DE102007038742A1 - Kombinationsantrieb - Google Patents

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Thomas Dr. Budde
Aziz Inalkac
Rolf Vollmer
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kombinationsantrieb mit einer Rotationsantriebseinrichtung zum Versetzen einer Welle (12) in Rotationsbewegung und einer Linearantriebseinrichtung zum Versetzen der Welle (12) in eine Linearbewegung, wobei die Linearantriebseinrichtung als Solenoidmotor ausgebildet ist, dessen Stator (1) aus zumindest zwei axial hintereinander angeordeten scheibenförmigen unterschiedlichen Funktionselementen gebildet ist, die durch zumindest ein Verbindungselement zusammengehalten sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kombinationsantrieb mit einer Rotationsantriebseinrichtung zum Versetzen einer Welle in Rotationsbewegung und einer Linearantriebseinrichtung zum Versetzen der Welle in eine Linearbewegung.
  • Aus der DE 29 06 404 ist ein Elektromotor bekannt, der sowohl eine drehende als auch eine axiale Hubbewegung ausführt. Dabei wird die drehende als auch die axiale Bewegung durch bauliche Vereinigung der entsprechenden Teile eines Drehfeldmotors und eines Linearmotors von einem einheitlichen Motor bewerkstelligt, derart, dass die Bewegungsanker der beiden Antriebsteile auf eine gemeinsame Welle angeordnet und dieser die entsprechenden Felder erzeugenden Statoren zugeordnet sind. Der Linearmotor besteht unter anderem aus einem Linearkamm und einem Magnetanker der als permanenterregter Ringmagnet ausgebildet ist.
  • Die Linearantriebsordnungen können sowohl als Außen- oder als Innenläufer ausgeführt sein. Demzufolge sind die herzustellenden Statoren der Linearantriebsordnung dementsprechend anzupassen und auszuführen.
  • Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für die Linearantriebsanordnungen eines Kombinationsantriebs einen Statoraufbau vorzusehen, der sowohl in einfacher Art und Weise für spezielle Antriebsmomente als auch für unterschiedliche Anordnungsprinzipien z. B. Außen- und Innenläufer anwendbar ist.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch einen Kombinationsantrieb mit einer Rotationsantriebseinrichtung zum Versetzen einer Welle in Rotationsbewegung und einer Linearantriebseinrichtung zum Versetzen der Welle in eine Linearbewegung, wobei die Linearantriebseinrichtung als Solenoidmotor ausgebildet ist, dessen Stator aus zumindest zwei axial hintereinander angeordneten scheibenförmigen unterschiedlichen Funktionselementen gebildet ist, die durch zumindest ein Verbindungselement zusammen gehalten sind.
  • Erfindungsgemäß werden die Statoren der Linearantriebsanordnung aus einzelnen scheibenförmigen Segmenten und durch Aufschrumpfen einer Hülse hergestellt. Dabei wird der Stator der Linearantriebsordnung aus einzelnen Statorzähnen, die unbewickelt sind und Spulenkörpern, um die eine Wicklung aufgebracht ist, gebildet.
  • Die Wicklung, bzw. das Wicklungssystem des Stators der Linearantriebsanordnung ist aus Solenoidspulen, d. h. aus Zylinderspulen aufgebaut. Bei diesen Spulen liegt die Drahtwicklung auf einem Zylindermantel, insbesondere einem Spulenkörper, der vergleichsweise dünn gegenüber dem Durchmesser der Zylinderspule ist. Die Drahtwindungen sind dicht paketiert und weisen eine hohe Anzahl von Windungen pro umlaufender Nut auf, so dass ein hoher Füllfaktor der Nut, und insbesondere bei Kupferwicklungen ein hoher Kupferfüllfaktor vorliegt.
  • Idealerweise ist der Stator allein durch Abfolge von Statorzähnen und Solenoidspulen aufgebaut, die durch eine Hülse zusammengehalten werden. Die Wicklung der Solenoidspulen ist dabei gegen die Statorzähne allein durch die Drahtschicht aus Isolationsmaterial isoliert.
  • Diese einzelnen scheibenförmigen Funktionselemente, wie Statorzähne und Spulen und/oder Spulenkörper werden nach axialer Ausrichtung durch Aufschrumpfen einer Hülse im Betrieb der elektrischen Maschine zusammen gehalten. Ein Zusammenhalt dieser Funktionselemente lässt sich auch, oder ergänzend durch axial verlaufende Zuganker bewerkstelligen.
  • Die Hülse dient auch dem magnetischen Rückschluss und ist in diesem Fall aus magnetisch leitfähigem Material. Vorteilhaft erweise ist diese Hülse geblecht ausgeführt, um zusätzlich die Wirbelstromverluste zu minimieren.
  • Der Aufbau eines Stators für einen Innen- bzw. Außenläufer unterscheidet sich erfindungsgemäß lediglich durch die Anordnung der Hülse auf der Innenseite oder auf der Außenseite der Funktionselemente.
  • Wobei Innen- und Außenseite bzgl. der Achse des Kombinationsantriebs definiert ist. Wobei der rotatorische Teil des Kombinationsantriebs für die Rotation um diese Achse verantwortlich ist und sich aufgrund der Linearantriebsanordnung die gemeinsame Welle auch entlang dieser Achse bewegt. Eine Innenseite ist also eine der Achse zugewandte Seite.
  • Damit reduzieren sich im Wesentlichen die für Außen- und Innenläufer notwendigen bereitzustellenden Teile lediglich auf die unterschiedlichen Hülsen, bzgl. Durchmesser und/der axialer Länge der Linearantriebsanordnung.
  • Durch die modulare Aufbauweise des Stators der Linearantriebsanordnung ist durch die Aneinanderreihung der Funktionselemente auch eine einfache Variation der Baulänge der Linearantriebsanordnung gewährleistet.
