clearly predictable, which significantly increases the control accuracy and the dynamic behavior in both a force and a position control. This is for example advantageous to be able to adjust the placement force of the pipette on the substrate as precisely as possible when equipping printed circuit boards with electrical components.
Gemäß einer Ausgestaltung des Bestückkopfes nach Anspruch 11 besteht die Rückschlusseinrichtung aus zwei zylinderförmigen Hülsen, welche lösbar miteinander verbindbar sind und jeweils einen der Abschnitte (A, B) des Rückschlusses aufweisen.According to one embodiment of the placement head according to claim 11, the return device consists of two cylindrical sleeves, which are detachably connectable to each other and each having one of the sections (A, B) of the return path.
Im einfachsten Fall wird der Innendurchmesser der ersten Hül- se mit dem Außendurchmesser der zweiten Hülse auf Passung gearbeitet, so dass die beiden Hülsen von Hand ineinander gesteckt werden können. Die Fixierung kann durch Reibschluss erfolgen, prinzipiell sind hierfür jedoch auch andere Verbindungselemente, beispielsweise Schrauben oder Stifte, einsetz- bar. Hierdurch können sowohl die Montage des Antriebsmoduls als auch Wartungsarbeiten deutlich vereinfacht werden.In the simplest case, the inner diameter of the first sleeve is worked with the outer diameter of the second sleeve to fit, so that the two sleeves can be inserted into each other by hand. The fixation can be done by friction, in principle, however, other fasteners, such as screws or pins, are applicable for this purpose. As a result, both the assembly of the drive module and maintenance can be significantly simplified.
In einer Ausgestaltung des Bestückkopfes nach Anspruch 12 weist das Primärteil mehrere Spulenpakete auf, welche in Ver- Schieberichtung nebeneinander angeordnet sind. Das Sekundärteil wird dabei so eingebaut, dass es zwischen den Spulenpaketen hin und her laufen kann. Hierdurch lässt sich sowohl die Axialkraft als auch der maximale Hub erhöhen.In one embodiment of the placement head according to claim 12, the primary part on a plurality of coil packages, which are arranged in the sliding direction side by side. The secondary part is installed so that it can run back and forth between the coil packages. As a result, both the axial force and the maximum stroke can be increased.
In einer Ausgestaltung des Bestückkopfes gemäß Anspruch 13 ist die Halteeinrichtung in eine Arbeitsposition sowie in eine Ruheposition verfahrbar, wobei sich in der Ruheposition ein von der Halteeinrichtung gehaltenes Bauteil näher am Gehäuse befindet als in der Arbeitsposition. Die Abschnitte (A, B) des Rückschlusses sind dabei derart angeordnet, dass auf die Halteeinrichtung beim Verschieben über die Hubstrecke eine Kraft wirkt, welche die Halteeinrichtung in die Ruheposition drängt. Dies hat den Vorteil, dass im freien oder auch im unbestomten Zustand die Halteeinrichtung zum Gehäuse des Bestückkopfes hingezogen wird, so dass beim Verfahren der des Bestückkopfes mögliche Kollisionen der Halteeinrichtung oder des aufgenommenen Bauteils mit anderen sich im Bestückbereich befindlichen Elementen vermieden werden. Die Ruheposition wird daher insbesondere dann eingenommen, wenn der Bestück- köpf 4 verfahren wird bzw. wenn die Halteeinrichtung 10 keinen Arbeitsvorgang wie beispielsweise das Bestücken oder das Abholen von Bauteilen 11 vornimmt.In one embodiment of the placement head according to claim 13, the holding device is movable in a working position and in a rest position, wherein in the rest position held by the holding member is closer to the housing than in the working position. The sections (A, B) of the return path are arranged such that acts on the holding device when moving over the stroke a force that urges the holding device in the rest position. This has the advantage that the holding device is attracted to the housing of the placement head in the free or even in the undrugged state, so that possible collisions of the holding device or the recorded component with other located in the placement area elements are avoided in the process of the placement. The rest position is therefore occupied, in particular, when the placement head 4 is moved or when the holding device 10 does not undertake a work process such as, for example, loading or retrieving components 11.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele des Bestückkopfes unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:Exemplary embodiments of the placement head will be explained in more detail below with reference to the attached figures. In the figures are:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Bestückautomaten,FIG. 1 is a schematic view of a placement machine;
Figurencharacters
2A und 2B schematische Darstellungen eines Bestückkopfes,2A and 2B are schematic illustrations of a placement head,
Figurencharacters
3A und 3B schematische Darstellungen einer ersten Ausgestaltung der Rückstelleinrichtung, Figuren 4A und 4B schematische Darstellungen einer zweiten Ausgestaltung der Rückstelleinrichtung,3A and 3B are schematic representations of a first embodiment of the return device, FIGS. 4A and 4B are schematic representations of a second embodiment of the resetting device,
Figuren 5A bis 5C schematische Darstellungen einer dritten Ausgestaltung der Rückstelleinrichtung,FIGS. 5A to 5C show schematic representations of a third embodiment of the resetting device,
Figurencharacters
6A und 6B schematische Querschnittsansichten der Rückstelleinrichtung,6A and 6B are schematic cross-sectional views of the return device,
Figur 7 eine schematische Darstellung einer vierten Ausgestaltung der Rückschlusseinrichtung.Figure 7 is a schematic representation of a fourth embodiment of the return device.
Figuren 8A und 8B ein schematisches Wirkprinzip des Dreh-Hub- MotorsFIGS. 8A and 8B show a schematic operating principle of the rotary lifting motor
Figuren 9A und 9B schematische Darstellungen einer SchrägwicklungFigures 9A and 9B are schematic representations of a skew winding
Figurencharacters
10A bis IOC schematische Darstellungen einer Rhombuswicklung10A to 10C are schematic illustrations of a rhombic winding
In Figur 1 ist ein Bestückautomat 1 zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauteilen 11 schematisch dargestellt. Zu bestückende Substrate 2 werden über eine Transportstrecke 3, beispielsweise ein Transportband, zu einem Bestückplatz transportiert, dort mit elektrischen Bauteilen 11 bestückt und anschließend abtransportiert. Der Bestückvorgang wird durch einen Bestückkopf 4 durchgeführt. Der Bestückkopf 4 ist in einer zur Transportrichtung (Pfeil x) der Substrate 2 parallelen Richtung (Pfeil x) verschiebbar an einem Positionierarm 5 angebracht. Der Positionierarm 5 wiederum ist quer zur Transportrichtung (Pfeil y) verschiebbar an einem Träger 6 angebracht, welcher die Transportstrecke 3 brückenartig ü- berspannt. Der Bestückautomat 1 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 7, welche mit dem Positionierarm 5 und dem Bestückkopf 4 gekoppelt ist und die Bewegungsabläufe steuert. Seitlich der Transportstrecke 3 ist in einem Zuführbereich eine Zuführeinrichtung 8 vorgesehen, welche die elektrischen Bauteile für den Bestückkopf 4 bereitstellen. Vor dem Bestücken wird der Bestückkopf 4 mittels des Positionierarmes 5 zu der Zuführeinrichtung 8 gefahren, wo er Bauteile 11 aufnimmt, und wird anschließend über das Substrat 2 verfahren, wo er die Bauteile 11 auf dem Substrat 2 absetzt.1 shows a placement machine 1 for loading substrates with electrical components 11 is shown schematically. To be loaded substrates 2 are transported over a transport path 3, for example, a conveyor belt to a placement space, equipped there with electrical components 11 and then transported away. The placement process is performed by a placement head 4. The placement head 4 is in a direction of transport (arrow x) of the substrates 2 parallel direction (arrow x) slidably mounted on a positioning 5. The positioning arm 5 in turn is transversely mounted transversely to the transport direction (arrow y) on a support 6, which spans the transport path 3 bridge-like Ü. The placement machine 1 further comprises a control device 7, which is coupled to the positioning arm 5 and the placement head 4 and controls the movement sequences. Laterally of the transport path 3, a feed device 8 is provided in a feed region, which provide the electrical components for the placement head 4. Before loading the placement head 4 is moved by means of the positioning arm 5 to the feeder 8, where it receives components 11, and is then moved over the substrate 2, where it deposits the components 11 on the substrate 2.
