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Die
Erfindung betrifft gekühlte elektromagnetische Aktuatoren
gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Als
Antrieb wird ein elektrischer Motor verwendet. Solche Motoren sind
aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise verwendet man
Motoren mit durchgängigen Kühlmänteln
mit Zu- und Ablaufbohrungen an den Motorlängsseiten, welche verschließbar
sind, um den elektrischen Motor möglichst flexibel an einem
Kühlkreislauf anschließen zu können.
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Zur
Realisierung solcher Lösungen ist ein erhöhter
Materialaufwand wegen der doppelwandigen Gehäuseausführung
erforderlich, was den Herstellungspreis des Aktuators erhöht.
Außerdem vergrößert sich durch diese
Konstruktion der Außendurchmesser des Motors und damit
der Außendurchmesser des Aktuators. Die hier üblicherweise
verwendeten unterschiedlichen Materialen im Kühlkreislauf können
außerdem nachteilige Auswirkungen auf die Lebensdauer des
Aktuators haben, weil hierdurch die Korrosion gefördert
werden kann. Andere Motoren arbeiten mit durchgängigen
Kühlsystemen, welche mittels eines Zu- und eines Ablaufes
von außerhalb des Gehäuses an einen Kühlkreislauf
anschließbar sind. Der Nachteil hierbei besteht darin,
dass keine Variabilität bezüglich der Kühlmittelanschlussseite am
Aktuator realisierbar ist.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2005 002 897 A1 zeigt eine flüssigkeitsgekühlte
elektrische Maschine, welche mittels eines Gussgehäuses
realisiert ist. Die offenbarte Lehre betrifft ein flüssigkeitsgekühltes
Maschinengehäuse mit daran angeordneten Lagerschildern,
wobei am Gehäuse Ständerblechpakete mit Wicklungen
montiert sind und wobei mittels der Lagerschilder ein gelagerter Läufer
innerhalb des Ständerblechpaketes angeordnet ist. Im Inneren
des Ständergehäuses sind mehrere rohrartige Kühlkanäle
eingegossen, wobei die Mittellinien der rohrartigen Kühlkanalöffnungen
jeweils auf den ringförmig ausgebildeten Stirnflächen
des Gussgehäuses liegen. Direkt am Ständergehäuse sind
an beiden Seiten die Lagerschilder angeflanscht. Innerhalb der Lagerschilder
sind Ausbuchtungen derart angeordnet, dass jeweils in die Lagerschilder
mündende benachbarte Kühlkanäle untereinander
fortlaufend in Reihe geschaltet sind. Gleiches gilt für
das gegenüberliegende Lagerschild. An der Oberfläche
eines Lagerschildes sind Ausnehmungen vorgesehen, mittels derer
eine Kühlmittelzufuhr bzw. ein Kühlmittelabfluss
realisierbar ist. Diese festen Vorgaben reduzieren die Flexibilität
beim Einsatz der elektrischen Maschine. Außerdem reduziert
sich der zum Einbau des Stators verfügbare Raum innerhalb des
Gehäuses, weil die Anordnung der Kühlkanäle innerhalb
der Wandungen des Gehäuses eine Reduzierung des Maschinenquerschnittes
bewirken.
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Die
deutsche Patentschrift
DE
37 05 528 C2 zeigt eine Linearantriebseinheit mit einem
Antriebsmotor, einer linear antreibbaren Abtriebsstange und einem
Umsetzungstrieb, welcher die Rotationsbewegung des Antriebsmotors
in eine Linearbewegung der Antriebsstange umsetzt.
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Angesichts
des Standes der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung einen kühlbaren
elektrischen Aktuator zu realisieren, welcher hinsichtlich der Anschlussmöglichkeit
an einen externen Kühlkreislauf möglichst flexibel
gebaut ist und welcher gleichzeitig eine möglichst hohe
Leistungsdichte im Vergleich mit elektrischen Aktuatoren identischer
Gehäuseabmessungen aufweist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst mittels eines elektromechanischen Linearaktuators,
umfassend einen Elektromotor mit Stator und Rotor sowie eine Antriebsstange,
welche mit dem Rotor unter Verwendung mechanischer Mittel derart
interagiert, dass bei Rotation des Rotors abhängig von
dessen Rotationsrichtung eine reversierende Bewegung der Stange resultiert.
