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Die zu Grunde liegende Erfindung betrifft einen Schmiedehammer mit einem elektrischen Linearantrieb.
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Aufbau und Funktion von Schmiedehämmern in Form von Oberdruckhämmern und Fallhämmern ist allgemein beschrieben in Doege, Eckart; Behrens, Bernd-Arno: Handbuch Umformtechnik. 2. Bearbeitete Auflage. Heidelberg [et al]: Springer, 2010. 719-730. - ISBN 978-3-642-04249-2. Darin ist auch erwähnt, dass zur Dämpfung von Schwingungseinträgen in die Kolbenstange das Bärschloss über Gummi-Metallfederringe aufweisen kann.
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Zur Dämpfung von Schwingungseinträgen in die Kolbenstange offenbart die
DE 16 54 160 U eine Konstruktion, bei der die Kolbenstange mit einem waagrechten Flansch starr verbunden ist, der zwischen zwei ringförmigen Gummikörpern gelagert ist, wobei ein unterer Gummikörper nach unten gegen den Bären abgestützt ist, während der obere Gummikörper nach oben gegen ein Widerlager abgestützt ist.
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Ein Schmiedehammer mit Linearantrieb ist beispielsweise aus der
DE 20 2008 018 169 U1 bekannt. Bei dem bekannten Schmiedehammer ist ein Hammerbär als Linearläufer eines Linearmotors ausgebildet und weist daran angebrachte Magneten bzw. Sekundärteile auf, die zusammen mit dem Hammerbären in einem stationär ausgebildeten Primärteil längsverschiebbar aufgenommen sind. Zur Ausführung von Schmiedebewegungen wird der als Linearläufer ausgebildete Hammerbär durch entsprechenden Betrieb des Linearmotors auf- und abbewegt, so dass am Fußpunkt der Abbewegung Schmiedeoperationen ausgeführt werden können.
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Die
US 6,313,551 B1 offenbart eine Magnetanordnung für einen Linearmotor. Die Magnetanordnung umfasst eine Vielzahl von Magneten, die auf einer Längsachse abwechselnd axial und quer zur Längsrichtung magnetisiert sind.
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Die
DE 10 2008 059 607 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Stanzen von festen Körpern mit einem ersten Bewegungselement, das in einem Hohlkörper angeordnet ist. An dem Bewegungselement ist ein Sekundärteil eines Solenoidmotors angeordnet, und der Hohlkörper weist ein Primärteil des Solenoidmotors auf. Das Primärteil weist mindestens eine Spule auf, die zur Erzeugung eines Feldes dient, wodurch das Primärteil funktional zur Erzeugung einer linearen Relativbewegung mit dem Sekundärteil des Solenoidmotors zusammenwirkt.
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Die
CN 2 093 048 U beschreibt einen Schmiedehammer, bei dem an Stelle Druckluftantriebs ein elektro-magnetischer Antrieb verwendet wird, wobei der elektro-magnetische Antrieb zum Betrieb des Gesenks eine Schlagspule und eine Hubspule umfasst.
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Die
PL 65 677 Y1 beschreibt eine elektrische Schmiedevorrichtung zum Umformen, insbesondere Stanzen. Die Schmiedevorrichtung weist einen linearen Gleichstrommotor auf, wobei ein Stator mit einer vertikal angeordnet ist. Der Stator weist einen ferro- und/oder ferrimagnetischen Materialmantel auf, in dem Spulen mit einem Haftmaterial hoher mechanischer Festigkeit befestigt sind. Der Läufer weist abwechselnd Ringmagnete und ferromagnetische Ringe auf, die auf einem ferromagnetischen Gewindestift angeordnet sind.
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Bekannte Schmiedehämmer lassen durchaus Raum für Verbesserungen und Variationen im Hinblick auf Ausgestaltung und Auslegung von Linearantrieb und Hammerbär zu.
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Insoweit kann eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin gesehen, den bekannten Schmiedehammer weiterzubilden, insbesondere alternative und/ oder verbesserte Ausführungsformen eines Schmiedehammers mit Linearantrieb anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Weitere Lösungen, Ausgestaltungen und Varianten der
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Erfindung ergeben sich insbesondere aus den anhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
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In Ausgestaltungen nach Patentanspruch 1 ist ein Schmiedehammer vorgesehen, welcher einen elektrischen, insbesondere elektro-magnetischen, Linearantrieb mit einem Linearläufer und einen mit diesem, d.h. dem Linearläufer, zum Zwecke der Ausführung von Schmiedebewegungen gekoppelten Bären oder Hammerbären umfasst.