In den Figuren 2A und 2B ist der Bestückkopf 4 schematisch dargestellt. Der Bestückkopf 4 umfasst ein Gehäuse 9 sowie eine Halteeinrichtung 10 zum Halten der Bauteile 11, welche um eine Hubstrecke Δz in einer Verschieberichtung (Pfeil z) senkrecht zur Substratoberfläche verschiebbar am Gehäuse 9 gelagert ist. Dabei kann die Halteeinrichtung 10 zwischen einer Ruheposition (in Figur 2A dargestellt) und einer Arbeitsposition (in Figur 2B dargestellt) hin und her bewegt werden. Die Ruheposition und die Arbeitsposition sind in Verschiebe- richtung um eine Hubstrecke (Δz) beabstandet.In FIGS. 2A and 2B, the placement head 4 is shown schematically. The placement head 4 comprises a housing 9 and a holding device 10 for holding the components 11, which is mounted on the housing 9 so as to be displaceable perpendicular to the substrate surface by a stroke Δz in a direction of displacement (arrow z). In this case, the holding device 10 between a rest position (shown in Figure 2A) and a working position (shown in Figure 2B) are moved back and forth. The rest position and the working position are spaced apart in the displacement direction by a stroke distance (Δz).
Der Bestückkopf 4 umfasst ferner eine Rückstelleinrichtung 12, welche derart mit dem Gehäuse 9 und der Halteeinrichtung 10 gekoppelt ist, dass die Rückstelleinrichtung 12 auf die Halteeinrichtung 10 über die Hubstrecke eine Rückstellkraft F ausübt, welche parallel zur Verschieberichtung gerichtet ist und die Halteeinrichtung 10 in die Ruheposition (Figur 2A) drängt. Auf den genauen Aufbau der Rückstelleinrichtung 12 wird später noch eingegangen.The placement head 4 further comprises a restoring device 12, which is coupled to the housing 9 and the holding device 10 such that the restoring device 12 exerts on the holding device 10 over the stroke a restoring force F, which is directed parallel to the direction of displacement and the holding device 10 in the Rest position (Figure 2A) urges. The exact structure of the return device 12 will be discussed later.
Ferner weist der Bestückkopf 4 einen Antrieb 13 auf, welcher als Hubantrieb ausgebildet sein kann und die Halteeinrichtung 10 von der Ruheposition in die Arbeitsposition bewegt. Dieser Antrieb 13 kann auch als integrierter Dreh-Hub-Motor ausgestaltet sein, der zusätzlich zur Hubbewegung die Halteeinrichtung 10 auch um eine Drehachse D rotieren lässt. Dies dient dazu, ein an der Halteeinrichtung 10 gehaltenes Bauteil 11 in eine vorgeschriebene Winkelposition zu bringen. Wie aus den Figuren 2A und 2B ferner hervorgeht, ist ein von der Halteeinrichtung 10 gehaltenes Bauteil 11 in der Ruheposition (Figur 2A) näher am Gehäuse 9 angeordnet, als in der Arbeitspo- sition (Figur 2B) . Die Ruheposition wird daher insbesondere dann eingenommen, wenn der Bestückkopf 4 verfahren wird bzw. wenn die Halteeinrichtung 10 keinen Arbeitsvorgang wie beispielsweise das Bestücken oder das Abholen von Bauteilen 11 vornimmt. Dies dient zum Schutz der Halteeinrichtung 10 und des Bauelements 11.Furthermore, the placement head 4 has a drive 13, which may be designed as a lifting drive and the holding device 10 moved from the rest position to the working position. This drive 13 can also be designed as an integrated rotary-hub motor, which in addition to the lifting movement, the holding device 10 can also rotate about a rotation axis D. This serves to bring a held on the holding device 10 component 11 in a prescribed angular position. As is further apparent from FIGS. 2A and 2B, a component 11 held by the holding device 10 is arranged closer to the housing 9 in the rest position (FIG. 2A) than in the working position (FIG. 2B). The rest position is therefore occupied in particular when the placement head 4 is moved or when the holding device 10 performs no work such as the loading or picking up of components 11. This serves to protect the holding device 10 and the component 11.
Es ist möglich, den Bestückkopf 4 sowohl mit einer Rückstelleinrichtung 12 als auch mit einem Antrieb 13, welcher als kombinierter Dreh-Hub-Motor oder auch als reiner Hubantrieb ausgestaltet sein kann, auszustatten. Sowohl der Antrieb 13 als auch die Rückstelleinrichtung 12 können dabei jeweils als ein separates Modul konzipiert sein, oder auch in ein gemeinsames Modul integriert werden. Es ist jedoch auch möglich, den Dreh-Hub-Motor ohne die Rückstelleinrichtung 12 an einem Bestückkopf zu betreiben. Ist eine Drehbewegung nicht notwendig, so kann der Antrieb 13 auch als reiner Hubantrieb ausgebildet sein, wahlweise in Kombination mit der magnetischen Rückstellung 12, wobei dies wiederum in zwei separaten Modulen als auch in einem integrierten Modul erfolgen kann. Diese Alternativen werden in den nachfolgenden Figuren näher erläutert.It is possible to equip the placement head 4 both with a restoring device 12 and with a drive 13, which can be designed as a combined rotary-stroke motor or as a pure lifting drive. Both the drive 13 and the restoring device 12 can each be designed as a separate module, or integrated into a common module. However, it is also possible to operate the rotary hub motor without the return device 12 to a placement. If a rotational movement is not necessary, then the drive 13 can also be embodied as a pure lifting drive, optionally in combination with the magnetic return 12, wherein this in turn can take place in two separate modules as well as in an integrated module. These alternatives are explained in more detail in the following figures.
In den Figuren 3A und 3B ist eine erste Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Antrieb 13 und die Rückstelleinrichtung 12 als separate Module ausgebildet sind, schematisch dargestellt. Die Rückstelleinrichtung 12 ist mit dem Gehäuse 9 und der Halteeinrichtung 10 gekoppelt. Dabei ist in Figur 3A die Halteeinrichtung 10 in der Ruheposition und in Figur 3B in der Arbeitsposition dargestellt. Die Rückstelleinrichtung 12 umfasst einen Permanentmagneten 14, sowie eine magnetische Rückschlusseinrichtung 15, welche mit dem Permanentmagneten 14 derart zusammenwirkt, dass sich ein magnetischer Rück- schluss bildet. Der Permanentmagnet 14 ist relativ zur Rückschlusseinrichtung 15 in der Verschieberichtung (Pfeil z) um die gleiche Hubstrecke Δz, wie die Halteeinrichtung 10, verschiebbar. Der Permanentmagnet 14 weist ferner einen Nordpol (N) und einen Südpol (S) auf, welche quer zur Verschieberichtung (Pfeil z) orientiert sind. Die Rückschlusseinrichtung 15 weist in Verschieberichtung zumindest zwei Abschnitte A, B mit unterschiedlichem magnetischem Widerstand bzw. magnetischen Fluss auf. Die Abschnitte A, B sind derart ausgebildet bzw. angeordnet, dass der Permanentmagnet 14 beim Verschieben über die Hubstrecke Δz gleichzeitig zumindest zwei Abschnitte A, B der Rückschlusseinrichtung 15 überlappt.In FIGS. 3A and 3B, a first embodiment of the invention, in which the drive 13 and the return device 12 are formed as separate modules, is shown schematically. The return device 12 is coupled to the housing 9 and the holding device 10. Here, in FIG. 3A, the Holding device 10 shown in the rest position and in Figure 3B in the working position. The restoring device 12 comprises a permanent magnet 14, as well as a magnetic return device 15, which cooperates with the permanent magnet 14 in such a way that a magnetic return is formed. The permanent magnet 14 is relative to the return device 15 in the direction of displacement (arrow z) by the same stroke distance .DELTA.z, as the holding device 10, displaceable. The permanent magnet 14 also has a north pole (N) and a south pole (S), which are oriented transversely to the direction of displacement (arrow z). The return device 15 has in the direction of displacement at least two sections A, B with different magnetic resistance or magnetic flux. The sections A, B are formed or arranged such that the permanent magnet 14 during displacement over the stroke Δz at the same time at least two sections A, B of the return device 15 overlaps.
Der Permanentmagnet 14 ist bestrebt, sich in Richtung desje- nigen Abschnittes A, B mit dem geringeren magnetischen Widerstand bzw. dem höheren magnetischen Fluss zu bewegen. Dadurch, dass der Permanentmagnet 14 über die gesamte Hubstrecke Δz beide Abschnitte A, B überlappt, wirkt die Rückstellkraft F über die gesamte Hubstrecke Δz .The permanent magnet 14 tends to move in the direction of that portion A, B having the lower magnetic resistance and the higher magnetic flux, respectively. Because the permanent magnet 14 overlaps both sections A, B over the entire stroke Δz, the restoring force F acts over the entire stroke Δz.
