DE102006039090A1 - Drive for rotary machines - Google Patents

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Uwe Wolf
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Abstract

Ein Antrieb für Rotationsmaschinen mit einem feststehenden und einem drehbaren Maschinenteil soll so verbessert werden, dass er bei Aufrechterhaltung der Steuer- und Regelgenauigkeit einfacher und kostengünstiger aufgebaut ist und gleichzeitig weniger Verschleiß und Fehleranfälligkeit bietet. Dies wird dadurch erreicht, dass an einem Maschinenteil umlaufend ein Kranz mit einer Mehrzahl von Magneten (27, 37) vorgesehen ist und an dem anderen Maschinenteil wenigstens ein korrespondierender, nur einen Teilsektor des Kranzes überdeckender Stator (28, 38) angeordnet ist, so dass der rotierende Maschinenteil (23) durch ein vom Stator (28, 38) erzeugtes elektromagnetisches Feld in eine definierte Drehung versetzbar ist.A drive for rotary machines with a stationary and a rotatable machine part is to be improved so that it is simpler and less expensive while maintaining the control accuracy and at the same time offers less wear and error susceptibility. This is achieved in that a ring with a plurality of magnets (27, 37) is provided peripherally on a machine part and at least one corresponding stator (28, 38) covering only a sub-sector of the ring is arranged on the other machine part, so that the rotating machine part (23) can be displaced into a defined rotation by an electromagnetic field generated by the stator (28, 38).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Rotationsmaschinen mit einem feststehenden und einem drehbaren Maschinenteil.The The invention relates to a drive for rotary machines with a fixed and a rotating machine part.
  • Derartige Rotationsmaschinen kommen beispielsweise als Behälterbehandlungsmaschinen zum Einsatz, bei denen Arzneimittel- oder Getränkebehälter, wie Flaschen oder Dosen und dgl., z. B. gereinigt, befüllt und etikettiert werden. Dabei laufen die Behälter während der Behandlung auf Drehtellern unterschiedlicher Größe um. Je nach Anlagengröße und Verwendungszweck können diese Drehteller beträchtliche Ausmaße annehmen. Sie müssen dabei hohe Drehzahlen verkraften können und trotzdem in ihrer Geschwindigkeit genau regelbar sein, um beispielsweise Kapazitätsschwankungen ausgleichen zu können.such Rotary machines are used, for example, as container treatment machines, in which drug or beverage containers, such as bottles or cans and the like., z. B. cleaned, filled and labeled. The containers run during the treatment on turntables different size. ever according to plant size and intended use can this turntable considerable dimensions accept. You need to can cope with high speeds and still in their Speed be precisely controlled, for example, capacity fluctuations to be able to compensate.
  • Herkömmlich werden derartige Rotationsmaschinen mittels eines Servomotors angetrieben, der über ein Getriebe, ein Ritzel bewegt, das in eine Verzahnung am rotierenden Maschinenteil eingreift und diesen so dreht.Become conventional such rotary machines driven by a servomotor, the over a gear, a pinion moves in a toothing on the rotating Machine part engages and this turns.
  • Nachteilig hierbei ist der komplizierte Aufbau der Gesamtanordnung durch die Notwendigkeit eines Getriebes, das aufgrund der beschriebenen Anforderungen sehr präzise und somit aufwändig gestaltet sein muss. Dieses erhöht außerdem die Fehleranfälligkeit der gesamten Anlage und muss regelmäßig gewartet werden. Da derartige Anlagen häufig in Verbindung mit großen Mengen an Flüssigkeiten betrieben werden, muss die Gesamtanordnung zudem wasserdicht gekapselt werden, was den Aufwand zusätzlich erhöht.adversely Here is the complicated structure of the overall arrangement by the Necessity of a gearbox, due to the requirements described very precise and therefore expensive must be designed. This increases Furthermore the error rate the entire system and must be maintained regularly. Because such Plants often in Connection with big ones Amounts operated on liquids In addition, the entire arrangement must be encapsulated watertight, what the effort in addition elevated.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antrieb für die beschriebenen Rotationsmaschinen zu schaffen, der bei Aufrechterhaltung der Steuer- und Regelgenauigkeit einfacher und kostengünstiger aufgebaut ist und gleichzeitig weniger Verschleiß und Fehleranfälligkeit bietet.task The invention is a drive for the described rotary machines to create, while maintaining the control accuracy easier and cheaper is constructed and at the same time less wear and error susceptibility offers.