Der Aktuator umfasst zusätzlich ein Kühlelement
zur Kühlung des Elektromotors, wobei Kühlkreislaufverbindungsmittel
zur Realisierung eines Kühlmittelzulaufes und eines Kühlmittelablaufes
umfasst sind, mittels derer das Kühlelement an einen externen
Kühlkreislauf anschließbar ist. Der Kühlmittelzulauf
und der Kühlmittelablauf ist jeweils mittels eines Kühlmittelzulaufelementes
und mittels eines Kühlmittelablaufelementes realisiert,
welche Elemente derart innerhalb des Aktuators angeordnet sind, dass
der Kühlmittelzulauf und der Kühlmittelablauf sowohl
von derselben, als auch von unterschiedlichen Aktuatorseiten zugänglich
ist, wobei das Kühlmittelzulaufelement und/oder das Kühlmittelablaufelement
am Kühlelement angeordnet ist.
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Kühlmittelzulauf
und Kühlmittelablauf sind jeweils als separates Element
realisiert. Beide Elemente sind innerhalb des Aktuatorgehäuses
oder des Motorgehäuses anordenbar. Somit ist es möglich,
den Zu- und Ablauf aus Materialen herzustellen, welche für
die Führung von Kühlflüssigkeit optimiert
und von den Gehäusematerialien unterschiedlich sind. Dies erhöht
unter anderem die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der
Maschine, weil für Korrosion anfällige Materialkombinationen
vermieden werden können.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass bei gleicher Belastung
der flüssigkeitsgekühlte Aktuator im Vergleich
zum natürlich gekühlten Aktuator einen wesentlich
geringeren Temperatureintrag erfahren wird. Dies begründet
sich dadurch, dass die Wasserkühlung Verlustleistung des
Motors abgeleitet. Der mittels der Kühlrohre gekühlte
Stator wird somit auf einem konstanteren Temperaturlevel gehalten.
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Die
von der Erfindung bewirkten Vorteile betreffen auch die vom Aktuator
umfasste Kraftsensorik. Jede Kraftsensorik muss eine definierte
Messgenauigkeit aufbringen. Diese Messgenauigkeit unterliegt temperaturbedingten
Veränderungen aufgrund des Temperaturkoeffizienten des
Kraftaufnehmers (z. B. Kraftmeßring) und der Auswerteelektronik.
Je geringer also die Temparaturschwankungen im Aktuator sind, desto
genauer kann auch die Kraftmessung durchgeführt werden.
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Auch
auf die Positioniergenauigkeit des Aktuators hat die Erfindung einen
Vorteil. Während der Aktuator beispielsweise mittels einer
Regelung angesteuert wird, kann sich die Positioniergenauigkeit durch
den Temperaturanstieg und die dadurch verursachte Gehäuseausdehnung
in Längsrichtung verschlechtern. Der Grund hierfür
ist, dass der Aktuator ein rotatorisch arbeitendes Gebersystem (Feedbackeinheit)
im Rahmen der Positionsregelung nutzt, welches Längenausdehungen
nicht automatisch kompensieren kann. Mittels der erfindungsgemäßen
Beeinflussung der Arbeitstemperatur des Aktuators erreicht man auch
eine verbesserte Positioniergenauigkeit sowie eine verbesserte Kraftwiederholgenauigkeit,
weil sich das Aktuatorgehäuse weniger stark in der Länge
ausdehnen wird. Die Kraftwiederholgenauigkeit bezieht sich hierbei
sowohl auf die tatsächlich aufgebrachte Kraft, welche durch
die geringere Ausdehnung des Gehäuses konstanter ist, als auch
auf die mittels der integrierten Kraftmesssensorik gemessene und
tatsächlich aufgebrachte Kraft.
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Die
Position, an der eine Kraft vom Aktuator aufgebracht wird, wird
als Drückposition bezeichnet. Beispielsweise während
eines Einpressvorgangs ist die Drückposition diejenige
Position, an der die Antriebsstange bzw. das Auge der Antriebsstange
auf das zu bearbeitende bzw. auf ein einzupressendes Werkstück
auftrifft. In Verbindung mit einer Widerstandsschweißzange
wäre die Drückposition diejenige Position der
Aktuatorantriebsstange, bei der die Elektroden der Schweißzange
auf die zu bearbeitenden Bleche auftreffen und bei der vom Aktuator
eine Kraft zum Andrücken der Elektroden auf die zu bearbeitenden
Bleche aufgebracht wird. Im Moment des Andrückens steigt
die vom Aktuator aufzubringende Kraft an.