In der ersten Ausgestaltung gemäß den Figuren 3A und 3B sind die Rückschlusseinrichtung 15 fest mit dem Gehäuse 9 und der Permanentmagnet 14 fest mit der Halteeinrichtung 10 verbunden. Somit bewegt sich der Permanentmagnet 14 zusammen mit der Halteeinrichtung 10 in Verschieberichtung relativ zum Gehäuse 9 bzw. zur Rückschlusseinrichtung 15. Der Permanentmagnet 14 stellt daher in dieser Ausgestaltung den mobilen Teil der Rückstelleinrichtung 12 dar. Wie bezüglich der Figuren 2A und 2B schon erwähnt wurde, zeichnet sich die Ruheposition gegenüber der Arbeitsposition der Halteeinrichtung 10 dadurch aus, dass die Halteeinrichtung 10 in der Ruheposition weniger weit vom Gehäuse 9 wegragt bzw. sich ein von der Halteein- richtung 10 gehaltenes Bauteil 11 näher am Gehäuse 9 befindet als in der Arbeitsposition. Aufgrund des oben beschriebenen physikalischen Effekts sind die Abschnitte A, B der Rückschlusseinrichtung 15 deshalb derart ausgebildet und angeord- net, dass der magnetische Widerstand des Abschnitts A kleiner ist als der magnetische Widerstand des Abschnitts B. Auf die mit dem Permanentmagneten 14 gekoppelte Halteeinrichtung 10 wirkt daher die Rückstellkraft F, welche die Halteeinrichtung 10 im freien Zustand in die Ruheposition drängt (in Figur 3A dargestellt) . Dieser Zustand wird auch eingenommen, wenn der gesamte Bestückkopf 4 stromfrei geschaltet ist, so dass sich die Halteeinrichtung 10 auch in stromfreien bzw. antriebslosen Zustand des Bestückkopfes 4 in der Ruheposition befindet und dadurch vor Beschädigung gesichert ist. Ist mit der HaI- teeinrichtung 10 ein Arbeitsvorgang durchzuführen, so muss die Halteeinrichtung 10 mittels des Antriebs 13 gegen die Rückstellkraft F in die Arbeitsposition bewegt werden (in Figur 3B dargestellt) .In the first embodiment according to FIGS. 3A and 3B, the return device 15 is firmly connected to the housing 9 and the permanent magnet 14 is fixedly connected to the holding device 10. Thus, the permanent magnet 14 moves together with the holding device 10 in the direction of displacement relative to the housing 9 and the return device 15. The permanent magnet 14 therefore represents the mobile part of the return device 12 in this embodiment. As already mentioned with respect to FIGS. 2A and 2B, the rest position relative to the working position of the holding device 10 is characterized in that the holding device 10 in the rest position protrudes less far from the housing 9 or one of the Halteein- Direction 10 held member 11 closer to the housing 9 than in the working position. Due to the physical effect described above, the sections A, B of the feedback device 15 are therefore designed and arranged such that the magnetic resistance of the section A is smaller than the magnetic resistance of the section B. The holding device 10 coupled to the permanent magnet 14 acts Therefore, the restoring force F, which urges the holding device 10 in the free state in the rest position (shown in Figure 3A). This state is also assumed when the entire placement head 4 is switched off, so that the holding device 10 is also in the current-free or unpowered state of the placement 4 in the rest position and is thus secured against damage. If a working process is to be carried out with the holding device 10, the holding device 10 must be moved by means of the drive 13 against the restoring force F into the working position (shown in FIG. 3B).
Bei dem in den Figuren 3A und 3B dargestellten Ausführungsbeispiel ist der bewegliche Permanentmagnet 14 an seinen freien Enden mit Führungsstäben 16 ausgestattet, welche in entsprechende am Gehäuse 9 bzw. an einer Verschlussplatte der Rückstelleinrichtung 12 ausgebildete Führungskanäle 17 ein- tauchen. Neben der Führung des Permanentmagneten 14 in Verschieberichtung dient einer der Führungsstäbe 16 auch als Verbindungsmittel zwischen dem Permanentmagneten 14 und der Halteeinrichtung 10. Der zweite Führungsstab 16 kann dazu genutzt werden, den Antrieb 13 an die Rückstelleinrichtung 12 anzukoppeln.In the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 3A and 3B, the movable permanent magnet 14 is equipped at its free ends with guide rods 16 which dive into corresponding guide channels 17 formed on the housing 9 or on a closure plate of the return device 12. In addition to the guide of the permanent magnet 14 in the direction of displacement, one of the guide rods 16 also serves as a connection means between the permanent magnet 14 and the holding device 10. The second guide rod 16 can be used to couple the drive 13 to the return device 12.
Der Antrieb 13 kann dabei als reiner Hubantrieb oder auch als Dreh-Hub-Motor ausgestaltet sein, wie sie im weiteren Verlauf mit Bezug auf Figur 7 näher erläutert werden. Im Falle eines reinen Hubantriebs sind als Querschnittsformen für die Rückstelleinrichtung 12 sowohl ein rechteckiger oder nicht- rotationssymmetrischer Querschnitt als auch ein Kreisquer- schnitt möglich (siehe Figuren 6A und 6B) . Im Falle eines externen Dreh-Hub-Motors handelt es sich vorzugsweise um einen integrierten Dreh-Hub-Motor wie in Figur 7 dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, einen Dreh-Hub-Motor mit zwei sepa- raten Antrieben - einen Ersten für die Hubbewegung und einen Zweiten für die Drehbewegung - zu verwenden.The drive 13 can be configured as a pure lifting drive or as a rotary-hub motor, as will be explained in more detail below with reference to Figure 7. In the case of a pure linear actuator, the cross-sectional shapes for the restoring device 12 are both a rectangular or non-rotationally symmetrical cross section and a circular cross section. cut possible (see Figures 6A and 6B). In the case of an external rotary lifting motor, it is preferably an integrated rotary-stroke motor as shown in FIG. However, it is also possible to use a rotary hub motor with two separate drives - a first for the lifting movement and a second for the rotary movement.
Eine zweite Ausgestaltung der Rückstelleinrichtung 12 ist in den Figuren 4A und 4B dargestellt. Bezüglich des prinzipiel- len Aufbaus und des wirkenden physikalischen Effekts entspricht die zweite Ausgestaltung der in Figur 3A und 3B dargestellten ersten Ausgestaltung. Jedoch unterscheidet sich die zweite Ausgestaltung von der ersten Ausgestaltung dadurch, dass hier der Permanentmagnet 14 über ein Befesti- gungselement 27 fest mit dem Gehäuse 9 und die Rückschlusseinrichtung 15 fest mit der Halteeinrichtung 10 verbunden sind. In diesem Fall bewegt sich daher die Rückschlusseinrichtung 15 zusammen mit der Halteeinrichtung 10 in Verschieberichtung relativ zum Permanentmagneten 14 bzw. zum Gehäuse 9. Somit stellt in dieser Ausgestaltung der PermanentmagnetA second embodiment of the return device 12 is shown in Figures 4A and 4B. With regard to the basic structure and the effective physical effect, the second embodiment corresponds to the first embodiment shown in FIGS. 3A and 3B. However, the second embodiment differs from the first embodiment in that in this case the permanent magnet 14 is firmly connected to the housing 9 via a fastening element 27 and the retraction device 15 is firmly connected to the retaining device 10. In this case, therefore, the return device 15 moves together with the holding device 10 in the displacement direction relative to the permanent magnet 14 and the housing 9. Thus, in this embodiment, the permanent magnet
14 den stationären Teil und die Rückschlusseinrichtung 15 den mobilen Teil der Rückstelleinrichtung 12 dar. Die Rückschlusseinrichtung 15 kann zur Stabilisierung der Bewegung mit einer am Gehäuse 9 ausgebildeten Führungseinrichtung 18, wie beispielsweise einer Führungsschiene, verbunden sein.14, the stationary part and the return device 15 is the mobile part of the return device 12. The return device 15 can be connected to stabilize the movement with a housing 9 formed on the guide means 18, such as a guide rail.
In Figur 4A befindet sich die Halteinrichtung in der Ruheposition und in Figur 4B in der Arbeitsposition. Im Unterschied zu der in Figur 3A und 3B dargestellten Ausgestaltung ist die Rückstelleinrichtung 12 hier derart ausgebildet, dass der magnetische Widerstand des Abschnitts B der Rückschlusseinrichtung 15 geringer ist als der magnetische Widerstand des Abschnitts A. Dadurch wirkt auf die Halteeinrichtung 10 die Rückstellkraft F, welche die Halteeinrichtung 10 in die in Figur 4A dargestellte Ruheposition drängt. Dies ist damit zu begründen, dass sich die Rückschlusseinrichtung 15 aufgrund des oben erläuterten physikalischen Effekts relativ zum Per- manentmagneten 14 im freien Zustand derart bewegt, dass der Permanentmagnet 14 möglichst weit in den Abschnitt B mit dem geringeren magnetischen Widerstand bzw. dem größeren magnetischen Fluss eintaucht. Auch in dieser Ausgestaltung wird da- her eine Sicherung der Halteeinrichtung 10 in der Ruheposition im stromlosen Zustand des Bestückkopfes 4 gewährleistet.In Figure 4A, the holding device is in the rest position and in Figure 4B in the working position. In contrast to the embodiment illustrated in FIGS. 3A and 3B, the restoring device 12 is designed here such that the magnetic resistance of the section B of the return device 15 is less than the magnetic resistance of the section A. As a result, the restoring force F acts on the holding device 10 the holding device 10 urges in the rest position shown in Figure 4A. This is to be explained by the fact that the feedback device 15, due to the above-explained physical effect, has a relative Manentmagneten 14 moves in the free state such that the permanent magnet 14 as far as possible in the section B with the lower magnetic resistance or the larger magnetic flux is immersed. In this embodiment, therefore, a securing of the holding device 10 in the rest position in the de-energized state of the placement head 4 is ensured.
