Lineární vedení s nízkou magnetickou permeabilitou HSR-M3 pro silná magnetická pole
Rychlý technologický vývoj v posledních letech vedl ke vzniku nových aplikací zahrnujících magnetická pole v široké škále odvětví, od lékařských přístrojů, jako jsou systémy magnetické rezonance, až po polovodičová zařízení, jako jsou systémy elektronové litografie. V tomto článku zkoumáme výkonnostní požadavky na lineární pohyblivé komponenty používané v magnetických polích a představujeme lineární vedení s nízkou magnetickou permeabilitou, které je vhodné pro taková prostředí.
Obrázek 1: Magnetické pole
Kovy a magnetická pole
Magnetické pole je prostor, ve kterém působí magnetické síly vyvíjené elektrickými proudy nebo permanentně zmagnetizovanými materiály. Lze jej popsat siločarami, které udávají směr a sílu pole. Některé materiály, jako je železo, nikl, kobalt a příbuzné slitiny, silně reagují na magnetická pole. Když jsou vystaveny vnějšímu magnetickému poli, jejich magnetické domény se mohou zarovnat, což způsobí, že samotný materiál vyvine magnetický moment. Toto chování je známé jako feromagnetismus. Železo je jedním z nejznámějších feromagnetických materiálů.
Obrázek 2: Vlevo nemagnetický materiál - vpravo feromagnetický materiál
Technologie pro využití magnetických polí
Železo je levné, snadno se zpracovává a nachází se v nesčetných každodenních aplikacích. Tvoří základ mnoha moderních technologií, které nabízejí vysokou úroveň pohodlí. Nicméně existují oblasti, ve kterých jsou feromagnetické materiály, jako je železo, zásadně nevhodné.
Lékařská technologie: MRI systémy (magnetická rezonance)
Magnetické rezonance (MRI) používané v klinickém prostředí jsou dobře známým příkladem aplikace magnetických polí. Během vyšetření magnetickou rezonancí systém generuje silné magnetické pole, které se používá k vytváření detailních snímků vnitřku těla. Protože je MRI skener v podstatě velký, výkonný magnet, přitahuje nebezpečnou silou předměty vyrobené z feromagnetických materiálů, jako je železo. Z tohoto důvodu musí pacienti před vyšetřením odstranit všechny kovové předměty a skenování pacientů s kardiostimulátory nemusí být možné. Stejně tak musí být zařízení používané v blízkosti MRI skeneru vyrobeno z materiálů, které jsou necitlivé na silná magnetická pole.
Obrázek 3: MRT skener
Polovodičový průmysl: litografie elektronovým paprskem
Feromagnetické materiály jsou také nevhodné pro litografii elektronovým paprskem, technologii používanou při výrobě polovodičů. Jak název napovídá, tyto systémy používají elektronový paprsek k vytváření elektronických obvodů. S dnešní technologií lze vytvářet struktury s šířkou čar pouhých 2 nm (dvě miliontiny milimetru). I sebemenší magnetické vlivy v okolním prostředí však mohou elektronový paprsek odchýlit a tím zhoršit přesné zobrazení požadovaného vzoru obvodu. Proto takové systémy vyžadují součástky vyrobené z materiálů, které nevykazují žádný magnetismus nebo generují pouze extrémně slabá magnetická pole
Obrázek 4: Deska plošných spojů (PCB)
Požadavky na strojní součásti v magnetických polích
Relativní magnetická permeabilita definuje parametr, který udává, jak silně je materiál ovlivněn magnetickým polem. Je definována jako poměr magnetické permeability materiálu k magnetické permeabilitě vakua. Čím blíže je tato hodnota 1, tím méně je materiál ovlivněn magnetickým polem. Materiály na bázi železa běžně používané pro strojní součásti mají relativní magnetickou permeabilitu v rozmezí přibližně 50 až 5 000.
V závislosti na typu stroje jsou pro kovové součásti nezbytné materiály s velmi nízkou relativní magnetickou permeabilitou. Patří mezi ně MRI skenery, litografické systémy pro polovodičový průmysl a podobná zařízení.
Nízká magnetická permeabilita sama o sobě však nestačí. Například kovové součásti strojů obvykle vyžadují povrchovou tvrdost kolem HRC 60. Materiály s nízkou magnetickou permeabilitou, jako je SUS316, obecně vykazují mnohem nižší povrchovou tvrdost, pouze kolem HRC 30. V důsledku toho tyto materiály neposkytují tvrdost požadovanou pro součásti strojů a omezují jak výkon, tak životnost součástí. U konvenčních materiálů to nevyhnutelně vede ke kompromisu mezi nízkou magnetickou permeabilitou a vysokou povrchovou tvrdostí.
Jak tedy lze dosáhnout nízké magnetické permeability a vysoké povrchové tvrdosti u strojních součástí, které jsou převážně vyrobeny z feromagnetického materiálu, jako je železo?
Lineární vedení HSR-M3 s nízkou magnetickou permeabilitou a vysokou povrchovou tvrdostí
Obrázek 5: Lineární vedení HSR-M3 pro aplikace se silnými magnetickými poli
Společnost THK vyvinula lineární vedení HSR-M3 s nízkou magnetickou permeabilitou, aby odolalo účinkům silných magnetických polí, a je proto vhodné pro použití v MRI skenerech, zařízeních pro výrobu polovodičů a dalších instalacích. Jeho největší výhodou je extrémně nízká magnetická permeabilita, která díky speciálně zvolenému materiálu dosahuje relativní magnetické permeability pouhých 1,02. Díky vodicí liště i vozíku vyrobenému z tohoto materiálu může lineární vedení poskytovat maximální výkon i za vlivu silných magnetických polí, takže tyto vlivy jsou v praktickém provozu zanedbatelné.
Kromě nízké magnetické permeability se materiál použitý v HSR-M3 vyznačuje také vysokou povrchovou tvrdostí HRC 40 ve srovnání s většinou ostatních materiálů s nízkou magnetickou permeabilitou. To má za následek vyšší nosnost a větší flexibilitu konstrukce, protože těžiště zatížení lze umístit dále od vodicího systému.
Obrázek 6: Tvrdost HRC a relativní magnetická permeabilita materiálů
Lineární vedení s nízkou magnetickou permeabilitou HSR-M3 je součástí modelové řady HSR, která sama o sobě má dlouhou historii úspěchů v široké škále strojů a stanovila globální standard pro lineární vedení. Jeho rozměry navíc splňují normy ISO. Je také vybaveno funkcí samovyrovnání, která kompenzuje chyby při montáži, a také stejnou nosností ve všech hlavních směrech, což umožňuje různé orientace instalace. Tyto vlastnosti dohromady umožňují integraci do stávajících systémů bez nutnosti větších konstrukčních úprav.
Lineární vedení s nízkou magnetickou permeabilitou byla v minulosti k dispozici pouze jako zakázková řešení. Dnes je však model HSR-M3 součástí standardní produktové řady s velikostmi 15 až 25 a dynamickou únosností od 2,3 do 7,4 kN.
THK GmbH
PR Group
Kaiserswerther Strasse 115,
40880 Ratingen, Germany
Tel: +49 2102 7425 555
E-mail: press@thk.eu
www.thk.com