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in beiliegenden schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Darin zeigen:
  • 1 Teillängsschnitt eines Stators,
  • 2 eine Detaildarstellung der 1,
  • 3 einen Längsschnitt eines Rotationslinearantriebs,
  • 4 einen Teillängsschnitt eines Stators eines Außenläufers,
  • 5 eine Detaildarstellung des Stators der 4,
  • 6 einen Rotationslinearantrieb, mit Außenläufer.
  • 1 zeigt einen Stator 1 eines in dieser Darstellung nicht näher dargestellten Rotationslinearantriebs 10, der auch als Kombinationsantrieb bezeichnet wird, wobei der Stator 1 für die Linearbewegung, also der axialen Bewegung einer Welle 12 zuständig ist.
  • In diesem Längsschnitt sind Zähne 2 und ein dazwischen liegendes Wicklungssystem, insbesondere Spulen 3 zu erkennen. In axialer Richtung bzgl. der Welle 12 setzt sich somit der Stator 1 aus einer gewählten Abfolge von Zähnen 2 und Spulen 3 fort. Die Wicklungen sind dabei als Solenoidspulen ausgebildet. Damit kann der Stator 1 mit nahezu beliebiger Länge durch hintereinander setzen von Zähnen 2 und Spulen 3 ausgeführt werden. Um nun die gesamte Anordnung des Stators 1 mit seiner Abfolge von Zähnen 2 und Spulen 3 zu fixieren, ist über diese Funktionselemente eine Hülse 4 positioniert, insbesondere aufgeschrumpft. Die Hülse 4 weist dabei vorteilhafterweise zusätzlich axial verlaufende Kanäle 5 auf.
  • Diese Kanäle 5 dienen entweder als Kühlkanäle und/oder als Zugang der Spannungsversorgung an die Spulen 3. Es sind dort auch die Verschaltungsvarianten der Spulen 3 wie z. B. Stern oder Dreieck der einzelnen Phasen möglich.
  • In einer Detaildarstellung nach 2 ist zu erkennen, dass die Abfolge von Zähnen 2 und Spulen 3 der Linearantriebsanordnung des Rotationslinearantriebs 10 scheibenförmig aufgebaut ist und die Hülse 4 den radial äußeren Rand des Aufbaus bildet. Die Spule 3 ist vorteilhafterweise an oder in einem Spulenkörper 6 positioniert, so dass das Handling der Spulen 3, insbesondere bei Montage dieses segmentartig aufgebauten Stators 1 einfacher ist. Des Weiteren wird durch den Spulenkörper 6 eine Isolierung zwischen der Spule 3 und den Zähnen 2 geschaffen.
  • Radial innerhalb dieses segmentartigen Aufbaus befindet sich der Abschnitt 15, der als Linearantrieb ausgebildet ist und mit dem Stator 1 elektromagnetisch wechselwirkt und somit die Welle 12 hin- und herbewegt.
  • Durch wahlweise Rotation des rotatorischen Teils des Kombinationsantriebs stellt sich ggf. zusätzlich zur Linearbewegung eine Rotationsbewegung der Welle 12 ein. D. h. der Kombiantionsantrieb erzeugt eine rotatorische und/oder eine lineare Bewegung der Welle 12.
  • Der Linearantrieb ist dabei gemäß 3 als Innenläufer 16 ausgebildet. Die Welle 12 mit ihren Abschnitten des Rotationsantriebs und des Linearantriebs ist dabei vorteilhafterweise am Ende jeweils durch Lager 13 und 14 mit rotatorischem und linearen Freiheitsgrad ggf. über ein Lagerschild in einem Gehäuse 11 abgestützt.
  • Dieses Gehäuse 11 ist insbesondere ein Teil einer Produktionsmaschine, insbesondere einer Werkzeugmaschine oder Druckmaschine, bei der es auf die Kombination von rotatorischer und linearer Bewegung auf möglichst engem Bauraum ankommt.
  • Das Gehäuse 11 kann dabei auch mehrteilig aufgebaut sein, z. B. indem die Linearantriebanordnung und die rotatorische Anordnung jeweils einen Gehäuseabschnitt aufweisen, die dann zusammengefügt das Gehäuse 11 des Rotationslinearantriebs 10 ergeben.
  • In 4 ist ein prinzipieller Längsschnitt eines ebenfalls segmentartig aufgebauten Stators 1 dargestellt, wobei sich eine Innenhülse 17 auf der radial inneren Seite der Zähne 2 und der Spule 3 befindet. Die Innenhülse 17 weist dabei vorteilhafterweise zusätzlich axial verlaufende Kanäle, insbesondere Kühlkanäle auf.
  • 5 zeigt in einer Detaildarstellung, den Aufbau der Segmente von Zähnen 2 und Spulen 3, wobei, wie in 2 das Wicklungssystem in Spulenkörper 6 positioniert ist. Der Stator 1 nach 4 und 5 ist für einen Rotations-Linearantrieb geeignet, der im Linearantrieb einen Außenläufer bil det, der Permanentmagnete 19 aufweist, die zu den Zähnen 2 und der Wicklung, bzw. den Spulen 3 weist.
  • Die Permanentmagnete 19 sind dabei ebenso wie in 3 nur prinzipiell dargestellt und sollen lediglich zeigen, dass es sich um eine permanenterregte Synchronmaschine handelt. Die Permanentmagnete 19 selbst sind als Oberflächenmagnete oder vergrabene Permanentmagnete 19 sowohl beim Innenläufer 16 als auch beim Außenläufer 18 angeordnet. Zur Vermeidung von Rastmomenten sind die Permanentmagnete 19 beispielsweise geschrägt angeordnet.
  • Unterschiede der Ausführungsformen von in 6 und in 3 dargestellten Kombinationsantrieben sind lediglich konstruktiver Natur.
  • 3 und 6 zeigen jeweils einen Kombinationsantrieb, der jeweils als rotatorischen Antrieb einen klassischen Innenläufermotor aufweist, der vorteilhafterweise auch als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet ist.
  • Der Linearantrieb erfolgt zum einen durch einen Innenläufer und in 6 durch einen Außenläufer.
  • Durch die erfindungsgemäße Segmentbauweise lässt sich in einfacher Art und Weise ein Stator 1 der Linearantriebsanordnung für Innen- und Außenläufer als auch für unterschiedliche axiale Längen herstellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 2906404 [0002]