Anhand der Figuren 5A, 5B und 5C soll erläutert werden, wie die unterschiedlichen magnetischen Widerstände der Abschnitte A, B der Rückstelleinrichtung 12 realisierbar sind.It will be explained with reference to FIGS. 5A, 5B and 5C how the different magnetic resistances of the sections A, B of the restoring device 12 can be realized.
Eine erste Möglichkeit ist in Figur 5B dargestellt. Dort sind die Abschnitte A, B vom Permanentmagneten 14 unterschiedlich weit beabstandet. Konkret ist der Abschnitt A weniger weit vom Permanentmagneten 14 beabstandet ist als der Abschnitt B. Dadurch ist der Luftspalt Dl zwischen dem Abschnitt A und dem Permanentmagneten 14 weniger breit als der Luftspalt D2 zwischen dem Abschnitt B und dem Permanentmagneten 14. Unter der Voraussetzung, dass die beiden Abschnitte A, B aus Material mit identischem magnetischen Widerstand bestehen, ist der magnetische Widerstand aufgrund des schmäleren Luftspalts Dl in Abschnitt A kleiner als der magnetische Widersand in Abschnitt B. Dadurch, dass innerhalb der Abschnitte A, B der Abstand zum Permanentmagneten konstant ist, ist die Rück- stellkraft F über die gesamte Hubstrecke Δz konstant, was insbesondere beim Bestücken mit unterschiedlich hohen Bauteilen vorteilhaft ist.A first possibility is shown in FIG. 5B. There, the sections A, B are spaced from the permanent magnet 14 at different distances. Specifically, the portion A is spaced less far from the permanent magnet 14 than the portion B. Thereby, the air gap Dl between the portion A and the permanent magnet 14 is less wide than the air gap D2 between the portion B and the permanent magnet 14. On the assumption that the two sections A, B consist of material with identical magnetic resistance, the magnetic resistance due to the narrower air gap Dl in section A is smaller than the magnetic resistance in section B. Because within the sections A, B the distance to the permanent magnet is constant , the restoring force F is constant over the entire stroke length .DELTA.z, which is particularly advantageous when equipping with components of different heights.
Eine zweite Möglichkeit ist in Figur 5A dargestellt. Dabei ist der Abstand zwischen den Abschnitten A, B und dem Permanentmagneten 14 gleich. Jedoch sind die Abschnitte A, B aus Materialien mit unterschiedlichem magnetischem Widerstand hergestellt. In der Ausgestaltung nach Figur 5A ist beispielsweise Abschnitt A aus Weicheisen, Abschnitt B aus Edel- stahl hergestellt. Weicheisen weist gegenüber Edelstahl einen deutlich geringeren magnetischen Widerstand und einen höheren magnetischen Fluss auf. Somit ist der Permanentmagnet 14 im- mer bestrebt sich in Richtung des Abschnitt A zu bewegen. Auch hier ist die Rückstellkraft F über die gesamte Hubstrecke konstant.A second possibility is shown in FIG. 5A. The distance between the sections A, B and the permanent magnet 14 is the same. However, the sections A, B are made of materials having different magnetic resistance. In the embodiment according to FIG. 5A, for example, section A made of soft iron, section B is made of stainless steel. Soft iron has a significantly lower magnetic resistance and a higher magnetic flux compared to stainless steel. Thus, the permanent magnet 14 is im- mer strives to move towards section A. Again, the restoring force F is constant over the entire stroke.
Prinzipiell ist es aber auch möglich, beide Möglichkeiten zu verbinden, d.h. Abschnitte A, B aus Materialen mit unterschiedlichem magnetischem Widerstand zu verwenden und diese in unterschiedlichem Abstand zum Permanentmagneten 14 anzuordnen .In principle, however, it is also possible to combine both possibilities, i. Sections A, B to use materials with different magnetic resistance and to arrange them at different distances from the permanent magnet 14.
Eine dritte Möglichkeit zeigt Figur 5C. Dabei können die beiden Abschnitte A, B aus dem gleichen Material bestehen, jedoch weist Abschnitt B einen konstanten Abstand zum Permanentmagneten 14 auf, wohingegen im Abschnitt A der Abstand zum Permanentmagneten 14 von oben her zur Mitte der Rückschlusseinrichtung 15 hin linear abnimmt. Dies führt dazu, dass auf den Permanentmagneten in der unteren Stellung (gezeichnet) eine hohe Rückstellkraft F wirkt, die bei Verschiebung des Permanentmagneten 14 zum oberen Ende der Hubstrecke Δz hin abnimmt. Dies ist dadurch zu erklären, dass im Abschnitt A mit zunehmendem Abstand der magnetische Fluss abnimmt und entsprechend der magnetische Widerstand zunimmt.A third possibility is shown in FIG. 5C. In this case, the two sections A, B may consist of the same material, however, section B has a constant distance from the permanent magnet 14, whereas in section A the distance to the permanent magnet 14 decreases linearly from above to the center of the return device 15. As a result, a high restoring force F acts on the permanent magnet in the lower position (drawn), which decreases when the permanent magnet 14 moves toward the upper end of the stroke Δz. This can be explained by the fact that in section A the magnetic flux decreases with increasing distance and the magnetic resistance increases correspondingly.
In den Figuren 6A und 6B sind zwei mögliche Querschnittsfor- men der Rückstelleinrichtung 12 entlang der Querschnittslinie C-C in Figur 5A dargestellt. In der Ausgestaltung nach Figur 6A weist die Rückschlusseinrichtung 15 eine Form eins Hohlquaders auf, welcher den quaderförmig ausgebildeten Permanentmagneten 14 einschließt. Bei dieser Ausgestaltung ist Ie- diglich eine Verschiebung des Permanentmagneten 14 relativ zur Rückschlusseinrichtung 15 in Verschieberichtung möglich. Es ist auch möglich, für die Gestaltung des Permanentmagneten jeden anderen geraden Körper, beispielsweise ein Prisma, zu verwenden, wobei die Rückschlusseinrichtung dann entsprechend dazu als Hohlprisma auszugestalten wäre. Bei dem in Figur 6B dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Rückschlusseinrichtung 15 als Hohlzylinder und der Permanentmagnet 14 als lang gestrecktem Zylinder ausgebildet. Die Rückschlusseinrichtung 15 umgibt den Permanentmagneten 14 da- bei radial. Bei dieser Ausgestaltung ist sowohl eine lineare Verschiebung des Permanentmagneten 14 als auch eine Rotation des Permanentmagneten 14 relativ zur Rückschlusseinrichtung 15 möglich. Dadurch kann beispielsweise auf die Halteeinrichtung 10 sowohl ein Drehmoment als auch eine lineare Verschie- bekraft ausgeübt werden. Durch die Rotation wäre es beispielsweise möglich, ein von der Halteeinrichtung 10 gehaltenes Bauteil 11 in eine bestimmte Winkelposition zu drehen.FIGS. 6A and 6B show two possible cross-sectional shapes of the restoring device 12 along the cross-sectional line CC in FIG. 5A. In the embodiment according to FIG. 6A, the return device 15 has a shape of a hollow cuboid, which encloses the cuboid permanent magnet 14. In this embodiment, only a displacement of the permanent magnet 14 relative to the return device 15 in the displacement direction is possible. It is also possible to use any other straight body, for example a prism, for the design of the permanent magnet, the return means then being designed accordingly as a hollow prism. In the embodiment shown in FIG. 6B, the return device 15 is designed as a hollow cylinder and the permanent magnet 14 as an elongated cylinder. The return device 15 surrounds the permanent magnet 14 radially. In this embodiment, both a linear displacement of the permanent magnet 14 and a rotation of the permanent magnet 14 relative to the return device 15 is possible. As a result, for example, both torque and linear displacement force can be exerted on the holding device 10. By the rotation, it would be possible, for example, to rotate a held by the holding device 10 component 11 in a certain angular position.
