Die
Erfindung betrifft einen elektropneumatischen Hybridantrieb, mit
mindestens einer elektrischen Antriebseinheit und mindestens einer
pneumatischen Antriebseinheit, die abtriebsseitig zusammenarbeiten.The
The invention relates to an electropneumatic hybrid drive, with
at least one electric drive unit and at least one
pneumatic drive unit, which work together on the output side.
Ein
derartiger elektropneumatischer Hybridantrieb geht aus der DE 102 44 260 A1 hervor.
Er enthält
eine nach Art eines Pneumatikzylinders ausgebildete pneumatische
Antriebseinheit und eine abtriebsseitig mit dieser zusammenarbeitende,
als elektrodynamischer Lineardirektantrieb ausgebildete elektrische
Antriebseinheit. Durch aufeinander abgestimmte elektrische und pneumatische
Ansteuerung können
sich die beiden Antriebseinheiten, was die Kraftabgabe anbelangt,
entweder ergänzen
oder sie können
abwechselnd betrieben werden. Dies ermöglicht einen äußerst variantenreichen
Einsatz. Allerdings leidet die Leistung der elektrischen Antriebseinheit
durch die eigene Wärmeentwicklung.
Bei einer Überhitzung
können
sogar Schäden
an einzelnen Komponenten des Hybridantriebes auf treten. Einer vergleichbaren
Problematik unterliegt auch der in der DE 103 27 371 A1 beschriebene
Hybridantrieb.Such an electro-pneumatic hybrid drive goes out of the DE 102 44 260 A1 out. It contains a pneumatic drive unit constructed in the manner of a pneumatic cylinder and an electric drive unit cooperating with the latter on the output side and designed as an electrodynamic linear direct drive. By coordinated electrical and pneumatic control, the two drive units, as far as the power output, either complement or they can be operated alternately. This allows a very varied use. However, the performance of the electric drive unit suffers from its own heat development. Overheating can even cause damage to individual components of the hybrid drive. A similar problem is also subject in the DE 103 27 371 A1 described hybrid drive.
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen zu treffen, die die
mögliche
Leistungsausbeute bei einem elektropneumatischen Hybridantrieb verbessern.It
the object of the present invention is to take measures that the
possible
Improve performance in an electropneumatic hybrid drive.
Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird die beim Betrieb der pneumatischen Antriebseinheit
des Hybridantriebes anfallende Abluft zumindest teilweise als Kühlluft durch
die elektrische Antriebseinheit hindurchgeleitet.to
solution
This task is the operation of the pneumatic drive unit
of the hybrid drive accumulating exhaust air at least partially as cooling air
passed through the electric drive unit.
Somit
findet während
des Betriebes des Hybridantriebes eine Kühlung der elektrischen Antriebseinheit
statt, was Leistungsausbeute und Wirkungsgrad verbessert und zu
einer Schonung der der auftretenden Wärme ausgesetzten Bauteile beiträgt. Als Kühlmittel
wird dabei nicht ein von extern zugeführtes Medium eingesetzt, sondern
die beim Betrieb der pneumatischen Antriebseinheit anfallende Abluft,
die bei konventioneller Betriebsweise ungenutzt direkt an die Atmosphäre abgeleitet
würde.
Durch die Verdrängung
aus der pneumatischen Antriebseinheit verfügt die Abluft über die
notwendige Strömungsenergie,
um durch die elektrische Antriebseinheit hindurchgeleitet werden
zu können.
Somit erspart man sich zusätzliche
Energie für
die Bereitstellung und den Transport des Kühlmediums. Überdies erhält man automatisch eine hohe
Kühlleistung,
die dadurch bedingt ist, dass die aus der pneumatischen Antriebseinheit
abgegebene Abluft auf Grund ihrer Expansion stark abgekühlt ist
und somit auch bei hoher Umgebungstemperatur ein wirksamer Kühleffekt auftritt.
Die Austrittstemperatur der Druckluft kann nahe dem Gefrierpunkt
liegen.Consequently
takes place during
the operation of the hybrid drive cooling the electric drive unit
instead, which improves and improves performance and efficiency
a conservation of the heat occurring components contributes. As a coolant
It is not a externally supplied medium used, but
the exhaust air generated during operation of the pneumatic drive unit,
which, in conventional operation, is discharged unused directly to the atmosphere
would.
By the repression
From the pneumatic drive unit, the exhaust air has the
necessary flow energy,
to be passed through the electric drive unit
to be able to.
Thus one saves oneself additional
Energy for
the provision and transport of the cooling medium. Moreover, you automatically get a high
Cooling capacity,
which is due to the fact that from the pneumatic drive unit
discharged exhaust air is strongly cooled due to their expansion
and thus also at high ambient temperature, an effective cooling effect occurs.
The exit temperature of the compressed air may be near the freezing point
lie.
Kühlmaßnahmen
als solches sind aus vielen Bereichen der Technik bekannt. So wird
beispielsweise in der Automobiltechnik zur Kühlung des Antriebsmotors auf
Luft- oder Wasserkühlung
zurückgegriffen.
Das Kühlmedium
muss jedoch stets gesondert für
den Kühlungszweck
bereitgestellt werden.cooling measures
as such are known in many fields of technology. So will
for example, in automotive technology for cooling the drive motor
Air or water cooling
resorted.
The cooling medium
must always separately for
the cooling purpose
to be provided.
Die DE 32 21 928 A1 offenbart
eine elektropneumatische Vorsteuerstufe für ein pneumatisches Servoventil,
die mit Mitteln zur Luftkühlung
ausgestattet ist. Die verwendete Kühlluft entstammt zwar dem zugeordneten
Servoventil, ist jedoch keine Abluft, sondern wird über eine
Düse aus
dem Speisekanal abgegriffen, so dass ein erhöhter Fluid- und Energiebedarf
auftritt. Es finden sich zudem keine Anhaltspunkte für eine Anwendung
zur Kühlung
eines elektropneumatischen Hybridantriebes.The DE 32 21 928 A1 discloses an electropneumatic pilot stage for a pneumatic servo valve equipped with means for air cooling. Although the cooling air used comes from the associated servo valve, but is not exhaust air, but is tapped via a nozzle from the feed channel, so that an increased fluid and energy requirements occurs. There are also no indications for an application for cooling an electropneumatic hybrid drive.