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Die
Rotationsbewegung des Rotors wird mittels eines Gewindetriebs in
eine translatorische Bewegung transformiert. Die Intensität
dieser Umsetzung ist dabei mittels der Steigung des Gewindetriebs
fest vorgegeben. Die Umsetzung kann beispielsweise 5 mm translatorische
Bewegung pro 360 Grad Rotorumdrehung betragen. Pro Rotorumdrehung
kann die Antriebsstange des Aktuators daher einen positiven bzw.
negativen Linearhub von 5 mm unter Berücksichtigung der
Drehrichtgung des Rotors ausführen. Jeder Gewindetrieb
hat Steigungsfehler durch Fertigungsungenaugigkeiten. Die Positioniergenauigkeit
des Aktuators hängt jedoch neben diesen Einflüssen
auch vom verwendeten Gebersystem und vom temperaturbedingten Längenwachstum
des Aktuators ab. Das Längenwachstum nimmt mit steigender
Temperatur zu.
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Da
es bei gleichbleibender Temperatur zu keinem temperaturbedingten
Längenwachstum des Aktuators kommen kann, können
lediglich die Toleranzen der Steigungstreue und ggf. Geberabweichungen
zu Positionierabweichungen führen, so dass sich die Drückposition
allenfalls im Bereich der Steigungstreue ändert. Diese
Veränderungen sind jedoch vernachlässigbar.
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Ohne
die erfindungsgemäßen Maßnahmen würde
der Aktuator bei steigender Temperatur eine viel stärkere
Längenausdehnung erfahren und die Antriebsstange des Aktuators
oder damit angetriebene Werkzeuge würden bei unveränderter
Aufgabenstellung an unterschiedlichen Positionen auf die Werkstücke
auftreffen. Die Drückposition würde damit temperaturabhängig
stark variieren. Bei der Ansteuerung bzw. Regelung des Aktuators
müssten diese Temperaturveränderungen dann berücksichtigt und
die Temperatur müsste hierzu auch erfasst werden. Dies
würde zusätzlichen Aufwand und zusätzliche
Kosten nach sich ziehen, was die Erfindung hilft zu vermeiden.
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Der
Motor des Aktuators arbeitet mit drei sinusförmigen Phasen
(Phasenversatz jeweils 120°). Bei einem z. B. vorzeitigen
Auftreffen eines mittels eines ungekühlten Aktuators geführten
Werkzeuges auf ein Werkstück würde der Rotor weniger
Umdrehungen ausführen müssen, da das Übersetzungsverhältnis
zwischen Rotationsbewegung und Linearbewegung/Transversalbewegung
konstant ist und sich die Baulänge des ungekühlten
Aktuators bei einer Temperaturerhöhung vergrößern
würde. Somit könnten die Wicklungen des Motors
ungleichmäßig im Eingriff sein. Dies hat durch
die Widerstandstoleranzen der Wicklungen zueinander eine Auswirkung
auf die Genauigkeit des Motormomentes. Dieser Nachteil wird mittels
der erfindungsgemäßen Lösung ebenfalls
vermieden.
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Besonders
bevorzugt ist ein erstes und zweites Kühlmittelzulaufelement
sowie ein erstes und ein zweites Kühlmittelablaufelement
vorgesehen. Zusätzlich sind zwei Verbindungsmittel vorgesehen, mittels
derer das erste und das zweite Kühlmittelzulaufelement
bzw. das erste und das zweite Kühlmittelablaufelement jeweils
miteinander verbunden werden. Beide Maßnahmen erhöhen
die Flexibilität.
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Das
Verbindungsmittel könnte beispielsweise in Form eines Rohres
realisiert werden, welches zwischen einem ersten und einem zweiten
Element angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Elemente
innerhalb des Aktuatorgehäuses an unterschiedlichen Positionen
entlang Gehäuseinnenwandungen des Aktuators angeordnet
werden können und somit an den entsprechenden Gehäuseaußenseiten
des Aktuators zugänglich gemacht werden können.