In Figur 7 ist eine weitere Ausgestaltung des Bestückkopfes 4 schematisch dargestellt. Zunächst wird angenommen, dass es sich bei dem Antrieb 13 um einen kombinierten Dreh-Hub-Motor mit integrierter Rückstelleinrichtung handelt. Demnach ist der Antrieb 13 für die Halteeinrichtung 10 als elektromagnetischer Antrieb 13 ausgestaltet. Der Antrieb 13 umfasst ein mit dem Gehäuse 9 fest verbundenes Stationärteil, welches zwei in Verschieberichtung hintereinander angeordnete Spulenpakete 19 mit entsprechenden Spulenwicklungen aufweist. Vorteilhafterweise weist dabei die Wicklung eines jeden Spulenpakets sowohl ausreichend Windungsanteile in Längsrichtung (parallel zur Drehachse) als auch orthogonal dazu in Umfangs- richtung auf, um damit sowohl die Drehbewegung als auch die Hubbewegung adäquat realisieren zu können.In Figure 7, a further embodiment of the placement 4 is shown schematically. First, it is assumed that the drive 13 is a combined rotary-stroke engine with integrated restoring device. Accordingly, the drive 13 is designed for the holding device 10 as an electromagnetic drive 13. The drive 13 comprises a fixedly connected to the housing 9 stationary part, which has two in the direction of displacement successively arranged coil packs 19 with corresponding coil windings. In this case, the winding of each coil package advantageously has both sufficient winding components in the longitudinal direction (parallel to the axis of rotation) and orthogonal thereto in the circumferential direction in order to be able to adequately realize both the rotational movement and the stroke movement.
Im Ausführungsbeispiel wird das Stationärteil durch die Rück- Schlusseinrichtung 15 gebildet, an deren dem Permanentmagneten 14 zugewandten Innenseite die Spulenpakete 19 angeordnet sind. Dem Bestückkopf 4 ist ferner eine Antriebssteuerung 20 zum Steuern des Antriebs 13 zugeordnet, welche mit den Spulenpaketen 19 elektrisch gekoppelt ist. Die Antriebssteuerung 20 kann dabei sowohl am Bestückkopf 4 selbst als auch am Trägerarm 5 oder an einem Chassis (nicht dargestellt) des Bestückautomaten 1 angebracht sein. Dadurch kann die verfahrba- re Masse reduziert werden, was sich insbesondere bei hohen Beschleunigungen vorteilhaft auswirkt. Die Spulenpakete 19 werden von einer externen Stromquelle (nicht dargestellt) ü- ber die Antriebssteuerung 20 mit Strom versorgt.In the exemplary embodiment, the stationary part is formed by the rear closing device 15, on whose side facing the permanent magnet 14 inside the coil packs 19 are arranged. The placement head 4 is further associated with a drive control 20 for controlling the drive 13, which is electrically coupled to the coil packs 19. The drive control 20 can be mounted both on the placement head 4 itself and on the support arm 5 or on a chassis (not shown) of the placement machine 1. As a result, the movable Reduced mass, which has an advantageous effect especially at high accelerations. The coil packs 19 are powered by an external power source (not shown) via the drive controller 20.
Diese Ausgestaltung des Bestückkopfes zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Permanentmagnet 14 der Rückstelleinrichtung 12 auch gleichzeitig das Mobilteil des AntriebsThis embodiment of the placement is characterized in particular by the fact that the permanent magnet 14 of the return device 12 at the same time the handset of the drive
13 darstellt. Der Permanentmagnet 14 wirkt dabei mit den bestromten Spulenpaketen 19 derart zusammen, dass sich bei entsprechender Ansteuerung durch die Antriebssteuerung 20 die Halteeinrichtung 10 in der Verschieberichtung bewegt. Hierzu ist jedoch notwendig, dass der Permanentmagnet 14 mit zumindest einem der Spulenpakete 19 nur teilweise überlappt. Bei dieser Ausgestaltung sind also Elemente der Rückstelleinrichtung 12 und des Antriebs 13 zusammengefasst . Dadurch, dass der Permanentmagnet 14 sowohl Bestandteil der Rückstelleinrichtung 12 als auch des Antriebs 13 ist, können Bauelemente eingespart und der Bestückkopf 1 kostengünstiger und kompak- ter konstruiert werden. Gleichzeitig stellt die Rückschlusseinrichtung 15 auch Teil des Stationärteiles des Antriebs 13 dar .13 represents. In this case, the permanent magnet 14 interacts with the energized coil packs 19 in such a way that, with appropriate control by the drive control 20, the holding device 10 moves in the direction of displacement. For this purpose, however, it is necessary that the permanent magnet 14 only partially overlaps with at least one of the coil packs 19. In this embodiment, therefore elements of the return device 12 and the drive 13 are summarized. Because the permanent magnet 14 is both a component of the restoring device 12 and of the drive 13, components can be saved and the placement head 1 can be constructed more cost-effectively and more compactly. At the same time, the return device 15 also forms part of the stationary part of the drive 13.
Obwohl in den Ausgestaltungen gemäß der Figuren 5A, 5B und 7 die Halteeinrichtung 10 mit dem Permanentmagneten 14 gekoppelt ist und dadurch der Permanentmagnet 14 sich zusammen mit der Halteeinrichtung 10 relativ zur Rückschlusseinrichtung 15 bzw. zum Gehäuse 9 bewegt, ist es jedoch auch möglich, dass die Halteeinrichtung 10 mit der Rückschlusseinrichtung 15 ge- koppelt ist und sich zusammen mit dieser in Verschieberichtung relativ zum am Gehäuse 9 befestigten PermanentmagnetenAlthough in the embodiments according to FIGS. 5A, 5B and 7 the holding device 10 is coupled to the permanent magnet 14 and thus the permanent magnet 14 moves together with the holding device 10 relative to the return device 15 or to the housing 9, it is also possible that the holding device 10 is coupled to the return device 15 and, together with the latter, in the displacement direction relative to the permanent magnet secured to the housing 9
14 bewegt, wie es im Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 4A und 4B dargestellt ist.14 moves, as shown in the embodiment according to Figures 4A and 4B.
Wird als Antrieb ein kombinierter Dreh-Hub-Motor mit integrierter Rückstelleinrichtung 12 verwendet, so ist vorzugsweise der Permanentmagnet 14 bzw. das Mobilteil als Rotor ausge- bildet und relativ zum Stationärteil um die zur Verschieberichtung parallele Drehachse D drehbar gelagert. Dabei bietet sich die Ausgestaltung gemäß der Figur 6B an, bei der der Permanentmagnet 14 zylinderförmig und die Rückschlusseinrich- tung 15 als Hohlzylinder ausgebildet ist. Die Spulenpakete 19 des Stationärteiles, ebenfalls in Form zylinderförmiger Hohlkörper, sind jeweils mehrphasig ausgebildet und die Antriebssteuerung 20 steuert den Strom durch die Spulenpakete 19 hinsichtlich Amplitude und Phasenwinkel derart, dass das durch den Strom verursachte Magnetfeld des Stationärteiles mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten 14 wechselwirkt und sowohl eine lineare Verschiebung als auch eine Rotation des Rotors bewirkt. Eine detaillierte Beschreibung dieses Wirkprinzips findet sich in den Erläuterungen zu den Figuren 8A und 8B. Durch die Vorsehung dieses Dreh-Hub-Motors ergibt sich eine noch kompaktere Bauweise, da auf einen separaten Drehantrieb verzichtet werden kann.If a combined rotary / rotary motor with integrated restoring device 12 is used as the drive, preferably the permanent magnet 14 or the mobile part is used as the rotor. forms and rotatably mounted relative to the stationary part about the axis parallel to the axis of rotation D. In this case, the embodiment according to FIG. 6B offers itself, in which the permanent magnet 14 is cylindrical and the return device 15 is formed as a hollow cylinder. The coil packs 19 of the stationary part, also in the form of cylindrical hollow body, are each formed polyphase and the drive control 20 controls the current through the coil packs 19 in terms of amplitude and phase angle such that the current caused by the magnetic field of the stationary part interacts with the magnetic field of the permanent magnet 14 and causes both a linear displacement and a rotation of the rotor. A detailed description of this principle of action can be found in the explanations of FIGS. 8A and 8B. The provision of this rotary hub motor results in an even more compact design, since it can be dispensed with a separate rotary drive.
