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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Linear-Antriebsvorrichtung mit einer ortsfesten Fahrwegeinheit und wenigstens einem bewegbaren Läufer sowie eine Transportvorrichtung, insbesondere zum Transport von Produkten zu und von Verpackungsmaschinen, mit einer derartigen Linear-Antriebsvorrichtung.
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Linear-Antriebsvorrichtungen werden beispielsweise für Transportaufgaben verwendet. Beispielsweise zeigt die
WO 2011/131386 A1 eine Transportvorrichtung mit einer umlaufend geschlossenen Fahrwegeinheit und wenigstens einem Läufer zum Transport von Produkten. Herstellungsbedingt ergibt sich bei derartigen Transportvorrichtungen das Problem, dass insbesondere Kurven aufwendig für den jeweiligen Einsatzfall entwickelt und ausgelegt werden müssen. Somit ist eine Standardisierung nur für die geradlinigen Bereiche der Fahrwegeinheit möglich, wobei die individuellen Kurvenelemente jedoch die Kosten für derartige Vorrichtungen in die Höhe schnellen lassen. Es wäre daher wünschenswert, eine Linear-Antriebsvorrichtung bereitzustellen, welche insbesondere eine Fahrwegeinheit mit kostengünstigem Aufbau bereitstellt, ohne dass hierbei Einschränkungen im Layout des Fahrwegs bestehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Linear-Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Modularisierung des kompletten Fahrwegs der Linear-Antriebsvorrichtung möglich ist. Somit kann erfindungsgemäß ein flexibler und für verschiedenste Einsatzbereiche einsetzbarer Fahrweg bereitgestellt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Fahrwegeinheit eine Vielzahl von Fahrwegeinzelelementen umfasst, welche in Reihe angeordnet sind. Dabei sind zwischen benachbarten Fahrwegeinzelelementen jeweils erste Gelenkverbindungen vorgesehen. Durch die Gelenkverbindung zwischen den Fahrwegeinzelelementen können somit insbesondere Kurven des Fahrwegs einfach nachgestellt werden, und der Fahrweg entsprechend den gewünschten Anforderungen bereitgestellt werden. Auch ist es erfindungsgemäß möglich, nachträglich noch Änderungen des Fahrwegs vorzunehmen. Hierdurch wird insbesondere eine hohe Flexibilität der Linear-Antriebsvorrichtung erreicht, welche insbesondere bei Verwendung als Transportvorrichtung z. B. zwischen Stationen von Abfüll- und Verpackungsvorrichtungen, vorteilhaft ist.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Besonders bevorzugt ist die erste Gelenkverbindung als Kugelgelenk ausgebildet. Hierdurch sind dreidimensionale Fahrwege in beliebiger Konfiguration möglich. Die Kugelgelenke sind besonders bevorzugt als Teilkugeln vorgesehen. Weiterhin bieten die Kugelgelenke eine sichere und einfach aufgebaute Gelenkverbindung sowie, falls gewünscht, eine schnelle Umgestaltung des Fahrwegs.
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Alternativ umfasst die erste Gelenkverbindung Zylinderflächen oder Teilzylinderflächen. Hierdurch ist zwar lediglich eine zweidimensionale Ausgestaltung des Fahrwegs möglich. Die Zylinder bzw. Teilzylinder der ersten Gelenkverbindung können vorzugsweise in vertikaler oder horizontaler Richtung angeordnet werden. Ferner ist es möglich, wenn Teilbereiche des Fahrwegs mit zylindrischen Gelenken in vertikaler Richtung und in horizontaler Richtung ausgebildet sind, auch eine dreidimensionale Fahrweggestaltung ermöglichen, ggf. mit Zwischenelementen. Die zylindrische Gelenkverbindung kann dabei besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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Weiter bevorzugt weist der Läufer eine Vielzahl von Läufereinzelelementen auf, welche in Reihe angeordnet sind und wobei zwischen benachbarten Läufereinzelelementen jeweils eine zweite Gelenkverbindung vorgesehen ist. Hierdurch ist auch der Läufer gelenkig ausgebildet, sodass enge Radien des Fahrwegs ermöglicht werden. Alternativ kann der Läufer auch starr ausgebildet sein, wobei dann seine Länge in Laufrichtung möglichst kurz sein sollte, um enge Radien des Fahrwegs folgen zu können.