  • Die Erfindung erreicht dies durch einen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.The This achieves this by a drive with the features of Claim 1.
  • Durch einen derartig konstruierten Antrieb kann auf die Verwendung eines Servomotors mit Getriebe komplett verzichtet werden. Vielmehr werden an dem drehbaren Maschinenteil, beispielsweise an der Stelle, wo bisher die Verzahnung angeordnet war, ein Kranz mit in regelmäßigen Abständen platzierten Permanent- oder Elektromagneten angeordnet. Diesem gegenüber wird am feststehenden Teil der Maschine ein elektromagnetischer Stator angeordnet, wie er auch in abgewandelter Form bei Linearelektroantrieben Verwendung findet. Dieser ist gebogen und in seinem Radius dem Radius des Magnetkranzes angepasst. Er überdeckt nur einen Teilsektor des umlaufenden Magnetkranzes. Der Stator weist im Inneren eine Spulenanordnung auf, die es ermöglicht, eine tangentiale Kraft auf die ihm gegenüberliegenden Magneten auszuüben und diese so zusammen mit dem gesamten drehbaren Maschinenteil in Rotation zu versetzen. Die Größe des Stators sowie die Anzahl und Anordnung der integrierten Spulen ist von der Größe, den notwendigen Kräften und Drehzahlen abhängig. Durch die Gestaltung des durch die Spulen erzeugten Feldes, wie beispielsweise der Feldstärke und der Feldfrequenz, kann eine genaue Steuerung sowohl der erzeugten Momente als auch der sich ergebenden Drehzahlen unabhängig voneinander erzielt werden.By Such a constructed drive can be based on the use of a Servo motor with gearbox completely dispensed with. Rather be on the rotatable machine part, for example, at the point where previously the gearing was arranged, a wreath with regularly placed permanent magnet or electromagnet arranged. Opposite this becomes electromagnetic at the stationary part of the machine Stator arranged, as he also in a modified form in linear electric drives Use finds. This is bent and in its radius the radius adapted to the magnetic ring. He covers up only a subsector of the rotating magnetic rim. The stator points inside a coil assembly, which allows a tangential force on the opposite Exercise magnets and these together with the entire rotatable machine part in To rotate. The size of the stator as well as the number and arrangement of the integrated coils is of the Size, the necessary forces and speeds. By designing the field generated by the coils, such as for example, the field strength and the field frequency, can accurately control both of the generated Moments and the resulting speeds independently be achieved.
  • Es ist möglich, mehrere derartige Statoren um den Magnetkranz herum anzuordnen, wenn dies beispielsweise aufgrund der großen maximalen notwendigen Kräfte zweckmäßig ist.It is possible, to arrange several such stators around the magnetic rim, if this is expedient, for example, due to the large maximum forces required.
  • Je nach Ausgestaltung der Maschine ist es außerdem möglich, die Magneten auf der Innenseite eines kreisförmigen Kranzes anzuordnen und den Stator im Innenumfang dieses Kranzes zu platzieren, der dann in seiner Form an diese Anordnung angepasst ist.ever After design of the machine, it is also possible to use the magnets on the Inside of a circular To arrange wreath and the stator in the inner circumference of this wreath to place, then adapted in shape to this arrangement is.
  • In Ausgestaltung ist der entsprechende Antrieb mit einer Kugeldrehverbindung kombiniert, die den drehbaren Teil der Maschine trägt. Hier können die Magnete beispielsweise am Außenumfang des drehbaren Teils der Kugeldrehverbindung angeordnet sein und der Stator korrespondierend am feststehenden Teil der Drehverbindung.In Design is the corresponding drive with a ball slewing connection combined, which carries the rotatable part of the machine. Here can they Magnets, for example, on the outer circumference be arranged of the rotatable part of the ball slewing connection and the stator corresponding to the fixed part of the rotary joint.