Obwohl in Figur 7 ein kombinierter Dreh-Hub-Motor mit integ- rierter Rückstelleinrichtung 12 dargestellt ist, ist es ist jedoch auch möglich, die Rückstelleinrichtung 12 und den Dreh-Hub-Motor getrennt voneinander aufzubauen, wie schematisch bereits in Figur 3 dargestellt. Bei einem derartigen Dreh-Hub-Motor ohne integrierter Rückstelleinrichtung 12 sind die Abschnitte A, B der Rückstelleinrichtung 12 ersetzt durch ein entsprechendes Motorgehäuse, welches aus zwei lösbar miteinander verbundenen Gehäuseteilen, beispielsweise aus zwei zylinderförmigen Hülsen 26, besteht. Ebenso können die beiden Abschnitte A, B der Rückstelleinrichtung 12 in einem eintei- ligen Motorgehäuse, beispielsweise als Drehteil mit einer entsprechenden Stufe, ausgebildet sein. Das Motorgehäuse des Dreh-Hub-Antriebs dient dann lediglich noch als magnetischer Rückschluss für die Spulenpakete 19, mit einem konstanten magnetischen Widerstand.Although a combined rotary-lift motor with integrated return device 12 is shown in FIG. 7, it is also possible to construct the return device 12 and the rotary lift motor separately from each other, as shown schematically in FIG. In such a rotary-stroke engine without integrated return device 12, the sections A, B of the return device 12 are replaced by a corresponding motor housing, which consists of two detachably interconnected housing parts, for example, two cylindrical sleeves 26. Likewise, the two sections A, B of the restoring device 12 may be formed in a one-piece motor housing, for example as a rotating part with a corresponding step. The motor housing of the rotary hub drive then serves only as a magnetic conclusion for the coil packs 19, with a constant magnetic resistance.
Ebenso ist es möglich, mittels des in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiels einen reinen Hubantrieb mit integrierter Rückstellung zu realisieren, falls eine zusätzliche Drehbewegung nicht erforderlich sein sollte. In diesem Fall ist der Antrieb derart ausgestaltet, dass lediglich eine lineare Verschiebung in der Verschieberichtung z führt. Als mögliche Querschnittsformen für einen derartigen Hubantrieb können beispielsweise die in den Figuren 6A und 6B dargestellten Alternativen verwendet werden.Likewise, it is possible by means of the embodiment shown in Figure 7 a pure linear actuator with integrated To realize provision, if additional rotation should not be required. In this case, the drive is designed such that only a linear displacement in the displacement direction z leads. As possible cross-sectional shapes for such a lifting drive, for example, the alternatives shown in FIGS. 6A and 6B can be used.
In den Figuren 8A und 8B ist das Wirkprinzip des Dreh-Hub- Motors schematisch dargestellt. Da zur Beschreibung diesesIn FIGS. 8A and 8B, the operating principle of the rotary lifting motor is shown schematically. As for the description of this
Wirkprinzips die magnetische Rückstellung nicht erforderlich ist, wurde im Rahmen der Darstellungen in den Figuren 8A und 8B darauf verzichtet. In beiden Figuren ist im oberen Teil die Stellung des Permanentmagneten 14 zum zylindrischen Spu- lenpaket 19 des Dreh-Hub-Motors dargestellt. Figur 8A zeigt dabei die Lage des Permanentmagneten 14 relativ zum Gehäuse 9 in Richtung der Drehachse D. Die in Figur 8B dargestellte Drehlage des Permanentmagneten 14 relativ zum Gehäuse 9 wird dabei durch die punktförmige Markierung am oberen Ende des Permanentmagneten 14 verdeutlicht. Im unteren Teil der Darstellungen der Figuren 8A und 8B ist der jeweils dazugehörige Stromvektor des Spulenstroms als Zeigerdiagramm angegeben. Die Diagramme sollen verdeutlichen, wie sich allein durch die Änderung der Amplitude sowie des Phasenwinkels φ des Stroms durch das Spulenpaket 19 sowohl eine rotatorische Bewegung als auch eine translatorische Bewegung des als Rotor ausgebildeten Permanentmagneten 14 innerhalb des Gehäuses realisieren lässt. Dabei ist jedoch notwendig, dass die Windungen des Spulenpakets 19 sowohl Richtungsanteile in Orientierungs- richtung der Drehachse D als auch senkrecht dazu in Richtung des Umfangs des zylindrischen Spulenpakets 19 aufweisen. Als mögliche Ausgestaltungsformen der Windungsgeometrie wären eine Schrägwicklung oder auch eine Rhombuswicklung zu nennen (siehe Figuren 9A, 9B bzw. 10A, 1OB, 10C) .Principle of action, the magnetic return is not required, it was omitted in the representations in Figures 8A and 8B. In both figures, the position of the permanent magnet 14 is shown to the cylindrical spool lenpaket 19 of the rotary hub motor in the upper part. FIG. 8A shows the position of the permanent magnet 14 relative to the housing 9 in the direction of the axis of rotation D. The rotational position of the permanent magnet 14 relative to the housing 9 shown in FIG. 8B is illustrated by the punctiform marking at the upper end of the permanent magnet 14. In the lower part of the illustrations of FIGS. 8A and 8B, the respectively associated current vector of the coil current is indicated as a phasor diagram. The diagrams are intended to illustrate how only a rotational movement as well as a translatory movement of the permanent magnet 14 designed as a rotor within the housing can be realized by the change of the amplitude and the phase angle φ of the current through the coil package 19. However, it is necessary that the turns of the coil package 19 have both directional components in the direction of orientation of the axis of rotation D and perpendicular thereto in the direction of the circumference of the cylindrical coil package 19. Possible embodiments of the winding geometry would be an oblique winding or else a diamond winding (see FIGS. 9A, 9B or 10A, 10B, 10C).
Figur 8A zeigt, wie sich der Permanentmagnet 14 bei Variation der Amplitude des Spulenstroms verhält: Wird die Amplitude erhöht, so wird der Permanentmagnet 14 des Rotors in das Spulenpaket 19 hineingezogen. Hierfür sind diejenigen Richtungsanteile des Spulenstroms verantwortlich, die in Umfangsrich- tung, senkrecht zur Drehachse D, verlaufen. Wird die Amplitu- de des Spulenstroms hingegen reduziert, so wandert der Permanentmagnet 14 aufgrund der von der Rückstelleinrichtung 12 aufgebrachten Rückstellkraft F wieder aus der Spule 19 hinaus. Dabei ist jedoch zu beachten, dass der Permanentmagnet 14 niemals vollständig in das Spulenpaket eintaucht bzw. vollständig aus dem Spulenpaket heraustritt, sondern über die gesamte Hubstrecke mit zumindest einem Spulenpaket nur teilweise überlappt. Falls der Permanentmagnet über seine gesamte Länge gleichzeitig mit allen Spulen vollständig überlappen würde, würden sich die Axialkräfte vollständig aufheben, so dass die Variation des Spulenstroms keinerlei Auswirkung mehr auf eine translatorische Lageveränderung in Richtung der Drehachse D hätte. Um dies zu gewährleisten weist der Antrieb 13 Vorteilhafterweise Anschläge 21 an den Führungsstäben 16 oder am Gehäuse auf, welche die Hubbewegung des Permanentmag- neten 14 entsprechend begrenzen. Vorzugsweise beträgt der Anteil, mit dem der Permanentmagnet 14 in das Spulenpaket 19 eintaucht, 25 bis 75 Prozent der Gesamtlänge des Spulenpakets 19.FIG. 8A shows how the permanent magnet 14 behaves when the amplitude of the coil current varies: If the amplitude increases, so the permanent magnet 14 of the rotor is pulled into the coil pack 19. For this purpose, those directional components of the coil current are responsible, in the circumferential direction, perpendicular to the axis of rotation D, run. If, however, the amplitude of the coil current is reduced, the permanent magnet 14 moves out of the coil 19 due to the restoring force F applied by the restoring device 12. It should be noted, however, that the permanent magnet 14 never completely immersed in the coil package or completely out of the coil package, but only partially overlaps over the entire stroke with at least one coil package. If the permanent magnet over its entire length at the same time completely overlap with all coils, the axial forces would cancel completely, so that the variation of the coil current would have no effect on a translational position change in the direction of the rotation axis D. In order to ensure this, the drive 13 advantageously has stops 21 on the guide rods 16 or on the housing, which limit the stroke movement of the permanent magnet 14 accordingly. The proportion with which the permanent magnet 14 dips into the coil package 19 is preferably 25 to 75 percent of the total length of the coil package 19.