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Ein besonders bevorzugter Aufbau ergibt sich, wenn jedes Fahrwegeinzelelement genau eine Spule aufweist. Hierdurch umfasst jedes Fahrwegeinzelelement die Bauteile der Spule, nämlich einen Kern und eine Wicklung um den Kern. Besonders bevorzugt sind dabei Kern und Wicklung von einem Kunststoff umspritzt.
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Weiter bevorzugt ist zwischen einander benachbarten Fahrwegeinzelelementen mit jeweils einer Spule ein magnetisches Rückschlusselement angeordnet. Das magnetische Rückschlusselement ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das magnetische Rückschlusselement in die erste Gelenkverbindung zwischen zwei benachbarten Fahrwegeinzelelementen integriert. Dies kann beispielsweise durch Vorsehen von entsprechenden Gelenkflächen am Rückschusselement erfolgen, welche besonders bevorzugt teilkugelförmig ausgebildet sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst jedes Läufereinzelelement des Läufers wenigstens einen Permanentmagneten.
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Besonders bevorzugt befindet sich ein Drehpunkt zwischen benachbarten Fahrwegeinzelelementen genau in der Mitte zwischen den benachbarten Fahrwegeinzelelementen.
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Weiter bevorzugt umfasst jedes Läufereinzelelement einen U-förmigen Grundkörper mit einem ersten und zweiten Schenkelbereich. Vorzugsweise überdecken dabei der erste und zweite Schenkelbereich die Fahrwegeinheit zumindest teilweise seitlich. Weiter bevorzugt ist der Grundkörper aus einem magnetisch nicht leitenden Material hergestellt. Vorzugsweise ist dabei an jeder Schenkelinnenseite des U-förmigen Grundkörpers jeweils ein Permanentmagnet angeordnet.
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Besonders bevorzugt ist die zweite Gelenkverbindung des Läufers an den ersten und zweiten Schenkelbereichen des U-förmigen Grundkörpers angeordnet.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist jedes Fahrwegeinzelelement zumindest einen Permanentmagneten auf. Weiter bevorzugt umfasst dann jedes Läufereinzelelement eine Spule.
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Insbesondere wenn die Spulen in der Fahrwegeinheit, d. h. in den Fahrwegeinzelelementen, angeordnet sind, sind vorzugsweise mehrere Spulen in einem Fahrwegeinzelelement angeordnet. Hierdurch kann insbesondere eine hohe Leistungsdicht erreicht werden.
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Besonders bevorzugt sind alle Fahrwegeinzelelemente und/oder Läufereinzelelemente gleich aufgebaut. Hierdurch kann eine maximale Gleichteileanzahl für die Linear-Antriebsvorrichtung erhalten werden.
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Vorzugsweise wird eine Herstellung der die erste und/oder die zweite Gelenkverbindung aufweisenden Bauteile in einem 3D-Druckverfahren ausgeführt, wobei einem Materialpulver, z. B. beim magnetischen Rückschlusselement, ein sehr hoher Anteil an Eisenpartikeln beigemischt wird. Hierdurch können Bauteile sehr kostengünstig hergestellt werden.
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Weiter bevorzugt wird in die Fahrwegeinheit eine Leistungselektronik integriert, sodass eine Ansteuerung per Bus- und/oder Leistungskabel erfolgt. Vorzugsweise wird zur Leistungssteigerung der Linear-Antriebsvorrichtung zusätzlich eine Kühlvorrichtung, insbesondere eine Wasserkühlung, vorgesehen.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Transportvorrichtung, umfassend eine erfindungsgemäße Linear-Antriebsvorrichtung. Die Transportvorrichtung wird vorzugsweise in Verbindung mit Abfüll- und/oder Verpackungsvorrichtungen verwendet, um Produkte zwischen einzelnen Stationen zu transportieren. Besonders bevorzugt ist die Fahrwegeinheit der Linear-Antriebsvorrichtung für die Transportvorrichtung umlaufend geschlossen.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In der Zeichnung ist:
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1–5 Darstellungen einer Linear-Antriebsvorrichtung sowie von Einzelteilen der Linear-Antriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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6 eine perspektivische Darstellung einer Linear-Antriebsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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7 und 8 Darstellungen einer Linear-Antriebsvorrichtung sowie von Einzelteilen der Linear-Antriebsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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9 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Linear-Antriebsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 eine Linear-Antriebsvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus der schematischen, perspektivischen Ansicht von 1 ersichtlich ist, umfasst die Linear-Antriebsvorrichtung 1 einen Läufer 2 und eine Fahrwegeinheit 3. Der Läufer 2 und die Fahrwegeinheit 3 sind dabei nur schematisch dargestellt. Der Läufer 2 umfasst eine Vielzahl von Läufereinzelelementen, welche in diesem Ausführungsbeispiel durch einen U-förmigen Grundkörper 21 gebildet sind. Der U-förmige Grundkörper 21 umfasst einen ersten Schenkel 22 und einen zweiten Schenkel 23. Dabei ist jeweils ein Permanentmagnet 20 an den Innenseiten der beiden Schenkel 22, 23 angeordnet (siehe 5). Die Fahrwegeinheit 3 umfasst eine Vielzahl von Fahrwegeinzelelementen 30, welche in diesem Ausführungsbeispiel jeweils ein Spulenelement 4 und ein Rückschlusselement 7 umfassen. Somit ist das Fahrzeugeinzelelement 30 in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Bauteilen gebildet. Die Fahrzeugeinzelelemente 30 sind dabei in Reihe nacheinander angeordnet derart, dass immer abwechselnd ein Spulenelement 4 und ein Rückschlusselement 7 angeordnet ist.