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Unter einem elektrischen Linearantrieb soll im Sinne der vorliegenden Anmeldung insbesondere ein elektrischer, insbesondere elektromagnetisch arbeitender, Linearmotor verstanden werden, bei welchem der Linearläufer zur Ausführung einer geradlinigen, insbesondere in Längsrichtung des Linearläufers verlaufenden, Translationsbewegung in einem, insbesondere ortsfest an einem Schmiedehammergestell befestigten, Stator geführt bzw. gelagert ist. Beispielsweise kann es sich um einen permanentmagneterregten Linearmotor, insbesondere Solenoid-Linearmotor handeln. Als Linearmotor kann dieser beispielsweise als Synchron-Linearmotor ausgebildet sein, beispielsweise in zylinderförmiger Bauart, z.B. mit einem zylinderförmig ausgebildeten Stator und einem zentralen, zylinderförmigen Durchgangsloch in welchem ein zylinderförmiger Linearläufer geführt ist. Insoweit kann es sich bei dem Linearmotor um einen elektromagnetisch arbeitenden bzw. betreibbaren tubularen Linearmotor handeln.
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Bei dem vorgeschlagenen Schmiedehammer ist vorgesehen, dass der Linearläufer und Bär unter Zwischenschaltung einer mittelbar und/oder unmittelbar zwischen Linearläufer und Bär wirkenden Entkopplungsstruktur miteinander verbunden sind. Insbesondere kann die Entkopplungsstruktur ausgebildet und eingerichtet sein zur mittelbaren und/oder unmittelbaren Entkopplung, insbesondere biegeelastischen Entkopplung, von Linearläufer und Bär, was insbesondere bei einem elektromagnetischen Linearmotor, insbesondere einem wie von der hierin beschriebenen Erfindung umfassten permanentmagneterregten Linearmotor, von besonderem Vorteil ist. Beispielsweise kann durch eine Entkopplungsstruktur eine auf den Läufern und/oder Stator während des Betriebs wirkende mechanische Belastung, z.B. in Form von Längs-, Quer-, Torsions- und/oder Scherschwingungen, vermindert werden. So können insbesondere ein sicherer Lauf des Linearmotors und damit verbunden zuverlässige Schmiedeergebnisse erreicht werden.
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Die Entkopplungsstruktur, beispielsweise in Form einer zwei- oder dreidimensional ausgebildeten Verbindungsstruktur mit elasto-mechanischen Eigenschaften, kann so ausgebildet und eingerichtet sein, dass der Linearläufer zumindest teilweise von während einer Schmiedebewegung auftretenden Relativbewegungen des Bären relativ zum Linearläufer, insbesondere durch elasto-mechanische Tilgermechanismen, entkoppelt werden kann.
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Als Relativbewegungen sollen insbesondere solche Bewegungen des Bären relativ zum Linearläufer verstanden werden, die einhergehend mit der primären Auf- und Abwärtsbewegung, bzw. Hin- und Herbewegung, des Bären und/oder beim Schmieden, auftreten und verursacht werden insbesondere durch die Primärbewegung und/oder Schmiedevorgängen beim Betrieb des Schmiedehammers. Die Primärbewegung als solche kann betrachtet werden als eine synchrone Bewegung von Linearläufer und Bär. Davon abweichende Relativbewegungen des Bären können insoweit auch als Sekundärbewegungen des Bären bezeichnet werden.
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Als Relativbewegungen oder Sekundärbewegungen kommen insbesondere in Frage quer zur Bewegungsrichtung des Linearläufers auftretende Verkippungen, Verformungen, Verbiegungen, Schwingungen und/oder Verschiebungen des Bären, und/oder bezüglich der Längsachse oder zentralen Achse des Linearantriebs auftretende Verkippungen, Verformungen, Verbiegungen, Schwingungen und/oder Verschiebungen.
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Durch die zwischengeschaltete, insbesondere biegeelastische oder elasto-mechanische, Entkopplungsstruktur zwischen Linearläufer und Bär kann insbesondere erreicht werden, dass Linearläufer und Bär im Hinblick auf die während des Betriebs beim Bären etwa auftretenden Sekundärbewegungen zumindest teilweise, bevorzugt gänzlich, voneinander entkoppelt sind bzw. werden können. Insbesondere kann durch eine entsprechende Entkopplungsstruktur eine weitgehende, elasto-mechanische Entkopplung zwischen Linearmotor und Bär erreicht werden, wodurch weniger hohe Anforderungen für die mechanische Festigkeit der im Linearmotor verwendeten Komponenten erforderlich sind.