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Auch
wäre es möglich noch weitere gleichartige Element
vorzusehen, welche wiederum mittels weiterer geeigneter Verbindungsmittel
mit gleichartigen Elementen verbunden sein könnten. Somit
wäre es theoretisch denkbar, an jeder Gehäuseseite
einen Kühlmittelablauf bzw. einen Kühlmittelzulauf
zu realisieren.
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Besonders
bevorzugt umfasst das Verbindungsmittel zur Verbindung von zwei
gleichartigen Elementen einen Anschluss für ein im Gehäuseinneren
angeordnetes zentrales Kühlelement. Das Verbindungsmittel
könnte hierfür beispielsweise T-förmig ausgebildet
sein, wobei ein erster Arm des T als Zulauf, ein zweiter Arm des
T als Ablauf und ein dritter Arm des T als Kühlelementanschluss
dient. Diese Realisierungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass
innerhalb des Gehäuses bei der Anordnung des Kühlelementes
die Flexibilität erhöht wird und an denjenigen
Positionen, an denen das Zulaufelement und/oder das Ablaufelement
angeordnet ist, nicht zwangsläufig auch der Zulauf und
Ablauf zum motorinternen Kühlelement angeordnet sein muss.
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Vorzugsweise
umfassen die Wandungen des Aktuators Ausnehmungen, mittels derer
das Kühlmittelzulaufelement und das Kühlmittelablaufelement von
außerhalb des Aktuators zugänglich ist.
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Die
Elemente sind hierbei derart ausgeführt, dass diese zumindest
teilweise in die Ausnehmungen des Aktuators hineinragen oder an
der Gehäuseinnenwandung des Aktuators derart anliegen,
dass ein Zufluss und/oder ein Abfluss mittels der Ausnehmungen leicht
realisierbar ist. Ein Verschlussmittel könnte hierbei beispielsweise
mittels eines an der Ausnehmung angeordneten Gewindes in das Aktuatorgehäuse
eingeschraubt werden, um den Zulauf bzw. Ablauf zum/vom Element
zu verschließen. Vorteilhaft bei dieser Lösung
ist, dass trotz lokaler Veränderungen des Zulaufes/Ablaufes
die Gehäuseaußenabmessungen des Aktuators nicht
verändert werden müssen.
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Vorteilhafterweise
werden die Zulaufelemente und die Ablaufelemente sowie die Verbindungsmittel
mittels eines korrosionsbeständigen Materials hergestellt,
vorzugsweise mittels Edelstahl. Diese Art der Kühlkreislaufanbindung
könnte somit auch in Umgebungen mit hohen Sicherheitsanforderungen, beispielsweise
in der Lebensmittelindustrie, eingesetzt werden. Da der integrierte
Kühlkreislauf aus nur einem Material besteht, wird Korrosion
sicher verhindert.
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Besonders
bevorzugt wird das Kühlmittelzulaufelement und/oder das
Kühlmittelablaufelement zwischen den Statorwicklungen und
dem Aktuatorgehäuse angeordnet, somit ist es leicht von
Außen zugänglich.
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Es
wäre auch denkbar das zentrale Kühlelement zur
Realisierung eines Kühlkreislaufes mehrteilig auszuführen,
wobei die Kühlelemente dann mittels eines Kühlmittelzulaufelementes
und/oder mittels eines Kühlmittelablaufelementes und/oder
mittels eines Verbindungsmittels verbunden werden. Ein mehrteiliges
Kühlelement wäre beispielsweise derart ausführbar,
dass mittels der Elemente eine Serienschaltung realisiert ist. Durch
die Verbindung eines Zulaufes, welcher an einer ersten Gehäuseseite
angeordnet ist, mit dem Ablauf, welcher an einer zweiten Gehäuseseite
angeordnet ist, beispielsweise mittels eines Schlauches oder eines
Rohres, erhöht sich die Flexibilität bzgl. der
Anschließbarkeit an ein externes Kühlsystem noch
weiter.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen flüssigkeitsgekühlten
Aktuator um einen Aktuator, welcher mit einem mit Permanentmagneten
versehenen Rotor ausgestattet ist, vorzugsweise um den Rotors eines
permanentmagneteerregten Servomotors.