  • Der erfindungsgemäße Antrieb ist deutlich kleiner und kompakter und kann gänzlich auf ein Getriebe verzichten. Außerdem weist er außer dem drehbaren Maschinenteil keine zusätzlichen drehbaren Teile mehr auf und ist in einen üblicherweise trockenen Bereich der Maschine verlagert, so dass er keinen Flüssigkeiten oder Reinigungsmitteln mehr ausgesetzt ist, was die Störanfälligkeit und Wartungsintensität des Gesamtsystems erheblich vermindert.Of the drive according to the invention is much smaller and more compact and can completely do without a transmission. Furthermore He points out the rotating machine part no more rotatable parts more on and is in a customary way dry area of the machine shifts, so he does not have any fluids or cleaning agents is more exposed, indicating the susceptibility to interference and maintenance intensity of the overall system significantly reduced.
  • Zur Überwachung der Position bzw. der Drehgeschwindigkeit des drehbaren Maschinenteils ist eine Messeinrichtung vorgesehen, beispielsweise in Form eines auf der Drehachse angeordneten optischen Winkelpositionsgebers.For monitoring the position or the rotational speed of the rotary machine part is a measuring device provided, for example in the form of a the rotation axis arranged optical Winkelpositionsgebers.
  • Diese und weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, die hiermit zum Gegenstand der Beschreibung gemacht werden.These and further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims hereby to be made the subject of the description.
  • Die Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigt inThe Invention is with reference to the accompanying drawings explained in more detail. These shows in
  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Rotationsmaschine gemäß dem Stand der Technik, 1 a schematic side view of a rotary machine according to the prior art,
  • 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Rotationsmaschine mit dem erfindungsgemäßen Antrieb, 2 a partially sectioned side view of a rotary machine with the drive according to the invention,
  • 3 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebes sowie in 3 a schematic plan view of a first embodiment of the drive according to the invention and in
  • 4 eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebes. 4 a schematic plan view of a second embodiment of the drive according to the invention.
  • Eine allgemein mit 1 bezeichnete Rotationsmaschine nach dem Stand der Technik ist in 1 näher dargestellt. Sie weist einen feststehenden Maschinenteil 2 und einen drehbaren Maschinenteil 3 auf, die über eine Kugeldrehverbindung 4 miteinander verbunden sind. Am drehbaren Teil sind außen Füllstationen 5 angeordnet, mit denen Getränkeflaschen 6 mit Inhalt gefüllt werden.A general with 1 designated rotary machine according to the prior art is in 1 shown in more detail. It has a stationary machine part 2 and a rotatable machine part 3 on that over a ball slewing connection 4 connected to each other. On the rotatable part are outside filling stations 5 arranged, with which beverage bottles 6 be filled with content.
  • Außen am mit dem drehbaren Maschinenteil 3 verbundenen Teil der Kugeldrehverbindung 4 ist eine Verzahnung 7 angeordnet, in die ein Ritzel 8 eingreift, das über ein Getriebe 9 von einem Servomotor 10 angetrieben wird. Durch eine entsprechende Versorgung des Servomotors 10 mit Strom lässt sich somit der drehbare Teil der Maschine antreiben und in der Geschwindigkeit steuern.On the outside with the rotating machine part 3 connected part of the ball slewing connection 4 is a gearing 7 arranged in which a pinion 8th engages that via a gearbox 9 from a servomotor 10 is driven. By an appropriate supply of the servomotor 10 with electricity can thus drive the rotatable part of the machine and control the speed.
  • Demgegenüber ist der Antrieb nach der Erfindung in 2 näher dargestellt. Auch hier weist die allgemein mit 20 bezeichnete Behälterbehandlungsmaschine einen festen Maschinenteil 22 und einen drehbaren Maschinenteil 23 auf, der um eine Mitteldrehachse 21 gedreht werden kann. Eine Kugeldrehverbindung 24 ist vorgesehen, die den rotierenden Maschinenteil 23 drehbar mit dem festen Maschinenteil 22 verbindet und diesen lagert. Auch hier befinden sich wieder Füllstationen 25 am drehbaren Teil 23 der Behälterbehandlungsmaschine 20, die zur Befüllung von Flaschen 26 mit Getränken dienen.In contrast, the drive according to the invention in 2 shown in more detail. Here, too, has the general with 20 designated container treatment machine a fixed machine part 22 and a rotatable machine part 23 on that around a central axis of rotation 21 can be turned. A ball slewing connection 24 is provided, which is the rotating machine part 23 rotatable with the fixed machine part 22 connects and stores this. Again, there are again filling stations 25 on the rotatable part 23 the container handling machine 20 for filling bottles 26 Serve with drinks.