Claims (6)

  1. Kombinationsantrieb mit einer Rotationsantriebseinrichtung zum Versetzen einer Welle (12) in Rotationsbewegung und einer Linearantriebseinrichtung zum Versetzen der Welle (12) in eine Linearbewegung, wobei die Linearantriebseinrichtung als Solenoidmotor ausgebildet ist, dessen Stator (1) aus zumindest zwei axial hintereinander angeordneten scheibenförmigen unterschiedlichen Funktionselementen gebildet ist, die durch zumindest ein Verbindungselement zusammen gehalten sind.
  2. Kombinationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement als Hülse (4, 17) ausgebildet ist.
  3. Kombinationsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige axiale Aufbau des Stators (1) des Solenoidmotors durch Abschnitte (2) ohne Spule (3) und Abschnitte mit Spulen (3), die insbesondere zylinderförmig ausgebildet sind, aufgebaut sind.
  4. Kombinationsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spulen (3) auf einem Spulenkörper (6) befinden, der die Spulen (3) von den wicklungslosen Abschnitten beabstandet und isoliert.
  5. Kombinationsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4, 17) axial verlaufende Ausnehmungen aufweist, die Teil einer Luft- oder Flüssigkeitskühlung des Kombinationsantriebs oder des Linearantriebs darstellen.
  6. Kombinationsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4, 17) bei einem Außenläufer des Linearantriebs innen und bei einem Innenläufer des Linearantriebs außen positioniert, insbesondere aufgeschrumpft ist.
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DE102008059607A1 (de) * 2008-11-28 2010-06-02 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum Stanzen

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DE2906404A1 (de) 1979-02-20 1980-08-28 Siegfried Dr Ing Kofink Elektromotor
DE4217357A1 (de) * 1992-05-26 1993-12-02 Oswald Elektromotoren Gmbh Linearmotor

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