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Vorzugsweise
kann die Erfindung Außerdem zur Realisierung des Antriebs
einer Widerstandsschweißzange oder einer elektromechanischen
Achse mit einem Aktuator wie zuvor beschrieben dienen. Das erfindungsgemäße
Prinzip wird im Folgenden mittels Figuren schematisch beschrieben.
Die Figuren stellen lediglich beispielhafte mögliche Ausführungsformen
der Erfindung dar und können unter Beachtung der erfindungsgemäßen
wesentlichen Merkmale jederzeit abgewandelt werden.
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Die 1 zeigt
ein mehrteiliges Kühlelement
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Die 2 zeigt
ein Verbindungselement mit Ablauf-/Zulauffunktion
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Die 3 zeigt
ein Verbindungselement ohne Ablauf-/Zulauffunktion
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Die 4 zeigt
den Aktuator mit geöffnetem Mittelbereich
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Die 5 zeigt
den Mittelbereich des Aktuators isoliert als Ansicht
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Die 6 zeigt
einen Längsschnitt durch den Aktuator
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Die 7 zeigt
einen Querschnitt durch den Aktuator
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Die 8 zeigt
das Innenleben des Mittelbereiches des Atuators
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Die 9 zeigt
den Stator des Aktuators mit Kühlelement isoliert
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In 1 ist
ein mehrteiliges Kühlelement dargestellt, welches in diesem
Beispiel aus zwei Teilkühlementen 3A, 3B besteht.
Wesentlich hierbei ist, dass die Elemente 3A, 3B mittels
Verbindungselementen 4A, B miteinander verbunden sind.
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Diese
Verbindungselemente 4A, 4B könnten als
Kühlmittelzulaufelemente 4A oder als Kühlmittelablaufelemente 4B fungieren.
Andererseits könnten diese Element 4A, 4B ausschließlich
eine Verbindungsfunktion zur Verbindung beider Kühlelemente 3A, 3B erfüllen,
das heißt ohne Zulauf- oder Ablauffunktion. Handelt es
sich um ein solches Verbindungselement 4A, 4B ohne
Zulauf-/Ablauffunktion, so wird hierdurch eine Serienschaltung beider
Kühlelemente 3A und 3B erreicht. Handelt
es sich um ein Kühlelement 3A, 3B mit
Zulauf-/Ablauffunktion, so dienen diese Elemente sowohl der Serienschaltung, als
auch der Anbindung an einen externen Kühlkreislauf. Die
Bestandteile 3A, 3B, 4A, 4B dieser
Lösungsvariante können beliebig miteinander kombiniert
werden. In der 1 sind zwei Verbindungselemente 4A,
B und zwei Teilkühlelemente 3A, B gezeigt. Es
wäre auch denkbar mehr als zwei Verbindungselemente 4A,
B und mehr als zwei Teilkühlelemente 3A, B einzusetzen.
Dies erhöht die Flexibilität des erfindungsgemäßen
Prinzips im Einsatz und bei der Konstruktion erheblich.
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In 2 ist
schematisch und ausschnittsweise der innere Aufbau des Kühlkreislaufes
dargestellt, wobei ein erstes und ein zweites Kühlmittelzulaufelement 4A sowie
ein erstes und ein zweites Kühlmittelablaufelement 4B dargestellt
sind. Das Kühlmittelzulaufelement 4A ermöglicht
den Anschluss der gezeigten Anordnung an einen externen Kühlkreislauf (gekennzeichnet
mittels der Pfeile = Zufluss von Kühlmittel). Gleiches
gilt für die Ablaufelemente 4B mittels derer das
unter der Verwendung des Kühlmittelzulaufelementes 4A zugeführte
Kühlfluid wieder abtransportiert werden kann (gekennzeichnet
mittels der Pfeile Abfluss von Kühlmittel). Es sind außerdem zwei
Verbindungsmittel 6A, 6B gezeigt, mittels derer die
Kühlmittelablaufelemente 4B bzw. die Kühlmittelzulaufelemente 4A miteinander
leitend verbunden sind. Die Verbindungsmittel 6A, 6B weisen
außerdem einen Anschluss für das im Motor angeordnete zentrale
Kühlelement 3 auf. Mittels der in 2 dargestellten
Anordnung ist es möglich mittels eines der Kühlmittelzulaufelemente 4A und
mittels des Verbindungselementes 6A ein Kühlfluid
in das zentrale Kühlelement 3 einzuleiten. Nachdem
das Kühlfluid die meist mäanderförmige
Struktur (siehe 1, 3A, B) des Kühlelementes 3 durchflutet
hat, kann es über das Verbindungsmittel 6B und
zumindest eines der Kühlmittelablaufelemente 4B wieder
abfließen und dem externen Kühlkreislauf zugeführt
werden. Die Verbindungsmittel 6A, 6B werden vorzugsweise T-förmig
ausgebildet, wobei ein erster Arm der T-Form mit dem ersten Kühlmittelzulaufelement 4A und
der gegenüberliegende Arm mit dem zweiten Kühlmittelzulaufelement 4A mittels
eines Rohres oder Schlauches oder dergleichen verbunden ist. Der dritte
Arm zeigt in Richtung des zentralen Kühlelementes 3,
welches innerhalb des Motors/Aktuators angeordnet sein kann. Gleiches
gilt von der Aussage her auch für die Kühlfluidabfuhr
mittels der Elemente 4B und 6B. Selbstverständlich
könnte die Funktion (Kühlmittelzufuhr oder Kühlmittelabfuhr)
in Bezug auf die Elemente 4A, B und 6A, B auch
vertauscht werden.