  • Außen am drehbaren Teil der Kugeldrehverbindung 24 befinden sich in regelmäßigen Abständen Permanentmagnete 27. Ein elektromagnetischer Stator 28 ist außen umfänglich an der Kugeldrehverbindung 24 angeordnet und überdeckt einen Winkelsektor der Verbindung. Der Stator 28 enthält eine Spulenanordnung, die es erlaubt, ein wechselndes elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Dieses wird anhand eines nicht näher dargestellten Steuergerätes geregelt.Outside on the rotatable part of the ball slewing connection 24 are permanent magnets at regular intervals 27 , An electromagnetic stator 28 is externally circumferentially on the ball slewing connection 24 arranged and covers an angle sector of the connection. The stator 28 contains a coil arrangement that allows to generate a changing electromagnetic field. This is regulated by means of a control unit, not shown.
  • Zur Drehung der Anordnung, die in 3 in einer anderen Ansicht dargestellt ist, wird vom Stator 28 ein Magnetfeld erzeugt, das eine tangentiale Kraft auf die in seinem Bereich liegenden Magneten 27 ausübt, so dass diese beispielsweise im Uhrzeigersinn verschoben werden, was durch die drehbare Anordnung zu einer Drehung des drehbaren Teils 23 führt. Abhängig von Stärke und Frequenz des elektromagnetischen Feldes lässt sich sowohl das gewünschte Drehmoment als auch die gewünschte Drehzahl den Anforderungen nach anpassen und sind so beispielsweise ein kontrolliertes Anfahren der Anlage oder Herunterfahren ermöglichen.For rotation of the arrangement in 3 shown in another view, is from the stator 28 generates a magnetic field that generates a tangential force on the magnets in its area 27 exerted so that they are shifted, for example, clockwise, which by the rotatable arrangement to a rotation of the rotatable member 23 leads. Depending on the strength and frequency of the electromagnetic field, both the desired torque and the desired speed can be adapted to the requirements and are thus, for example, a controlled start-up of the system or shutdown allow.
  • Durch eine entsprechend gestaltete Steuervorrichtung lässt sich sie verbleibende Rotationsenergie im System durch Umschaltung des Stators in eine Generatorspulenkonfiguration zur Energiegewinnung nutzen, beispielsweise um im Falle eines totalen Energieausfalles die Anlage noch mit genügend Energie für ein kontrolliertes Herunterfahren versorgen zu können.By a correspondingly designed control device allows it remaining rotational energy in the system by switching the stator into a generator coil configuration use for energy, for example, in the case of a total Energy loss, the plant still with enough energy for a controlled Shut down supply.
  • Eine alternative Ausgestaltung ist in 4 näher dargestellt. Ein Kranz 34, der fest mit dem rotierenden Teil einer entsprechenden nicht näher dargestellten Rotationsmaschine verbunden ist, weist hierbei an seinem Innenumfang eine Mehrzahl von Magneten 37 auf. Gegenüber ist ein Stator 38 angeordnet, dessen Spulen an seinem Außenumfang liegen und es so analog der oben beschriebenen Verfahrensweise ermöglichen, die Maschine in Rotation zu versetzen.An alternative embodiment is in 4 shown in more detail. A wreath 34 , which is firmly connected to the rotating part of a corresponding rotary machine, not shown, in this case has on its inner circumference a plurality of magnets 37 on. Opposite is a stator 38 arranged, the coils are located on its outer circumference and thus allow analogous to the procedure described above, to put the machine in rotation.
  • Natürlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann in vielfältiger Hinsicht abgewandelt werden, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So sind die genauen Konfigurationen der Rotationsmaschinen nicht festgelegt. Auch die Zahl und Anordnung der Magneten ist in weiten Bereichen variabel, insbesondere von der Größe und den zu erzielenden Kräften und Drehzahlen abhängig. Auch können mehr als ein Stator Verwendung finden.of course is the invention is not limited to the above embodiments, but can be more diverse Be modified, without leaving the basic idea. So the exact configurations of the rotary machines are not established. Also, the number and arrangement of the magnets is in wide Variable areas, in particular of the size and the forces to be achieved and Speed depends. Also can find more than one stator use.