Die Darstellungen der Figur 8B verdeutlichen, wie sich der Permanentmagnet 14 bei Variation der Stromrichtung bzw. des Phasenwinkels φ des Spulenstroms verhält: Wird der Phasenwinkel φ vergrößert (linke Darstellung in Figur 8B) , so hat dies eine rotatorische Bewegung des Permanentmagneten nach links zur Folge, abzulesen an der punktförmigen Markierung am oberen Rand des Permanentmagneten 14. Wird jedoch der Phasenwinkel φ verkleinert (rechte Darstellung in Figur 8B) , so hat dies eine rotatorische Bewegung des Permanentmagneten nach rechts zur Folge (vgl. Stellung der Markierung in der rechten Darstellung in Figur 8B) . Verantwortlich für die Drehbewegung sind diejenigen Richtungsanteile des Spulenstroms, die parallel zur Drehachse D verlaufen. In den Figuren 9A und 9B sind schematische Darstellungen einer Schrägwicklung gezeigt. Dabei handelt es sich um eine hohlzylindrische Luftspaltwicklung mit schräg zu den Mantel- linien 25 verlaufenden Windungen 22, wobei die Wicklung Vorteilhafterweise aus einem einzigen Draht zickzackförmig am Umfang hin- und herlaufend und sich Windung neben Windung legend zwei- oder mehrlagig gewickelt ist. Die Schrägwicklung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steigung dz/du über die einzelnen Windungsgänge 22 entlang des Umfangs U des zylinderförmigen Hohlkörpers erfolgt. Unter Windung ist dabei ein Umlauf oder eine Schlaufe einer elektrischen Spule oder Wicklung zu verstehen. Vorteilhafterweise ist dabei das Spulenpaket 19 nicht aus einer Mehrzahl von Einzelwicklungen aufge- baut, sondern besteht aus nur einer, durchgängigen Wicklung 23, welche vorzugsweise aus einem Leiter gewickelt ist.The representations of FIG. 8B illustrate how the permanent magnet 14 behaves when the current direction or the phase angle φ of the coil current varies. If the phase angle φ is increased (left-hand illustration in FIG. 8B), this results in a rotational movement of the permanent magnet to the left However, if the phase angle φ is reduced (right-hand illustration in FIG. 8B), this results in a rotational movement of the permanent magnet to the right (see position of the marking in the right-hand illustration in FIG Figure 8B). Responsible for the rotational movement are those directional components of the coil current, which run parallel to the axis of rotation D. Shown schematically in FIGS. 9A and 9B are an oblique winding. This is a hollow-cylindrical air gap winding with turns 22 running obliquely to the casing lines 25, the winding advantageously being moved back and forth in a zigzag fashion on the circumference from a single wire, and winding is wound in two or more layers in addition to winding. The skew winding is characterized in that the slope dz / du over the individual winding turns 22 along the circumference U of the cylindrical hollow body. Under winding is a circulation or a loop of an electrical coil or winding to understand. Advantageously, the coil package 19 is not built up from a plurality of individual windings, but consists of only one, continuous winding 23, which is preferably wound from a conductor.
Figur 9A zeigt eine einzige Windung 22 einer solchen Schrägwicklung. Dabei wird sichtbar, dass innerhalb einer derarti- gen Windung 22 durch die schräge Anordnung der Spulenstrom sowohl Anteile in axialer Richtung als auch in Umfangsrich- tung aufweist. Zur Herstellung einer Wicklung 23 werden mehrere derartiger Windungen 22 nebeneinander gelegt, wobei die Steigung dz/du über die einzelnen Windungsgänge entlang des Umfangs U des zylinderförmigen Hohlkörpers erfolgt. In Figur 9B ist eine derartige vollständige Wicklung 23 schematisch dargestellt. Die für einen Elektromotor notwendigen, einzelnen Phasen können durch eigene Wicklungen oder auch durch Anzapfungen 24 an ein und derselben Wicklung realisiert werden, Wird die Spule nun bestomt, so ergeben sich durch die Wechselwirkung des Permanentmagneten 14 mit dem Dreh-Magnetfeld der Spule sowohl Kraftkomponenten in Umfangsrichtung (durch die axialen Windungsanteile) als auch Kraftkomponenten in A- xialrichtung (durch die Windungsanteile in Umfangsrichtung) , zumindest so lange, wie der Permanentmagnet 14 des Rotors nicht vollständig in die Spulenwicklung 23 eintaucht. Vorteilhafterweise taucht der Rotor mit einer Länge von 25 bis 75 Prozent der Spulenlänge in die Wicklung ein. Aus dieser Forderung ergibt sich letztendlich der maximale realisierbare Hub des Dreh-Hub-Motors.Figure 9A shows a single turn 22 of such a helical winding. In this case, it becomes apparent that, within such a winding 22, the oblique arrangement of the coil current has both portions in the axial direction and in the circumferential direction. To produce a winding 23, a plurality of such turns 22 are placed next to each other, wherein the pitch dz / du over the individual Windungsgänge along the circumference U of the cylindrical hollow body takes place. Such a complete winding 23 is shown schematically in FIG. 9B. The necessary for an electric motor, individual phases can be realized by their own windings or by taps 24 on one and the same winding, If the coil is now Bestomt, resulting from the interaction of the permanent magnet 14 with the rotational magnetic field of the coil both force components in Circumferential direction (by the axial Windungsanteile) and force components in the axial direction (by the turns in the circumferential direction), at least as long as the permanent magnet 14 of the rotor is not completely immersed in the coil winding 23. Advantageously, the rotor emerges with a length of 25 to 75 percent of the coil length in the winding. From this requirement ultimately results in the maximum realizable stroke of the rotary hub motor.
Die Figuren 1OA bis IOC zeigen schematische Darstellungen einer Rhombuswicklung. Die Figuren 10A sowie 1OB zeigen eine einzige Windung 22 einer derartigen Rhombuswicklung. Dabei wird sichtbar, dass innerhalb einer derartigen Windung 22 durch die schräge Anordnung der Spulenstrom sowohl Anteile in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung aufweist. Um die maximal mögliche Wirkungsdichte zu erreichen, werden die Kupferleiter rhombenförmig angeordnet. Zur Herstellung einer solchen Wicklung wird der Draht Windung für Windung auf einen Vierkant gewickelt und anschließend zu einem flachen Band ge- drückt, wie in Figur IOC dargestellt. Dadurch rücken dieFIGS. 10A to 10C show schematic representations of a rhombic winding. Figures 10A and 10B show a single turn 22 of such a rhombic winding. It is visible that within such a winding 22 by the oblique arrangement of the coil current has both shares in the axial direction and in the circumferential direction. In order to achieve the maximum possible effect density, the copper conductors are arranged rhombic. To make such a winding, the wire is wound turn by turn on a square and then pressed to a flat band, as shown in Figure IOC. This move the
Drähte an die beiden Bandkanten bis zur gegenseitigen Berührung. Anschließend wird das Band zu einem Zylinder gerollt und verklebt, wobei die Steigung dz/du über die einzelnen Windungsgänge 22 entlang des Umfangs U des zylinderförmigen Hohlkörpers erfolgt. Die in Figur IOC dargestellten Wicklungsanzapfungen 24 werden mit den zugehörigen Anschlüssen des Servoverstärkers (nicht dargestellt) verbunden. Das Wirkprinzip der bestromten Spule mit Rautenwicklung ähnelt dem der Schrägwicklung: Durch die Wechselwirkung des Permanent- magneten 14 mit dem Dreh-Magnetfeld der Spulenwicklung 23 entstehen sowohl Kraftkomponenten in Umfangsrichtung (durch die axialen Windungsanteile) als auch Kraftkomponenten in A- xialrichtung (durch die Windungsanteile in Umfangsrichtung) . Auch hier bestimmt die Forderung, dass der Permanentmagnet 14 nicht vollständig in die Spulenwicklung eintaucht, sondern optimaler Weise mit einem Anteil von 25 bis 75 Prozent der Spulenlänge, den maximal realisierbaren Hub des Dreh-Hub- Motors . Bezugszeichenliste :Wires to the two band edges until mutual contact. Subsequently, the tape is rolled into a cylinder and glued, the slope dz / du over the individual Windungsgänge 22 along the circumference U of the cylindrical hollow body. The winding taps 24 shown in FIG. 10C are connected to the associated terminals of the servo amplifier (not shown). The active principle of the energized coil with diamond winding is similar to that of the helical winding: The interaction of the permanent magnet 14 with the rotational magnetic field of the coil winding 23 generates both force components in the circumferential direction (by the axial turns shares) and force components in the A- xialrichtung (by the Windungsanteile in the circumferential direction). Again, determines the requirement that the permanent magnet 14 is not completely immersed in the coil winding, but optimally with a share of 25 to 75 percent of the coil length, the maximum realizable stroke of the rotary hub motor. List of reference numbers:
1 Bestückautomat1 placement machine
2 Substrat2 substrate
3 Transportstrecke3 transport route
4 Bestückkopf4 placement head
5 Positionierarm5 positioning arm
6 Träger6 carriers
7 Steuereinrichtung7 control device
8 Zuführeinrichtung8 feeder
9 Gehäuse9 housing
10 Halteeinrichtung10 holding device
11 Bauteile11 components
12 Rückstelleinrichtung12 reset device
13 Dreh-Hub-Motor / Hubantrieb13 rotary lift motor / linear actuator
14 Permanentmagnet14 permanent magnet
15 Rückschlusseinrichtung / magnetischer Rückschluss15 return device / magnetic return
16 Führungsstab16 senior staff
17 Führungskanal17 guide channel
18 Führungseinrichtung18 guide device
19 Spulenpakete19 coil packages
20 AntriebsSteuerung20 drive control
21 Anschläge21 attacks
22 Windung22 turn
23 Spulenwicklung23 coil winding
24 Phasen-Anzapfung24 phase tap
25 Mantellinie25 generatrix
26 zylindrische Hülse / Hohlzylinder26 cylindrical sleeve / hollow cylinder
27 Befestigungselement 27 fastener

Claims

Patentansprüche claims
1. Bestückkopf (4) zum Bestücken von Substraten (2) mit e- lektrischen Bauteilen (11), mit • einem Gehäuse (9),1. placement head (4) for equipping substrates (2) with e- lectric components (11), with • a housing (9),
• einer Halteeinrichtung (10) zum Halten der Bauteile• A holding device (10) for holding the components
(11), welche relativ zum Gehäuse (9) in einer Verschieberichtung um eine Hubstrecke verschiebbar und um eine zur Verschieberichtung parallelen Drehachse dreh- bar gelagert ist,(11), which is displaceable relative to the housing (9) in a direction of displacement about a stroke distance and rotatably mounted about a rotation axis parallel to the displacement direction,
• einem Dreh-Hub-Motor (13) für die Halteeinrichtung• a rotary lifting motor (13) for the holding device
(10) , umfassend(10), comprising
- ein Primärteil, welches mindestens ein mehrphasiges Spulenpaket (19) aufweist, - ein Sekundärteil mit einem Permanentmagneten (14), welcher relativ zum Primärteil um eine Drehachse drehbar und in einer Verschieberichtung um eine Hubstrecke verschiebbar gelagert ist und quer zur Drehachse magnetisiert ist, - eine mit dem Primärteil gekoppelte Steuereinrichtung (20), mittels der der Strom durch das Spulenpaket (19) hinsichtlich Amplitude und Phasenrichtung derart steuerbar ist, dass das durch den Strom verursachte Magnetfeld des Primärteils mit dem Mag- netfeld des Permanentmagneten (14) wechselwirkt und sowohl eine Verschiebung als auch eine Rotation des Sekundärteils relativ zum Primärteil bewirkt.a primary part which has at least one multiphase coil package, a secondary part with a permanent magnet, which is rotatable relative to the primary part about an axis of rotation and slidably mounted in a direction of displacement about a stroke distance and is magnetized transversely to the axis of rotation, a control device (20) coupled to the primary part, by means of which the current through the coil package (19) is controllable with regard to amplitude and phase direction such that the magnetic field of the primary part caused by the current interacts with the magnetic field of the permanent magnet (14) and both causes a displacement and a rotation of the secondary part relative to the primary part.