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.advantageous
Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Die
in dem Hybridantrieb vereinigten Antriebseinheiten sind bevorzugt
Linearantriebseinheiten, können
aber prinzipiell auch als Drehantriebseinheiten ausgeführt sein,
und auch eine Kombination zwischen linearen und rotativen Antriebseinheiten
ist denkbar.The
Drive units combined in the hybrid drive are preferred
Linear drive units, can
but in principle also be designed as a rotary drive units,
and also a combination between linear and rotary drive units
is conceivable.
In
der Regel wird der Hybridantrieb so ausgebildet sein, dass seine
Antriebseinheiten über
gesonderte Abtriebsglieder verfügen,
die auf ein gemeinsames Kraftabgabeglied einwirken können. Es sind
allerdings auch Bauformen möglich,
bei denen die Antriebseinheiten über
ein gemeinsames Abtriebsglied verfügen, auf das sowohl elektrisch
hervorgerufene Antriebskräfte
als auch pneumatisch hervorgerufene Antriebskräfte einwirken können.In
usually the hybrid drive will be designed so that its
Drive units via
have separate output members,
which can act on a common force delivery member. There are
but also possible designs,
where the drive units over
have a common output element on which both electrical
caused driving forces
as well as pneumatically induced driving forces can act.
Um
eine besonders wirksame Kühlung
der elektrischen Antriebseinheit zu ermöglichen, ist diese zweckmäßigerweise
von mindestens einem Kühlluftkanal
durchsetzt, der von der als Kühlluft
fungierenden Ablauft der pneumatischen Antriebseinheit durchströmbar ist.
Vorzugsweise erstreckt sich mindestens ein Kühlluftkanal in einem das Abtriebsglied enthaltenden
Antriebsgehäuse
der elektrischen Antriebseinheit. Ohne Weiteres können der
elektrischen Antriebseinheit mehrere Kühlluftkanäle zugeordnet sein, die gleichzeitig
und/oder zeitlich versetzt und hierbei mit gleicher oder mit unterschiedlicher
Strömungsrichtung
von der Kühlluft
durchströmt
werden können.Around
a particularly effective cooling
to allow the electric drive unit, this is suitably
of at least one cooling air channel
interspersed by the as cooling air
functioning run of the pneumatic drive unit can be flowed through.
Preferably, at least one cooling air duct extends in an output member containing the
drive housing
the electric drive unit. Without further ado, the
electric drive unit to be assigned a plurality of cooling air channels, the same time
and / or offset in time and in this case with the same or different
flow direction
from the cooling air
flows through
can be.
Ein
Hindurchleiten von Kühlluft
mit entgegengesetzter Strömungsrichtung
ist vor allem in Verbindung mit wenigstens zwei Kühlluftkanälen vorteilhaft,
die sich längs
der Bewegungsrichtung des Abtriebsgliedes der elektrischen Antriebseinheit
entlang der Verfahrstrecke des Abtriebsgliedes erstrecken. Dadurch
kann eine äußerst gleichmäßige Temperaturverteilung
in der elektrischen Antriebseinheit erzeugt werden.Passing through cooling air with opposite flow direction is particularly advantageous in connection with at least two cooling air channels, which along the direction of movement of the output member of the electric drive unit along extend the travel distance of the output member. As a result, an extremely uniform temperature distribution in the electric drive unit can be generated.
Meist
wird das Abtriebsglied der elektrischen Antriebseinheit in einem
querschnittsmäßig angepassten
Aufnahmeraum eines Gehäuses
der elektrischen Antriebseinheit aufgenommen sein und diesen Aufnahmeraum
in eine oder zwei Kammern unterteilen. Es ist nun vorteilhaft, wenn
mindestens eine dieser Kammern an mindestens einen Kühlluftkanal
angeschlossen ist, so dass die zugeführte Kühlluft eine impulsartige Schubunterstützung für das Abtriebsglied
der elektrischen Antriebseinheit zu Beginn seiner Verfahrbewegung
leisten kann. In der Regel verfügt
die Abluft der pneumatischen Antriebseinheit noch über einen
ausreichend hohen Restdruck, um kurzzeitig eine Zusatzkraft zu entwickeln.
Dadurch kann zumindest der Reibungseinfluss beim Starten der elektrischen
Antriebseinheit minimiert oder gar gänzlich kompensiert werden.Most of time
is the output member of the electric drive unit in a
adjusted in cross section
Recording room of a housing
be accommodated in the electric drive unit and this receiving space
divide into one or two chambers. It is now advantageous if
at least one of these chambers to at least one cooling air channel
is connected, so that the supplied cooling air impulse-like thrust support for the output member
the electric drive unit at the beginning of its movement
can afford. Usually features
the exhaust air of the pneumatic drive unit still over a
sufficiently high residual pressure to briefly develop an additional force.
As a result, at least the influence of friction when starting the electric
Drive unit minimized or even completely compensated.
Der
Hybridantrieb enthält
zur pneumatischen Ansteuerung der pneumatischen Antriebseinheit zweckmäßigerweise
eine bevorzugt elektrisch ansteuerbare Steuerventileinrichtung,
die über
einen oder mehrere Abluftausgänge
verfügt,
von dem bzw. von denen die Kühlluft
für die
zu kühlende
pneumatische Antriebseinheit abgreifbar ist. Beispielsweise kann
die Steuerventileinrichtung direkt an der elektrischen Antriebseinheit
installiert werden, so dass der oder die Abluftausgänge unmittelbar
mit einem oder mehreren Kühlluftkanälen kommunizieren.