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3 zeigt
eine zu 2 alternative Lösung.
Hierbei wird auf einen Kühlelementeanschluss am Verbindungsmittel 6A, 6B verzichtet,
wobei die Kühlmittelzulaufelemente 4A bzw. die
Kühlmittelablaufelemente 4B unmittelbar mittels
der Verbindungsmittel 6A, B, beispielsweise in Form eines
Rohres oder in Form eines Schlauches oder dergleichen, miteinander
verbunden sind. Zumindest eines der Kühlmittelzulaufelemente 4A bzw.
eines der Kühlmittelablaufelemente 4B umfasst
einen zusätzlichen Anschluss für das eigentliche
zentrale Kühlelement 3 des zu kühlenden
elektrischen Motors/Aktuators. Es wäre auch denkbar, nur
eines der Zulauf- beziehungsweise Ablaufelemente 4A, B
mit einem Kühlelementanschluss zu versehen und zumindest
eines der Verbindungsmittel 6A, B mit einem weiteren Kühlelementanschluss.
Auch hierdurch erhöht sich die Anzahl der möglichen
Varianten und damit die Flexibilität.
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Die
Lösung gemäß 2 ist bevorzugt
dann sinnvoll, wenn die Anschlüsse des Kühlelementes 3 am
Stator gegenüberliegend angeordnet sind. Die Lösung
gemäß 3 ist bevorzugt dann sinnvoll, wenn
die Anschlüsse der Kühlelemente 3 unmittelbar nebeneinander
liegen.
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Die 4 zeigt
den zumindest teilweise geöffneten Aktuator mit Stator 1,
Rotor (nicht sichtbar) sowie mit einer Antriebsstange 5,
welche mit dem Rotor unter Verwendung mechanischer Mittel derart interagiert,
dass bei Rotation des Rotors unter Berücksichtigung der
Rotationsbewegung des Rotors eine Linearbewegung/Transversalbewegung
der Antriebsstange 5 resultiert. Der Aktuator umfasst zusätzlich
ein zentrales Kühlelement 3 zur Aktuatorkühlung.
Zusätzlich sind Kühlkreislaufverbindungsmittel zur
Realisierung eines Kühlmittelzulaufes 4A und/oder
eines Kühlmittelablaufes 4B umfasst, mittels derer
das Kühlelement 3 an einen externen Kühlkreislauf
anschließbar ist. Der Kühlmittelzulauf und der
Kühlmittelablauf wurde jeweils mittels eines Kühlmittelzulaufelementes
und mittels eines Kühlmittelablaufelementes realisiert.
Diese Elemente sind derart innerhalb des Aktuators angeordnet, dass
der Kühlmittelzulauf und der Kühlmittelablauf
sowohl von derselben, als auch von unterschiedlichen Aktuatorseiten
zugänglich ist, wobei die Kühlmittelzulaufelemente
und die Kühlmittelablaufelemente stets jeweils am zentralen
Kühlelement 3 angeordnet sind. Das im Bild gezeigte
Mittelteil des Aktuators zwischen den Flanschen 8, 9 umfasst
den aktiv gekühlten Part des Aktuators. Beide Flansche 8, 9 sind
mittels Abstandmitteln 10, beispielsweise in Form von Gewindestangen 10,
voneinander beabstandet. Diese Abstandsmittel 10 dienen
auch der Arretierung des in 5 gezeigten
Mittelteiles 7 des Aktuators, das gleichzeitig auch als
Motorgehäuse fungiert.