2. Bestückkopf (4) nach Anspruch 1, wobei der Dreh-Hub-Motor (13) mindestens ein mehrphasiges Spulenpaket (19) in Form eines zylinderförmigen Hohlkörpers aufweist und der Permanentmagnet (14) zumindest abschnittsweise innerhalb des zylinderförmigen Hohlkörpers des zumindest einen Spulenpakets (19) angeordnet ist.2. placement head (4) according to claim 1, wherein the rotary lifting motor (13) has at least one multi-phase coil package (19) in the form of a cylindrical hollow body and the permanent magnet (14) at least partially within the cylindrical hollow body of the at least one coil package ( 19) is arranged.
3. Bestückkopf (4) nach Anspruch 2, wobei das Spulenpaket3. placement head (4) according to claim 2, wherein the coil package
(19) eine Schrägwicklung aufweist, deren Windungen (22) schräg zu den Mantellinien (25) des zylinderförmigen Hohlkörpers verlaufen.(19) has a helical winding whose turns (22) run obliquely to the generatrices (25) of the cylindrical hollow body.
4. Bestückkopf (4) nach Anspruch 2, wobei das Spulenpaket (19) eine Wicklung (23) mit rautenförmigen Windungen (22) aufweist .4. placement head (4) according to claim 2, wherein the coil pack (19) has a winding (23) with diamond-shaped windings (22).
5. Bestückkopf (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verschiebung des Sekundärteils relativ zum Primärteil über die Hubstrecke (Δz) in ihren beiden Endstellungen durch Anschläge (21) derart begrenzt ist, dass der Permanentmagnet (14) bei einer Verschiebung zwischen den beiden Endstellungen in jeder Position zumindest eines der Spulenpakete (19) nur teilweise überlappt.5. placement head (4) according to one of claims 1 to 4, wherein the displacement of the secondary part relative to the primary part over the stroke (Δz) in its two end positions by stops (21) is limited such that the permanent magnet (14) during a displacement at least one of the coil packs (19) overlaps only partially between the two end positions in each position.
6. Bestückkopf (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Dreh-Hub-Motor (13) über eine Rückschlusseinrichtung6. placement head (4) according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotary-stroke motor (13) via a return device
(15) verfügt, welche in Verschieberichtung mindestens zwei Abschnitte (A, B) mit unterschiedlichem magnetischem Widerstand aufweist und derart mit dem Permanentmagneten (14) zusammenwirkt, dass sich ein magnetischer Rück- schluss bildet, wobei die Rückschlusseinrichtung (15) derart ausgebildet ist, dass der Permanentmagnet (14) beim Verschieben über die Hubstrecke (Δz) gleichzeitig mit zumindest zwei Abschnitten (A, B) der Rückschlusseinrichtung (15) überlappt.(15), which in the direction of displacement has at least two sections (A, B) with different magnetic resistance and interacts with the permanent magnet (14) in such a way that forms a magnetic return, wherein the feedback device (15) is designed such that the permanent magnet (14) during displacement over the stroke (Δz) at the same time with at least two sections (A, B) of the return device (15) overlaps.
7. Bestückkopf (4) nach Anspruch 6, wobei die Abschnitte (A, B) der Rückschlusseinrichtung (15) Materialien mit unter- schiedlichem magnetischem Widerstand aufweisen.7. placement head (4) according to claim 6, wherein the portions (A, B) of the return means (15) have materials with different magnetic resistance.
8. Bestückkopf (4) nach Anspruch 6, wobei die Abschnitte (A, B) der Rückschlusseinrichtung (15) von dem Permanentmagneten (14) unterschiedlich weit beabstandet sind.8. placement head (4) according to claim 6, wherein the portions (A, B) of the return means (15) from the permanent magnet (14) are spaced at different distances.
9. Bestückkopf (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Abschnitte (A, B) derart ausgebildet sind, dass auf den Permanentmagneten (14) beim Verschieben über die Hubstrecke (Δz) eine konstante Kraft wirkt, welche parallel zur Verschieberichtung gerichtet ist.9. placement head (4) according to any one of claims 6 to 8, wherein the portions (A, B) are formed such that on the permanent magnet (14) when moving over the stroke (Δz) acts a constant force, which is directed parallel to the direction of displacement.
10. Bestückkopf (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Abschnitte (A, B) derart ausgebildet sind, dass auf den Permanentmagneten (14) beim Verschieben über die Hubstrecke (Δz) eine Kraft wirkt, welche über die Hubstrecke variiert.10. placement head (4) according to any one of claims 6 to 8, wherein the portions (A, B) are formed such that on the permanent magnet (14) when moving over the stroke (Δz) acts a force which varies over the stroke distance ,
11. Bestückkopf (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Rückschlusseinrichtung (15) aus zwei zylindrischen Hülsen (26) besteht, welche lösbar miteinander verbindbar sind und jeweils einen der Abschnitte (A, B) des Rück- Schlusses (15) aufweisen.11. Placement head (4) according to any one of claims 6 to 10, wherein the return means (15) consists of two cylindrical sleeves (26) which are detachably connectable to each other and each one of the sections (A, B) of the rear end (15 ) exhibit.
12. Bestückkopf (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Primärteil mehrere Spulenpakete (19) aufweist, welche in Verschieberichtung nebeneinander angeordnet sind.12. placement head (4) according to one of claims 1 to 11, wherein the primary part comprises a plurality of coil packs (19), which are arranged side by side in the displacement direction.
13. Bestückkopf (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei die Halteeinrichtung (10) in eine Arbeitsposition und eine Ruheposition verfahrbar ist, wobei sich in der Ruheposition ein von der Halteeinrichtung gehaltenes Bauteil (11) näher am Gehäuse (9) befindet als in der Arbeitsposition, und wobei die Abschnitte (A, B) des Rückschlusses (15) derart ausgebildet sind, dass auf die Halteeinrichtung (10) bei Verschieben über die Hubstrecke eine Kraft wirkt, welche die Halteeinrichtung (10) in die Ruheposi- tion drängt. 13. placement head (4) according to any one of claims 6 to 12, wherein the holding device (10) is movable in a working position and a rest position, wherein in the rest position held by the holding member (11) closer to the housing (9) as in the working position, and wherein the portions (A, B) of the return path (15) are formed such that the holding device (10) when moving over the stroke path, a force acts, which the holding device (10) in the rest position urges.
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