Alternativ kann aber auch eine Verbindung mittels einer geeigneten
Abluftleitung vorgenommen werden, beispielsweise in Gestalt eines
flexiblen Schlauches oder einer starren Rohrleitung.Of the
Hybrid drive contains
for the pneumatic control of the pneumatic drive unit expediently
a preferably electrically controllable control valve device,
the above
one or more exhaust air outlets
features,
from which or from which the cooling air
for the
to be cooled
pneumatic drive unit can be tapped off. For example, can
the control valve device directly to the electric drive unit
be installed so that the exhaust or the exhaust outlets immediately
communicate with one or more cooling air ducts.
Alternatively, however, a connection by means of a suitable
Exhaust air duct are made, for example in the form of a
flexible hose or a rigid pipe.
Enthält die Steuerventileinrichtung
zwei Abluftausgänge,
besteht die Möglichkeit,
diese an je einen eigenen Kühlluftkanal
anzuschließen
oder die Abluftausgänge
zusammenzufassen und einen gemeinsamen Anschluss an mindestens einen
Kühlluftkanal
vorzunehmen.Contains the control valve device
two exhaust air outlets,
it is possible,
These each have their own cooling air duct
to join
or the exhaust air outlets
summarize and have a common connection to at least one
Cooling air duct
make.
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die
darin enthaltenen 1, 2 und 3 zeigen,
in jeweils schematischer Darstellungsweise, verschiedene Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Hybridantriebes.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. The contained therein 1 . 2 and 3 show, in each schematic representation, various embodiments of the hybrid drive according to the invention.
Die
abgebildeten Hybridantriebe 1 enthalten jeweils eine elektrische
Antriebseinheit 2 und eine pneumatische Antriebseinheit 3,
die zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Die Zusammenfassung geschieht
exemplarisch mittels einer schematisch angedeuteten starren Verbindungsstruktur 4, über die
beispielhaft die Antriebsgehäuse 5, 6 der
beiden Antriebseinheiten 2, 3 fest miteinander
verbunden sind.The pictured hybrid drives 1 each contain an electric drive unit 2 and a pneumatic drive unit 3 , which are combined to form a structural unit. The summary is done by way of example by means of a schematically indicated rigid connection structure 4 , about the example of the drive housing 5 . 6 the two drive units 2 . 3 are firmly connected.
Andere
Arten der Zusammenfassung der beiden Antriebseinheiten 2, 3 sind
ebenfalls denkbar. Beispielsweise könnten die beiden Antriebsgehäuse 5, 6 unmittelbar
aneinander angebaut sein oder es könnten diese beiden Antriebsgehäuse 5, 6 in
Form eines einheitlichen Antriebsgehäuses realisiert sein.Other types of summary of the two drive units 2 . 3 are also possible. For example, the two drive housing 5 . 6 be attached directly to each other or it could be these two drive housing 5 . 6 be realized in the form of a unitary drive housing.
Jedenfalls
verfügen
die beiden Antriebsgehäuse 5, 6 über eine
feste, lagemäßig unveränderliche
Zuordnung.In any case, the two drive housing 5 . 6 over a fixed, positionally immutable assignment.
Die
beiden Antriebseinheiten 2, 3 arbeiten abtriebsseitig
zusammen. Sie greifen gemeinsam an einem Kraftabgabeglied 7 an,
das durch sie zu einer durch Doppelpfeil angedeuteten Kraftabgabebewegung 8 antreibbar
ist. Das Kraftabgabeglied 7 ist zweckmäßigerweise mit nicht weiter
dargestellten Befesti gungsmittels ausgestattet, über die ein zu bewegendes Bauteil
angebracht werden kann.The two drive units 2 . 3 work together on the output side. They are working together on a power delivery element 7 through it to a force indicated by double arrow power output movement 8th is drivable. The power delivery member 7 is expediently equipped with fastening means not shown, via which a component to be moved can be attached.
Jede
Antriebseinheit 2, 3 enthält ein zu einer durch einen
Doppelpfeil angedeuteten Abtriebsbewegung 12, 13 relativ
zum zugeordneten Antriebsgehäuse 5, 6 antreibbares
Abtriebsglied 14, 15. Diese Abtriebsglieder 14, 15 greifen
gemeinsam und gleichzeitig an dem Kraftabgabeglied 7 an.
Beispielhaft geschieht dies jeweils über eine sich in der Richtung
der Abtriebsbewegung 12, 13 erstreckende Koppelstange 16,
wobei jedoch auch andere Kopplungsarten möglich sind.Every drive unit 2 . 3 contains an output movement indicated by a double arrow 12 . 13 relative to the associated drive housing 5 . 6 drivable output member 14 . 15 , These output members 14 . 15 engage together and at the same time at the power delivery 7 at. By way of example, this is done in each case via a in the direction of the output movement 12 . 13 extending coupling rod 16 , but other types of coupling are possible.
Durch
elektrisch hervorgerufene Antriebskräfte kann das Abtriebsglied 14 der
elektrischen Antriebseinheit 2 zu seiner Abtriebsbewegung 12 angetrieben
werden. Im Falle der pneumatischen Antriebseinheit 3 werden
die zur Erzeugung der Abtriebsbewegung 13 des zugeordneten
Abtriebsgliedes 15 dienenden Antriebskräfte pneumatisch, also durch
Druckluft erzeugt.By electrically induced driving forces, the output member 14 the electric drive unit 2 to its output movement 12 are driven. In the case of the pneumatic drive unit 3 are the for generating the output movement 13 the associated output member 15 serving driving forces pneumatically, ie generated by compressed air.