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5 zeigt
die Abdeckung 7 des Aktuatormittelteils, welche gleichzeitig
auch als Motorgehäuse 7 fungiert. An den vier
Ecken des sind Längsbohrungen angebracht, welche zur Aufnahme
der in
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4 gezeigten
Abstandsmittel dienen. Ebenfalls in 5 gezeigt
ist eine mittels eines Schraubverschlusses 11 verschlossene
Ausnehmung mit oder ohne Gewinde. Diese dient als Zugang zu den
Kühlmittelzulaufelementen oder den Kühlmittelablaufelementen,
welche innerhalb des Aktuators angeordnet sind.
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6 zeigt
einen Längsschnitt durch den gesamten Aktuator. Sichtbar
sind unter anderem der Stator 1 und der Rotor 2 sowie
die Antriebsstange 5 und ihre Ausbildung als Gewindestange
innerhalb des Aktuatorrotors, so dass bei Rotation des Rotors 2 unter
Berücksichtigung der Rotationsbewegung des Rotors eine
Linearbewegung der Antriebsstange 5 resultiert (Schubbewegung
oder Zugbewegung). Der Stator 1 und der Rotor 2 sind
von dem Motorgehäuse 7 umgeben.
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7 zeige
den Aktuator aus 6 im Querschnitt mit denselben
Komponenten 1, 2, 7. Zusätzlich
sind die zentralen Kühlrohre 3 zu sehen.
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Treten
beim Betrieb des Aktuators hohe Temperaturen auf, so ist die frühzeitige
Alterung der Bauteile im Aktuator aufgrund dieser hohen Temperaturen
oder Temperaturschwankungen zu befürchten.
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Vor
allem das Schmierfett für die meachnischen Komponenten
des Aktuators wird durch die Temperatur beeinflusst. Beispielsweise
könnte die bereits weiter oben erläuterte mechanische
Umlenkung mittels eines Geweindetriebes realisiert sein, welches
mittels Schmierfett betrieben wird. Gleiches gilt für mechanische
Lager im Aktuaktor. Durch die Erwärmung und den Einfluss
der Temperaturveränderungen können diese Teile
schneller altern, denn das Öl diffundiert bei Wärme
schneller aus dem Fett heraus. Das Fett wird flüssiger
und verflüchtigt sich aus den zu schmierenden Bereichen
innerhalb des Aktuators. Der eigentliche Zweck des Fettes, nämlich die
Verlängerung der Lebensdauer der vom Fett umhüllten
Aktuatorkomponenten, würde damit verfehlt.
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Aber
auch andere Aktuatorkomponenten, wie Dichtungen oder O-Ringe, werden
von hohen Temperaturen aufgrund physikalischer Alterungsvorgänge
negativ beeinflusst. Unter physikalischen Alterungsvorgängen
sind Relaxationen von Eigenspannungen und Orientierungen, Nachkristallisation,
Entmischung, Agglomeration sowie Weichmacherverlust, Weichmacherwanderung
und Weichmacherextraktion zu verstehen. Durch starke Temperaturveränderungen
werden diese Vorgänge beschleunigt.
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Mittels
der Erfindung können nun die Temperaturen im Aktuator im
wesentlichen konstant gehalten werden. Die Temperaturen im Aktuator
könnten auch mittel eines gesteuertem Kühlmitteldurchfluss unter
Berücksichtigung der Kühlmitteltemperatur gezielt
geregelt werden. Hierdurch können die Standzeiten von den
erfindungsgemäßen Aktuator nutzenden Systemen
erhöht und die Wartungsintervalle verlängert werden.
Auch die Wartungskosten können verringert werden. Auch
eine Einbindung und Überwachung des Aktuators in Fernwartungssysteme
ist möglich, indem mittels des Fernwartungssystems zyklisch
die Kühlmitteltemperatur analyisert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005002897
A1 [0004]
- - DE 3705528 C2 [0005]
