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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.
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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.
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Die
Linearantriebsordnungen können sowohl als Außen-
oder als Innenläufer ausgeführt sein. Demzufolge
sind die herzustellenden Statoren der Linearantriebsordnung dementsprechend
anzupassen und auszuführen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Durch
die modulare Aufbauweise des Stators der Linearantriebsanordnung
ist durch die Aneinanderreihung der Funktionselemente auch eine
einfache Variation der Baulänge der Linearantriebsanordnung
gewährleistet.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in beiliegenden schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
zu entnehmen. Darin zeigen:
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1 Teillängsschnitt
eines Stators,
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2 eine
Detaildarstellung der 1,
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3 einen
Längsschnitt eines Rotationslinearantriebs,
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4 einen
Teillängsschnitt eines Stators eines Außenläufers,
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5 eine
Detaildarstellung des Stators der 4,
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6 einen
Rotationslinearantrieb, mit Außenläufer.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Unterschiede
der Ausführungsformen von in 6 und in 3 dargestellten
Kombinationsantrieben sind lediglich konstruktiver Natur.
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3 und 6 zeigen
jeweils einen Kombinationsantrieb, der jeweils als rotatorischen
Antrieb einen klassischen Innenläufermotor aufweist, der vorteilhafterweise
auch als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet ist.
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Der
Linearantrieb erfolgt zum einen durch einen Innenläufer
und in 6 durch einen Außenläufer.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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