Mittels
einer elektronischen Steuereinrichtung 17 ist eine auf
den Anwendungsfall abgestellte, aufeinander abgestimmte Betätigung der
beiden Antriebseinheiten 2, 3 möglich. Dadurch
können
die Antriebseinheiten 2, 3 zeitweilig gleichzeitig
und/oder zeitweilig alternativ betrieben werden.By means of an electronic control device 17 is a parked on the application, coordinated operation of the two drive units 2 . 3 possible. This allows the drive units 2 . 3 be temporarily operated simultaneously and / or temporarily alternatively.
Beispielsweise
kann zu Beginn der Kraftabgabebewegung 8 ein beiderseitiger
Betrieb erfolgen, um eine hohe Beschleunigung zu erreichen. Während einer
sich anschließenden
Zwischenphase kann dann beispielsweise ein Alleinbetrieb der pneumatischen
Antriebseinheit 3 mit bei Bedarf hoher Verfahrgeschwindigkeit
stattfinden. Zum Ende der Kraftabgabebewegung 8 hin kann
dann beispielsweise ein Alleinbetrieb der elektrischen Antriebseinheit 2 stattfinden,
in dessen Rahmen eine exakte Positionierung des Kraftabgabegliedes 7 stattfindet.
Eine besonders vorteilhafte Art und Weise der beiderseitigen Ansteuerung
wird in der DE 103
27 371 A1 erläutert.For example, at the beginning of the power delivery movement 8th a mutual operation to achieve a high acceleration. During a subsequent intermediate phase can then, for example, a sole operation of the pneumatic drive unit 3 take place with if necessary high traversing speed. At the end of the power delivery movement 8th then, for example, an exclusive operation of the electric drive unit 2 take place, in the context of which an exact positioning of the power output element 7 takes place. A particularly advantageous manner of mutual control is in the DE 103 27 371 A1 explained.
Bei
allen Ausführungsbeispielen
sind die beiden Antriebseinheiten 2, 3 als Linearantriebe
ausgeführt.
Die Abtriebsbewegungen 12, 13 sind Linearbewegungen,
die zweckmäßigerweise
mit der Bewegungsrichtung der ebenfalls linearen Kraftabgabebewegung 8 zusammenfallen.
Bei einer nicht näher
dargestellten Ausführungsform
sind eine oder beide Antriebseinheiten 2, 3 als
Drehantriebe ausgeführt,
die eine rotative Abtriebsbewegung erzeugen können, aus der beispielsweise
eine ebenfalls rotative, beispielsweise schwenkende Kraftabgabebewegung 8 ableitbar
ist.In all embodiments, the two drive units 2 . 3 designed as linear drives. The output movements 12 . 13 are linear movements, which expediently with the direction of movement of the likewise linear force output movement 8th coincide. In one embodiment, not shown, one or both drive units 2 . 3 designed as a rotary actuators that can produce a rotary output movement, from the example, a likewise rotary, for example, pivoting force output movement 8th is derivable.
Bei
den Ausführungsbeispielen
sind die beiden Antriebseinheiten 2, 3 voneinander
unabhängig. Sie
enthalten die beiden schon erwähnten
gesonderten Abtriebsglieder 14, 15, die auf ein
gemeinsam zugeordnetes Kraftabgabeglied 7 einwirken. Es
wäre jedoch
ohne Weiteres auch möglich,
beiden Antriebseinheiten 2, 3 ein einziges Abtriebsglied
gemeinsam zuzuordnen, das sowohl durch elektrisch hervorgerufene
Antriebskräfte
als auch durch pneumatisch hervorgerufene Antriebskräfte beaufschlagbar
ist. Ein mögliches
Ausführungsbeispiel
für eine
solche Bauart offenbart die DE 102 44 260 A1 .In the embodiments, the two drive units 2 . 3 independent from each other. They contain the two already mentioned separate output members 14 . 15 pointing to a co-assigned power output member 7 act. However, it would be readily possible, both drive units 2 . 3 to assign a single output member together, which can be acted upon by both electrically induced driving forces and by pneumatically induced driving forces. One possible embodiment of such a type discloses the DE 102 44 260 A1 ,
Die
elektrische Antriebseinheit 2 könnte beispielsweise ein Spindelantrieb
sein, mit einem Elektromotor, der eine Antriebsspindel in Rotation
versetzen kann, mit der das Abtriebsglied 14 so in Gewindeeingriff
steht, dass es durch die Rotation der Antriebsspindel in die lineare
Abtriebsbewegung 12 versetzt wird. Auch ein Zahnriemenantrieb
wäre denkbar.
Als besonders vorteilhaft wird jedoch eine Realisierung als sogenannter
elektrodynamischer Lineardirektantrieb angesehen, wie er auch bei
den Ausführungsbeispielen
zum Einsatz kommt.The electric drive unit 2 For example, could be a spindle drive, with an electric motor that can put a drive spindle in rotation, with the output member 14 is in threaded engagement, that it by the rotation of the drive spindle in the linear output movement 12 is offset. A toothed belt drive would be conceivable. However, a realization as a so-called electrodynamic linear direct drive is regarded as being particularly advantageous, as it is also used in the exemplary embodiments.
Der
Lineardirektantrieb verfügt
beispielhaft über
einen in seinem Antriebsgehäuse 5 ausgebildeten,
sich in Richtung der Abtriebsbewegung 12 erstreckenden
Aufnahmeraum 18, in dem das zugehörige Abtriebsglied 14 verschiebbar
aufgenommen ist. Durch das Abtriebsglied 14 wird der Aufnahmeraum 18 axial
in zwei Kammern 22, 23 unterteilt, deren Volumen
sich in Abhän gigkeit
von der aktuellen Position des Abtriebsglieds 14 verändert. Der
Aufnahmeraum 18 ist stirnseitig zweckmäßigerweise verschlossen. Das
Abtriebsglied 14 kann kolbenförmig ausgebildet sein.The linear direct drive has an example in its drive housing 5 trained in the direction of the output movement 12 extending recording room 18 , in which the associated output member 14 slidably received. By the output member 14 becomes the recording room 18 axially in two chambers 22 . 23 whose volume depends on the current position of the output member 14 changed. The recording room 18 is suitably closed at the front. The output member 14 may be formed piston-shaped.