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Insbesondere kann, zumindest weitgehend, vermieden werden, dass Sekundärbewegungen des Bären auf den Linearläufer übertragen werden, was sich nachteilig auf den Antrieb und die Antriebseigenschaften des Linearantriebs auswirken würde. Ferner kann durch eine Entkopplung von Bär und Linearmotor, insbesondere Linearläufer, erreicht werden, dass während des Betriebs auf den Linearläufer tatsächlich wirkende mechanische Belastungen verringert werden. Insbesondere kann vermieden werden, dass eine am oder im Linearläufer ausgebildete Magnetisierungsstruktur aus Permanentmagneten den während des Schmiedebetriebs auftretenden mechanischen Belastungen, insbesondere Schlägen, voll ausgesetzt sind.
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Eine, insbesondere elasto-mechanische, Entkopplung bzw. ein Ausgleich von Relativbewegungen, kann insbesondere erreicht werden, indem die Entkopplungsstruktur oder zumindest ein Abschnitt der Entkopplungsstruktur biegeelastisch, insbesondere schwingungs- und/oder torsionselastisch, verformbar ausgebildet ist, und zum Zwecke des Ausgleichs entsprechend verformt werden kann, so dass eine Übertragung der jeweiligen Sekundärbewegung des Bären auf den Linearläufer zumindest weitgehend vermieden oder gedämpft werden kann. Insoweit kann es sich bei der Entkopplungsstruktur um eine elasto-mechanisch wirkende Dämpfungsstruktur handeln.
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Die Entkopplungsstruktur kann für verschiedene Arten von Sekundärbewegungen, z.B. Verkippungen relativ zur Längsachse, Verschiebungen quer zur Längsachse, Querschwingungen bezüglich der Längsachse, jeweils spezifisch ausgebildete oder eingerichtete Entkopplungssegmente oder Entkopplungsbereiche umfassen. Beispielsweise kann ein Entkopplungsbereich eine oder mehrere Verjüngungen, Einschnitte, Sicken, Durchbrüche, Ausnehmungen, Längs- und/oder Quer-Rillen, Hohlräume, usw. umfassen
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Wie bereits erwähnt, kann durch das Vorsehen einer, insbesondere biegeelastischen, Entkopplungsstruktur erreicht werden, dass etwaige Sekundärbewegungen des Bären, wie Schwingungen, Verschiebungen, Verformungen und/oder Verkippungen, nicht, oder zumindest im Wesentlichen nicht, auf den Linearläufer übertragen werden. in diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, dass die vorliegende Erfindung insbesondere auf der Erkenntnis beruht, dass bei Schmiedehämmern mit elektrischem Linearantrieb, welche keine Entkopplungsstruktur aufweisen, insbesondere die genannten Sekundärbewegungen dazu führen können dass, der Lauf, insbesondere lineare Lauf, des Linearläufers im zugeordneten Stator negativ beeinträchtigt wird.
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Beispielsweise kann es bereits durch eine teilweise Übertragung von Sekundärbewegungen des Bären auf den Linearläufer dazu kommen, dass ein zwischen Linearläufer und Stator des elektrischen Linearantriebs ausgebildeter Luftspalt beim Schmiedebetrieb über die axiale Länge des Stators verändert wird oder variiert, was negative Auswirkungen für die Antriebs- und damit Schmiedeeigenschaften des Schmiedehammers nach sich ziehen kann, und u.U. zu Beschädigungen am Linearläufer und/oder Stator führen kann. Durch vorsehen einer, insbesondere elasto-mechanisch in einer, zwei oder drei Dimensionen wirkenden, Entkopplungsstruktur können vorteilhaft die genannten Beeinträchtigungen vermieden werden.
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Im Hinblick auf den Begriff biegeelastische Entkopplungsstruktur soll angemerkt werden, dass der Begriff „biegeelastisch“ im Sinne der vorliegenden Anmeldung insbesondere im Verhältnis zur Biegeelastizität des Materials des Bären und/oder des Linearläufers und/oder unmittelbar zur Entkopplungsstruktur benachbarter Komponenten und/oder im Verhältnis unterschiedlicher Abschnitte der Entkopplungsstruktur als solchen als Relativmaß verstanden werden soll, dahingehend, dass die Entkopplungsstruktur oder ein Abschnitt derselben eine gezielt höhere, insbesondere elasto-mechanische, Biegeelastizität aufweisen kann als das Material des Bären und/oder des Linearläufers und/oder der unmittelbar zur Entkopplungsstruktur benachbarten Komponenten und/oder, dass zumindest der Abschnitt der Entkopplungsstruktur eine gezielt höhere Biegeelastizität aufweisen kann als weitere Abschnitte der Entkopplungsstruktur oder angrenzende Bereiche.