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Weiter ist zwischen einzelnen Fahrzeugeinzelelementen 30 jeweils eine erste Gelenkverbindung 5 vorgesehen. Zwischen den drei Läufereinzelelementen ist jeweils eine zweite Gelenkverbindung 6 vorgesehen. Weiterhin ist in diesem Ausführungsbeispiel eine dritte Gelenkverbindung 9 innerhalb jedes Fahrwegeinzelelements 30 zwischen dem Spulenelement 4 und dem Rückschlusselement 7 ausgebildet. Hierdurch wird eine besonders hohe Gelenkigkeit der Fahrwegeinheit 3 realisiert. Alternativ wäre es auch möglich, jeweils das Rückschlusselement 7 direkt am Spulenelement 4 an einer Seite zu befestigen bzw. in das Spulenelement 4 zu integrieren.
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Wie insbesondere aus den 2 und 3 ersichtlich ist, wird die erste Gelenkverbindung 5 durch einen kugelförmigen Vorsprung 51 am Spulenelement 4 und eine kugelförmige Aussparung 70 am Rückschlusselement 7 des nachfolgenden Fahrwegeinzelelements gebildet. Am Spulenelement 4 ist ferner noch eine kugelförmige Aussparung 50 vorgesehen, welche zusammen mit einem kugelförmigen Vorsprung 71 des zugehörigen Rückschlusselements 7 die dritte Gelenkverbindung 9 innerhalb des Fahrwegeinzelelements 30 bildet.
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Das Spulenelement 4 umfasst, wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, einen Kunststoffkörper 40, welcher einen Kern 41 und eine Wicklung 42 umschließt. Die Wicklung 42 ist dabei um den im Wesentlichen quaderförmigen Kern 41 gebildet. Dabei steht der Kern 41 zumindest teilweise an den beiden Seiten des Spulenelements 4 aus dem Kunststoffkörper 40 vor.
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Wie aus 1 und 5 ersichtlich ist, bewegt sich der Läufer 2 durch ein an der Fahrwegeinheit 3 wanderndes Magnetfeld in Richtung des Pfeils A. dabei überdecken die ersten und zweiten Schenkel der Läufereinzelelemente die Seiten der Fahrwegeinzelelemente 30. Je nach Anwendungsfall kann der Läufer 2 aus einer beliebigen Anzahl von Läufereinzelelementen bestehen. Es ist jedoch auch möglich, dass der Läufer 2 nur aus einem einzigen Läufereinzelelement besteht.
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Die zweite Gelenkverbindung 6 am Läufer 2 ist, wie aus den 1 und 4 ersichtlich ist, jeweils an den beiden Schenkeln 22, 23 des U-förmigen Grundkörpers 21 der Läufereinzelelemente gebildet. Hierbei sind an jedem der beiden Schenkel 22, 23 jeweils eine kugelförmige Aussparung 60 und ein kugelförmiger Vorsprung 61 gebildet. Hierbei sind die kugelförmigen Vorsprünge 61 in Bewegungsrichtung A vorne am Grundkörper 21 gebildet und die kugelförmigen Aussparung 60 an der Rückseite in Bewegungsrichtung gebildet.