Die
als Lineardirektantrieb ausgebildete elektrische Antriebseinheit 2 enthält zwei
auf elektromagnetischer Basis antriebsmäßig zusammenwirkende Antriebseinrichtungen 24, 25,
von denen die eine, erste Antriebseinrichtung 24 am Antriebsgehäuse 5 und
die andere, zweite Antriebseinrichtung 25 am Abtriebsglied 14 angeordnet
ist. Die erste Antriebseinrichtung 24, in der Zeichnung
nur strichpunktiert angedeutet, ist von einer Spuleneinrichtung
gebildet, die mehrere koaxial aufeinanderfolgende Antriebsspulen
enthält.
Sie erstreckt sich längs
des gesamten Verfahrweges des Abtriebsglieds 14.Designed as a linear direct drive electric drive unit 2 includes two electromagnetically driven driving means cooperating 24 . 25 of which the one, first drive means 24 on the drive housing 5 and the other, second drive means 25 on the output member 14 is arranged. The first drive device 24 , indicated only by dash-dotted lines in the drawing, is formed by a coil device which contains a plurality of coaxially successive drive coils. It extends along the entire travel path of the output member 14 ,
Die
am Abtriebsglied 14 angeordnete zweite Abtriebseinrichtung 25 ist
als Magneteinrichtung ausgeführt
und enthält
mindestens einen, vorzugsweise jedoch mehrere axial aufeinanderfolgende
Permanentmagnete 26, zweckmäßigerweise mit einander entgegengesetzter
Polarisierung.The on the output member 14 arranged second output device 25 is designed as a magnetic device and contains at least one, but preferably a plurality of axially successive permanent magnets 26 , suitably with opposite polarization.
Die
beiden Antriebseinrichtungen 24, 25 arbeiten nach
dem elektrodynamischen Prinzip zusammen. Über die elektronische Steuereinrichtung 17 können die
Antriebsspulen der ersten An triebseinrichtung 24 einzeln
oder in Gruppen zeitlich aufeinanderfolgend erregt werden, wobei
das erzeugte Magnetfeld mit den Magnetfeldern der Permanentmagnete 26 der
zweiten Antriebseinrichtung 25 zusammenwirkt, so dass sich
Rückwirkungskräfte ergeben,
die das Abtriebsglied 14, je nach Polungsrichtung, zur Ausführung der
Abtriebsbewegung 12 in die eine oder andere Richtung beaufschlagen.
Die Rückwirkungskräfte bilden
dabei die auf das Abtriebsglied 14 einwirkende Antriebskraft.The two drive devices 24 . 25 work together according to the electrodynamic principle. About the electronic control device 17 can the drive coils of the first drive device to 24 individually or in groups are excited successively in time, wherein the magnetic field generated with the magnetic fields of the permanent magnets 26 the second drive device 25 cooperates, so that there are reaction forces, the output member 14 , depending on the polarity direction, for the execution of the output movement 12 in one or the other direction apply. The reaction forces form on the output member 14 acting driving force.
Es
wäre auch
möglich,
die erste Antriebseinrichtung 24 am Abtriebsglied 14 und
die zweite Antriebseinrichtung 25 am Antriebsgehäuse 5 anzuordnen.It would also be possible to use the first drive device 24 on the output member 14 and the second drive means 25 on the drive housing 5 to arrange.
Die
pneumatische Antriebseinheit 3 ist ein beispielsweise nach
Art eines konventionellen Pneumatikzylinders aufgebauter Linearantrieb,
wobei allerdings auch eine kolbenstangenlose Variante einsetzbar
wäre. Das
Abtriebsglied 15 ist als Kolben ausgebildet, der in einem
sich in Richtung der Abtriebsbewegung 13 erstreckenden
Innenraum 27 des zugehörigen
Antriebsgehäuses 7 angeordnet
ist und diesen Innenraum 27 unter Abdichtung axial in zwei Arbeitskammern 28, 29 unterteilt.
In jede Arbeitskammer 28, 29 mündet einer von zwei voneinander
unabhängigen
Fluidkanälen 32, 33, über die
Druckluft wahlwei se einspeisbar oder abführbar ist, um auf das Abtriebsglied 15 die
gewünschte
Antriebskraft auszuüben.The pneumatic drive unit 3 is a built-up, for example, in the manner of a conventional pneumatic cylinder linear drive, but also a rodless variant would be used. The output member 15 is designed as a piston that moves in a direction in the direction of the output movement 13 extending interior 27 the associated drive housing 7 is arranged and this interior 27 under sealing axially in two working chambers 28 . 29 divided. In every working chamber 28 . 29 opens one of two independent fluid channels 32 . 33 , via which compressed air can optionally be fed or discharged, to the output member 15 to exercise the desired driving force.
Zur
entsprechenden Ansteuerung der pneumatischen Antriebseinheit 3 ist
eine bevorzugt elektrisch betätigbare
Steuerventileinrichtung 34 vorhanden, die über zwei
Arbeitsausgänge 35 verfügt, an die
jeweils einer der Fluidkanäle 32, 33 angeschlossen
ist. Die Steuerventileinrichtung 34 enthält außerdem einen
Speiseanschluss 36, der mit einer Druckluftquelle 37 verbunden
oder verbindbar ist.For appropriate control of the pneumatic drive unit 3 is a preferred electrically actuated control valve device 34 present, which has two work exits 35 has, in each case one of the fluid channels 32 . 33 connected. The control valve device 34 also includes a feed connection 36 that with a compressed air source 37 connected or connectable.
Schließlich enthält die Steuerventileinrichtung 34 auch
noch mindestens einen und zweckmäßigerweise
zwei Abluftausgänge 38, 39, über die
die aus der pneumatischen Antriebseinheit 3 während deren
Betriebes verdrängte
Abluft zur Atmosphäre ausströmen kann.