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Eine gegenüber benachbarten oder angrenzenden Komponenten oder Abschnitten gezielt höhere Biegeelastizität kann beispielsweise dadurch umgesetzt sein oder werden, dass gegenüber den benachbarten oder angrenzenden Komponenten die Entkopplungsstruktur zumindest abschnittsweise in Richtung quer, insbesondere senkrecht, zur Bewegungsrichtung des Linearläufers verjüngt ist oder eine Verjüngung aufweist. Eine entsprechende Verjüngung kann beispielsweise eine im Querschnitt längs der Bewegungsrichtung des Linearläufers ausgebildete konkave Krümmung oder anderweitig geformte Form aufweisen.
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Eine im Zusammenhang mit der Entkopplungsstruktur ausgebildete Verjüngung kann beispielsweise derart ausgeführt sein, dass ein quer zur Bewegungsrichtung des Linearläufers gemessener Durchmesser der Entkopplungsstruktur, insbesondere eines Abschnitts der Entkopplungsstruktur, um einen Faktor zwischen 0,85 bis 0,97, insbesondere um einen Faktor von etwa 0,95, kleiner ist als ein entsprechend gemessener Durchmesser einer benachbarten oder angrenzenden Komponente und/oder eines weiteren Abschnitts der Entkopplungsstruktur.
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Beispielsweise kann ein Verjüngungsabschnitt vorhanden sein, dessen Durchmesser quer zur Bewegungsrichtung des Linearläufers um einen Faktor zwischen 0,85 bis 0,97, insbesondere um einen Faktor von etwa 0,95 kleiner ist als ein quer zur Bewegungsrichtung des Linearläufers gemessener maximaler Durchmesser der Entkopplungsstruktur.
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Ferner kann eine gegenüber benachbarten oder angrenzenden Komponenten oder Abschnitten der Entkopplungsstruktur gezielt höhere Biegeelastizität dadurch erreicht sein oder werden, dass der Flächeninhalt von Querschnitten oder Querschnittsflächen der Entkopplungsstruktur quer zur Bewegungsrichtung zumindest abschnittsweise gezielt variiert ist oder wird.
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Insbesondere kann die Entkopplungsstruktur oder ein Abschnitt derselben in ihrer zwei- oder dreidimensionalen geometrischen Struktur derart ausgebildet sein, dass der Flächeninhalt von Querschnittsflächen in Richtung parallel zur Bewegungsrichtung variiert. Beispielsweise kann die zwei- oder dreidimensionale Struktur ein oder mehrere Verjüngungen, Einschnitte, Sicken, Vertiefungen, Durchgriffe, Ausnehmungen, Hohlräume usw. aufweisen, die so ausgebildet sind, dass in einer Richtung parallel zur Bewegungsrichtung Flächeninhalte von Querschnittsflächen der Entkopplungsstruktur zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert liegen, bzw. variieren. Eine Verkleinerung der Flächeninhalte gegenüber angrenzenden oder benachbarten Komponenten oder Abschnitten kann beispielsweise im Bereich zwischen 0,65 bis 0,95, insbesondere etwa 0,90 liegen.
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Angemerkt werden soll an dieser Stelle, dass eine Verkleinerung des Flächeninhalts nicht zwangsläufig mit einer Verkleinerung des gesamt Durchmessers der Entkopplungsstruktur quer zur Bewegungsrichtung einherzugehen braucht. Insbesondere im Falle einer dreidimensionalen Struktur mit biegeelastisch federnden Eigenschaften in Quer- und/oder parallel zur Bewegungsrichtung kann eine Verkleinerung der Querschnittsfläche mit einer Vergrößerung des Gesamtdurchmessers verbunden sein. Insbesondere können entsprechende dreidimensionale Strukturen für die Entkopplungsstruktur so ausgelegt sein, dass eine vergleichsweise geringe Materialermüdung erreicht wird, und so im Betrieb bei fortgesetzter biegeelastischer Beanspruchung der Entkopplungsstruktur eine vergleichsweise hohe Standzeit für die Entkopplungsstruktur erreicht werden kann.
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In Ausgestaltungen kann die Entkopplungsstruktur zumindest ein, insbesondere elasto-mechanisch ausgebildetes, biegeelastisches, Entkopplungselement umfassen, welches derart ausgebildet und eingerichtet sein kann, dass der Linearläufer bezüglich längs und/oder quer zur Längsachse des Linearläufers während einer Schmiedebewegung auftretenden Sekundärbewegungen des Bären, z.B. Schwingungen, Verschiebungen, Verformungen und/oder Verkippungen, zumindest weitgehend, entkoppelt ist.