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Somit weist die erfindungsgemäße Linear-Antriebsvorrichtung 1 eine Modularisierung sowohl des Läufers 2 als auch der Fahrwegeinheit 3 auf. Durch die Verwendung der ersten und zweiten Gelenkverbindungen 5, 6 in Form von Kugelgelenken, können beliebige dreidimensionale Fahrwege im Raum realisiert werden. Hierdurch können kürzeste Wege und insbesondere auch eine minimale Anzahl von Spulen, welche die Applikation erfordert, verwendet werden. Da sich ferner ein Drehpunkt der ersten Gelenkverbindung 5 an der Fahrwegeinheit 3 in der Mitte des Spaltes zwischen den Fahrwegeinzelelementen befindet, kann ein maximaler Drehwinkel bei minimaler Abweichung des Luftspaltes zwischen Fahrwegeinheit 3 und Läufer 2 erreicht werden. Hierdurch weist die erfindungsgemäße Linear-Antriebsvorrichtung 1 einen sehr hohen Wirkungsgrad, insbesondere auch in Kurven auf. Vorzugsweise ist die Fahrwegeinheit 3 dabei eine umlaufend geschlossene Fahrwegeinheit mit zwei 180 º-Kurven.
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6 zeigt eine Linear-Antriebsvorrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Ansicht. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist beim zweiten Ausführungsbeispiel die Fahrwegeinheit die Permanentmagnete 20 auf und der Läufer die Spulenelemente 4 und die Rückschlusselemente 7 in abwechselnder Anordnung (vergleiche 6). Mit anderen Worten sind im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel die Antriebselemente der Linear-Antriebsvorrichtung 1 vertauscht. Strom zu den Spulen wird beim zweiten Ausführungsbeispiel in induktiver Weise auf den Läufer 2 übertragen. Wie in 6 gezeigt, umfasst der Läufer 2 in diesem zweiten Ausführungsbeispiel genau drei Spulenelemente 4 und zwei Rückschlusselemente 7, welche zwischen dem ersten und zweiten sowie dem zweiten und dritten Spulenelement 4 angeordnet sind. Permanentmagnete 20 sind beidseitig an den Schenkeln 22, 23 jedes U-förmigen Grundträgers 21, welche die Fahrwegeinzelelemente des Fahrwegs bilden, angeordnet.
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Die 7 und 8 zeigen eine Linear-Antriebsvorrichtung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, sodass der Läufer 2 hier wieder die Permanentmagnete 20 und die Fahrwegeinheit die Spulenelemente 4 umfasst. Die Läufereinzelelemente sind wieder aus U-förmigen Grundträgern 21 mit zwei Schenkeln 22, 23 gebildet, an denen die Permanentmagnete 20 angeordnet sind. Ferner ist an den Schenkeln die zweite Gelenkverbindung 6 angeordnet. Die Fahrwegeinheit 3 des dritten Ausführungsbeispiels weist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel keine separaten magnetischen Rückschlusselemente auf, sondern umfassen nur die Spulenelemente 4. Die Spulenelemente 4 sind direkt in Reihe nacheinander angeordnet. Ein magnetischer Rückschluss erfolgt beim dritten Ausführungsbeispiel über die U-förmigen Grundträger 21. Diese Grundträger 21 sind aus einem magnetisch leitenden Material hergestellt. Durch den Verzicht auf separate Rückschusselemente kann somit der Aufbau der Fahrwegeinheit 3 des dritten Ausführungsbeispiels signifikant vereinfacht werden, sodass diese Linear-Antriebsvorrichtung 1 besonders kostengünstig und einfach herstellbar ist.
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9 zeigt eine Linear-Antriebsvorrichtung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das vierte Ausführungsbeispiel weist grundsätzlich die gleichen Grundbauteile wie das dritte Ausführungsbeispiel auf, wobei im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel beim vierten Ausführungsbeispiel der Läufer 2 mehrere Spulenelemente 4 umfasst. Weiter umfasst die Fahrwegeinheit 3 eine Vielzahl von Fahrwegeinzelelementen, welche U-förmige Grundträger 21 mit ersten und zweiten Schenkeln 22, 23 sowie einer Vielzahl von Permanentmagneten 20 umfasst. Wie beim zweiten Ausführungsbeispiel wird den Spulenelementen 4 des Läufers 2 in induktiver Weise Strom zugeführt. Der magnetische Rückschluss erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel wieder über die U-förmigen Grundträger 21, welche aus einem entsprechenden magnetisch leitenden Material hergestellt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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