Unter "Abluft" ist diejenige Luft
zu verstehen, die durch das Abtriebsglied 15 momentan aus
derjenigen der beiden Arbeitskammern 28, 29 verdrängt wird,
die sich auf Grund einer entsprechend orientierten Abtriebsbewegung 13 des
Abtriebsglieds 15 im Zustand einer Volumenverringerung
befindet.Finally, the control valve device contains 34 also at least one and expediently two exhaust air outlets 38 . 39 , about which the from the pneumatic drive unit 3 During their operation displaced exhaust air can escape to the atmosphere. "Exhaust air" is to be understood as the air that passes through the output member 15 currently from the one of the two working chambers 28 . 29 is displaced due to a correspondingly oriented output movement 13 of the output member 15 is in a state of volume reduction.
Der
Betriebszustand der Steuerventileinrichtung 34 wird elektrisch
durch die elektronische Steuereinrichtung 17 vorgegeben.The operating state of the control valve device 34 becomes electrically by the electronic control device 17 specified.
Exemplarisch
verfügt
die Steuerventileinrichtung 34 über eine 5/3-Ventilfunktion,
wobei sie als Stetigventileinrichtung ausgeführt sein kann. Eine Realisierung
als Schaltventileinrichtung wäre
ebenfalls möglich.
Sind keine Zwischenstellungen vorzugeben, könnte auch eine 4/2-Ventilfunktion
ausreichen. In allen Fällen
lässt sich
die Funktionalität
jeweils durch entweder nur ein einziges Steuerventil oder durch
eine funktionell miteinander gekoppelte Mehrfachanordnung von Steuerventilen
realisieren.By way of example, the control valve device has 34 via a 5/3-valve function, where it can be designed as a continuous valve device. A realization as a switching valve device would also be possible. If no intermediate positions are specified, a 4/2-valve function could be sufficient. In all cases, the functionality can be realized in each case by either only a single control valve or by a functionally coupled multiple arrangement of control valves.
Der
große
Vorteil sämtlicher
abgebildeter Hybridantriebe besteht darin, dass Mittel vorhanden sind,
die bewirken, dass die beim Betrieb der pneumatischen Antriebseinheit 3 anfallende
Abluft zumindest teilweise und bevorzugt in ihrer Gesamtheit als Kühlluft durch
die elektrische Einheit 2 hindurchgeleitet wird. Die Abluft
der pneumatischen Antriebseinheit 3 wird also vor der Abgabe
an die Atmosphäre
zu Kühlzwecken
bezüglich
der elektrischen Antriebseinheit 2 eingesetzt. Der Kühlungseffekt
ist besonders ausgeprägt,
weil die Abluft auf Grund des mit ihrer Abfuhr einhergehenden Entspannungsprozesses eine
sehr niedrige Temperatur aufweist. Die Entspannung resultiert daraus,
dass die Abluft zuvor zum Hervorrufen einer entgegengesetzten Abtriebsbewegung 13 als
unter einem relativ hohen Druck stehende Druckluft in die betreffende
Arbeitskammer 28, 29 eingespeist wurde.The big advantage of all mapped hybrid drives is that there are means that cause the operation of the pneumatic drive unit 3 accumulating exhaust air at least partially and preferably in its entirety as cooling air through the electrical unit 2 is passed through. The exhaust air of the pneumatic drive unit 3 So before cooling to the atmosphere for cooling purposes with respect to the electric drive unit 2 used. The cooling effect is particularly pronounced because the exhaust air has a very low temperature due to the relaxation process associated with its discharge. The relaxation results from the fact that the exhaust air before to induce an opposite output movement 13 as under a relatively high pressure compressed air in the relevant working chamber 28 . 29 was fed.
Um
den gewünschten
Kühleffekt
zu erreichen, kann die Abluft im Prinzip beliebig durch die elektrische
Antriebseinheit 2 hindurchgeleitet werden. Effektiv und
dennoch kostengünstig
ist eine Anordnung, bei der die Kühlluft das Antriebsgehäuse 5 der
elektrischen Antriebseinheit 2 durchströmt. Zusätzlich oder alternativ könnte sie
aber auch beispielsweise durch das Abtriebsglied 14 hindurchgeleitet
werden.In order to achieve the desired cooling effect, the exhaust air can in principle arbitrarily by the electric drive unit 2 be passed through. Effective and yet inexpensive is an arrangement in which the cooling air the drive housing 5 the electric drive unit 2 flows through. Additionally or alternatively, but it could also, for example, by the output member 14 be passed through.
Bei
dem Ausführungsbeispiel
der 1 ist das Antriebsgehäuse 5 der elektrischen
Antriebseinheit 2 von einem Kühlluftkanal 42 durchsetzt,
der sich zweckmäßigerweise
in der Richtung der Abtriebsbewegung 12 erstreckt, bevorzugt
in der Nähe
der dem Antriebsgehäuse 5 zugeordneten
Antriebseinrichtung 24. Der Kühlluftkanal 42 ist
einenends über
eine Abluftleitung 43, beispielsweise ein Schlauch oder eine
Rohrleitung, gleichzeitig an beide Abluftausgänge 38, 39 der
Steuerventileinrichtung 34 angeschlossen. Andernends kommuniziert
der Kühlluftkanal 42 über eine
Ausströmöffnung 44 mit
der Atmosphäre. Auf
Grund der gleichzeitigen Verbindung mit beiden Abluftausgängen 38, 39 wird
der Kühlluftkanal 42 bei beiden
Bewegungsrichtungen des Abtriebsglieds 15 der pneumatischen
Antriebseinheit 3 von einem Kühlluftstrom durchsetzt. Die
Zusammenfassung der beiden Abluftausgänge 38, 39 kann
beispielsweise über
einen entsprechenden Leitungsfitting bewerkstelligt werden.In the embodiment of the 1 is the drive housing 5 the electric drive unit 2 from a cooling air duct 42 passes through, which expediently in the direction of the driven movement 12 extends, preferably in the vicinity of the drive housing 5 associated drive device 24 , The cooling air duct 42 is one end over an exhaust pipe 43 For example, a hose or a pipe, at the same time both exhaust air outlets 38 . 39 the control valve device 34 connected. At the other end, the cooling air duct communicates 42 via an outflow opening 44 with the atmosphere. Due to the simultaneous connection with both exhaust air outlets 38 . 39 becomes the cooling air channel 42 in both directions of movement of the output member 15 the pneumatic drive unit 3 penetrated by a cooling air flow. The summary of the two exhaust air outlets 38 . 39 can be accomplished for example via a corresponding pipe fitting.