  • 11
    Rotationsmaschinerotary engine
    22
    feststehender Maschinenteilfixed machinery
    33
    drehbarer Maschinenteilrotatable machinery
    44
    KugeldrehverbindungBall slewing
    55
    Füllstationfilling station
    66
    Getränkeflaschenbeverage bottles
    77
    Verzahnunggearing
    88th
    Ritzelpinion
    99
    Getriebetransmission
    1010
    Servomotorservomotor
    2020
    BehälterbehandlungsmaschineContainer handling machine
    2121
    MitteldrehachseCentral axis of rotation
    2222
    fester Maschinenteilsolid machinery
    2323
    drehbarer Maschinenteilrotatable machinery
    2424
    KugeldrehverbindungBall slewing
    2525
    Füllstationfilling station
    2626
    Flaschenbottles
    2727
    Permanentmagnetepermanent magnets
    2828
    Statorstator
    3434
    Kranzwreath
    3737
    Magnetenmagnets
    3838
    Statorstator

Claims (8)

  1. Antrieb für Rotationsmaschinen mit einem feststehenden und einem drehbaren Maschinenteil, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Maschinenteil umlaufend ein Kranz mit einer Mehrzahl von Magneten (27, 37) vorgesehen ist und an dem anderen Maschinenteil wenigstens ein korrespondierender, nur einen Teilsektor des Kranzes überdeckender Stator (28, 38) angeordnet ist, so dass der rotierende Maschinenteil (23) durch ein vom Stator (28, 38) erzeugtes elektromagnetisches Feld in eine definierte Drehung versetzbar ist.Drive for rotary machines with a fixed and a rotatable machine part, characterized in that on a machine part circumferentially a ring with a plurality of magnets ( 27 . 37 ) is provided and on the other machine part at least one corresponding, only a sub-sector of the ring overlapping stator ( 28 . 38 ) is arranged so that the rotating machine part ( 23 ) by a from the stator ( 28 . 38 ) generated electromagnetic field is displaceable in a defined rotation.
  2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten (27, 37) an dem drehbaren (23) und der wenigstens eine Stator (28, 38) an dem feststehenden Maschinenteil (22) vorgesehen ist.Drive according to claim 1, characterized in that the magnets ( 27 . 37 ) on the rotatable ( 23 ) and the at least one stator ( 28 . 38 ) on the stationary machine part ( 22 ) is provided.
  3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz mit den Magneten (27) am Außenumfang eines Bereiches des drehbaren Maschinenteils (23) vorgesehen und der Stator (28) außerhalb des Bereiches angeordnet ist.Drive according to claim 2, characterized in that the ring with the magnets ( 27 ) on the outer periphery of a portion of the rotatable machine part ( 23 ) and the stator ( 28 ) is arranged outside the area.
  4. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz mit den Magneten (37) am Innenumfang eines Bereiches des drehbaren Maschinenteils (23) vorgesehen und der Stator (38) innerhalb des Bereiches angeordnet ist.Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the ring with the magnets ( 37 ) on the inner periphery of a portion of the rotatable machine part ( 23 ) and the stator ( 38 ) is arranged within the area.
  5. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb mit einer Kugeldrehverbindung (24) kombiniert ausgebildet ist.Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the drive with a ball slewing connection ( 24 ) is formed combined.
  6. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten (27) an dem rotierenden Teil der Kugeldrehverbindung (24) angeordnet sind.Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the magnets ( 27 ) on the rotating part of the ball slewing connection ( 24 ) are arranged.
  7. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Position und/oder Drehgeschwindigkeit des drehbaren Maschinenteils (23) vorgesehen ist.Drive according to one of the preceding claims, characterized in that a measuring device for determining the position and / or rotational speed of the rotatable machine part ( 23 ) is provided.
  8. Antrieb nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zur Verwendung bei Behälterbehandlungsmaschinen ausgebildet ist.Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the drive is designed for use in container treatment machines is.
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