Es
versteht sich, dass in dem Antriebsgehäuse 5 noch weitere
Kühlluftkanäle 42 ausgebildet
sein können,
die ebenfalls aus den beiden Abluftausgängen 38, 39 mit
zur Kühlung
dienender Abluft gespeist werden.It is understood that in the drive housing 5 even more cooling air channels 42 may be formed, which also from the two exhaust air outlets 38 . 39 be fed with serving for cooling exhaust air.
Auf
eine gesonderte Abluftleitung 43 kann verzichtet werden,
wenn die Steuerventileinrichtung 34 direkt an das Antriebsgehäuse 5 angebaut
ist und über
gehäuseinterne
Kanäle
mit dem mindestens einen Kühlluftkanal 42 kommuniziert.On a separate exhaust pipe 43 can be omitted if the control valve device 34 directly to the drive housing 5 is grown and via in-house channels with the at least one cooling air duct 42 communicated.
Bei
dem Ausführungsbeispiel
der 2 wird die über
die beiden Abluftausgänge 38, 39 abgegebene
Abluft unabhängig
voneinander als Kühlluft
an die elektrische Antriebseinheit 2 geleitet. In dem Antriebsgehäuse 5 erstrecken
sich wenigstens zwei Kühlluftkanäle 42,
die untereinander nicht verbunden sind und die unabhängig voneinander – direkt
oder unter Vermittlung einer Abluftleitung 43 – an je
einen der beiden Abluftausgänge 38, 39 angeschlossen sind.
In Abhängigkeit
von der Bewegungsrichtung des Abtriebteils 15 der pneumatischen
Antriebseinheit 3 wird somit abwechselnd entweder nur der
eine oder nur der andere Kühlluftkanal 42 von
Kühlluft durchströmt. Die
Ausströmöffnung 44 der
Kühlluftkanäle 42 kann
wie bei den anderen Ausführungsbeispielen
stirnseitig am Antriebsgehäuse 5 vorgesehen sein,
was jedoch nicht zwingend ist.In the embodiment of the 2 is the over the two exhaust air outlets 38 . 39 discharged exhaust air independently of each other as cooling air to the electric drive unit 2 directed. In the drive housing 5 at least two cooling air ducts extend 42 which are not connected to each other and which are independent of each other - directly or by means of an exhaust air duct 43 - to each one of the two exhaust air outlets 38 . 39 are connected. Depending on the direction of movement of the driven part 15 the pneumatic drive unit 3 Thus, either only one or only the other cooling air channel is alternately 42 flows through cooling air. The discharge opening 44 the cooling air channels 42 can, as in the other embodiments, the front side of the drive housing 5 be provided, but this is not mandatory.
Zweckmäßigerweise
sind die beiden Abluftausgänge 38, 39 bei
dem Ausführungsbeispiel
der 2 so mit den beiden bevorzugt parallel zueinander
verlaufenden Kühlluftkanälen 42 verschaltet, dass
diese beiden Kühlluftkanäle 42 in
der Achsrichtung der Abtriebsbewegung 12 in einander entgegengesetzten
Richtungen durchströmt
werden. Hierdurch ergibt sich eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung
in der elektrischen Antriebseinheit 2. Die Lufteinspeisung
in die beiden Kühlluftkanäle 42 kann
insbesondere an einander entgegensetzt orientierten Kanalenden geschehen,
so dass die Ausströmöffnungen 44 der
Kühlluftkanäle 42 ebenfalls
einander entgegengesetzt orientiert sein können, insbesondere stirnseitig
am Antriebsgehäuse 5.Conveniently, the two exhaust air outlets 38 . 39 in the embodiment of the 2 so with the two preferably parallel to each other cooling air channels 42 interconnects that these two cooling air channels 42 in the axial direction of the output movement 12 flows through in opposite directions. This results in a particularly uniform temperature distribution in the electric drive unit 2 , The air feed into the two cooling air channels 42 can happen in particular on mutually oppositely oriented channel ends, so that the outflow 44 the cooling air channels 42 may also be oriented opposite to each other, in particular the front side of the drive housing 5 ,
Eine
zur Bewegungsrichtung des Abtriebsgliedes 14 parallele
Erstreckung des oder der Kühlluftkanäle 42 hat
den Vorteil, dass der gesamte Bereich, in dem eine Wärmeentwicklung
stattfindet, der Kühlluft
ausgesetzt wird.One to the direction of movement of the output member 14 parallel extension of the one or more cooling air ducts 42 has the advantage that the entire area in which a heat development takes place is exposed to the cooling air.
Mindestens
ein Kühlluftkanal 42 könnte sich auch
wendelförmig
um den Aufnahmeraum 18 herum erstrecken.At least one cooling air duct 42 could also be helical around the receiving space 18 extend around.
Das
Ausführungsbeispiel
der 3 stimmt mit demjenigen der 2 abgesehen
von einem Unterschied überein.
Dieser Unterschied besteht darin, dass die beiden Kühlluftkanäle 42 über je mindestens einen
Abzweigkanal 45 an je eine der beiden oben erwähnten Kammern 22, 23 angeschlossen
ist, die das Abtriebsglied 14 voneinander abteilt. Dies
hat zur Folge, dass von der Abluft der pneumatischen Antriebseinheit 3 ein
gewisser Anteil in die angeschlossene Kammer 22, 23 eintreten
kann, um so durch Beaufschlagung der Stirnfläche des Abtriebsglieds 14 eine
kräftemäßige Unterstützung für den Antrieb
des Abtriebsglieds 14 zu liefern. Gerade beim Anfahren der
Anordnung, wenn die meist hohe Haftreibung innerhalb der pneumatischen
Antriebseinheit 3 überwunden
werden muss, ermöglicht
eine derartige Maßnahme
eine zusätzliche,
impulsartige Krafteinbringung. Selbst wenn das Abtriebsglied 14 bezüglich dem
zugeordneten Antriebsgehäuse 5 nicht
abgedichtet ist, so dass die Abluft auch teilweise in die jeweils
andere Kammer überströmen kann,
ergibt sich laut durchgeführten
Messungen eine die Antriebskraft unterstützende Wirkung.The embodiment of 3 agrees with the one of 2 apart from a difference. This difference is that the two cooling air channels 42 via at least one branch channel 45 to each one of the two chambers mentioned above 22 . 23 connected, which is the output member 14 separated from each other. This has the consequence that of the exhaust air of the pneumatic drive unit 3 a certain proportion in the connected chamber 22 . 23 can occur, so as by applying the end face of the output member 14 a force-based support for the drive of the output member 14 to deliver. Especially when starting the arrangement, if the most high static friction within the pneumatic drive unit 3 must be overcome, such a measure allows an additional, pulse-like introduction of force. Even if the output member 14 with respect to the associated drive housing 5 is not sealed, so that the exhaust air can also partially flow into the other chamber, results according to measurements carried out a driving force supporting effect.
Es
versteht sich, dass man die Abluftausgänge 38, 39 bevorzugt
derart über
Kreuz mit den beiden Kammern 22, 23 verschaltet,
dass stets diejenige Kammer 22, 23 beaufschlagt
wird, die bezüglich
der Bewegungsrichtung des Kraftabgabegliedes 7 gleich orientiert
ist wie die momentan mit Druckluft beaufschlagte Arbeitskammer 28, 29 der
pneumatischen Antriebseinheit 3.It is understood that you have the exhaust air outlets 38 . 39 preferably in such a cross over with the two chambers 22 . 23 interconnects that always the one chamber 22 . 23 is applied, with respect to the direction of movement of the power output member 7 the same orientation as the currently pressurized working chamber 28 . 29 the pneumatic drive unit 3 ,
Durch
die Kraftunterstützung
lässt sich
der Wirkungsgrad des Hybridantriebes 1 weiter verbessern.
Zusammengefasst lässt
sich hierzu festhalten, dass bei dem Hybridantrieb 1 gemäß 3 die
Abluft der pneumatischen Antriebseinheit 3 zur Kühlung der elektrischen
Antriebseinheit 2 eingesetzt wird und auf Grund ihres noch
vorhandenen Restdruckes auch verwendbar ist, um eine Zusatz-Antriebskraft
innerhalb der elektrischen Antriebseinheit 2 zu erzeugen.Due to the power assistance, the efficiency of the hybrid drive can be 1 improve further. In summary, it can be said that in the hybrid drive 1 according to 3 the exhaust air of the pneumatic drive unit 3 for cooling the electric drive unit 2 is used and due to their remaining residual pressure also usable to an additional driving force within the electric drive unit 2 to create.
Enthält das Antriebsgehäuse 5 mehrere Kühlluftkanäle 42,
können
diese in, bevorzugt gleichmäßiger, Verteilung
um den Aufnahmeraum 18 herum platziert sein, um eine besonders
gleichmäßige Kühlung zu
erreichen. Insbesondere wenn das Antriebsgehäuse 5 in seinem den
Aufnahmeraum 8 peripher begrenzenden Längenabschnitt als Strangpressteil
ausgeführt
ist, können
auch ein oder mehrere Kühlluftkanäle 42 vorgesehen
sein, die sich über eine
relativ große
Umfangslänge
hinweg um die Aufnahmeraum 18 herum erstrecken. Solche
Kühlluftkanäle 42 können dann
insbesondere einen kreisbogenförmigen
Querschnitt aufweisen und bei der Herstellung des Strangpressteils
unmittelbar eingeformt werden.Contains the drive housing 5 several cooling air channels 42 These may be in, preferably more uniform, distribution around the receiving space 18 be placed around to achieve a particularly uniform cooling. In particular, when the drive housing 5 in his the recording room 8th peripherally limiting length section is designed as an extruded part, can also have one or more cooling air channels 42 be provided, which extends over a relatively large circumferential length of time around the receiving space 18 extend around. Such cooling air channels 42 can then in particular have a circular arc-shaped cross section and be formed directly in the production of the extruded part.
Anstelle
in die Wandung des Antriebsgehäuses 5 integriert
zu sein, könnte
mindestens ein Kühlluftkanal
auch in einem eigenständigen
Kanalbauteil ausgebildet sein, beispielsweise in einer Kühlluftrohrleitung,
das – z.B.
außen – an dem
Antriebsgehäuse 5 angeordnet
ist.Instead of in the wall of the drive housing 5 to be integrated, at least one cooling air duct could also be formed in an independent duct component, for example in a cooling air duct, which - eg outside - on the drive housing 5 is arranged.
Die
Kühlluft
kann nach Durchströmen
eines Kühlluftkanals 42 direkt
an die umgebende Atmosphäre
abgeführt
werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, an die betreffende
Ausströmöffnung 44 einen
Schalldämpfer
anzuschließen,
der das Ausströmgeräusch mindert.The cooling air can flow through a cooling air channel 42 be discharged directly to the surrounding atmosphere. However, there is also the possibility to the respective outflow opening 44 To connect a silencer, which reduces the outflow noise.