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Das biegeelastische Entkopplungselement kann insbesondere so ausgebildet sein, dass über den Verlauf des Entkopplungselements parallel zur Bewegungsrichtung des Linearläufers die erwähnte Variation im Durchmesser und/oder im Flächeninhalt der Querschnittsflächen erreicht wird, bzw. umgesetzt ist.
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Die Entkopplungsstruktur kann einstückig mit dem Linearläufer ausgebildet sein, wobei diese z.B. endseitig an einer Kolbenstange oder kolbenartigen Stange oder Struktur ausgebildet sein kann. Möglich ist es auch, dass die Entkopplungsstruktur als separates Konstruktionselement ausgebildet ist, und form-, stoff-, und/oder kraftschlüssig, mit dem Linearläufer und/oder einem Kolben desselben, verbunden ist.
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Mit einem oder auch mehreren entsprechenden Entkopplungselementen kann beispielswiese erreicht werden, dass längs und/oder quer zur Längsbewegungsrichtung des Linearläufers ggf. auftretenden Sekundärbewegungen entgegengewirkt werden kann, so dass, beispielweise durch zumindest teilweise Schwingungsentkopplung von Linearläufer und Bär, während des Betriebs eine vorteilhafte Geometrie des Luftspalts zwischen Linearläufer und Stator erreicht bzw. aufrecht erhalten werden kann. Ferner ist es durch ein oder mehrere Entkopplungselemente möglich, die mechanische Belastung, insbesondere Schwingungsbelastung, des Linearläufers beim Betrieb des Schmiedehammers zumindest zu verringern, beispielsweise zumindest teilweise zu tilgen, insbesondere derart, dass eine Beschädigung des Linearläufers und ggf. daran bzw. darin angebrachter Permanentmagnete vermieden werden kann.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass der Schmiedehammer des Weiteren eine zwischen Stator des Linearantriebs und Bär, insbesondere mit der zentralen Achse des Linearantriebs fluchtend, ausgebildete erste Linearführung, oder Linearlagerung, umfasst, in welcher der Linearläufer in Längsrichtung geführt und gelagert ist.
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Bei der ersten Linearführung kann es sich beispielsweise um ein Lager, wie beispielsweise ein Wälz- oder Gleitlager, insbesondere um eine Gleit- oder Führungsbuchse, handeln, durch welches der Linearläufer in Axialrichtung bewegbar gelagert, und quer zur Axialrichtung, insbesondere spielfrei oder weitgehend spielfrei, abgestützt sein kann.
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Durch Vorsehen einer solchen ersten Linearführung kann in Zusammenwirkung mit der Entkopplungsstruktur insbesondere eine Stabilisierung des axialen Laufs des Linearläufers, insbesondere der axialen Position des Linearläufers im Stator, erreicht werden. Beispielsweise kann, unterstützend zur Entkopplungsstruktur, quer zur Axialrichtung auftretenden Auslenkungen, die beim Betrieb des Schmiedehammers etwa durch Sekundärbewegungen des Bären am Linearläufer auftreten können, zumindest entgegengewirkt werden. Durch die Lage- und Laufstabilisierung des Linearläufers kann auch erreicht werden, dass die Geometrie, Form und/oder Breite des zwischen Linearläufer und Stator gebildeten Luftspalts während des Schmiedebetriebs stabilisiert ist, und durch Schmiedevorgänge hervorgerufene Variationen der Luftspaltgeometrie zumindest unterdrückt bzw. zumindest weitgehend vermieden werden können. Dies führt insbesondere zu verbesserten Antriebseigenschaften des Linearantriebs und damit, zumindest mittelbar, zu verbesserten Schmiedeergebnissen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Schmiedehammer des Weiteren an einer vom Bären abgewandten Seite des Linearantriebs eine zweite Linearführung umfasst, in welcher bzw. durch welche der Linearläufer in Längsrichtung geführt ist, und insbesondere quer zur Längsrichtung abgestützt ist.
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Die zweite Linearführung kann beispielswiese als Führungsbuchse, Lager oder ähnliches ausgebildet sein, und kann insbesondere mit oder an einem Gehäuse oder einer Tragstruktur und/oder dem Stator verbunden oder daran befestigt sein. Die zweite Linearführung kann beispielsweise als eine Art, insbesondere einseitig geschlossene, Buchse oder Hülse ausgebildet sein, in welcher ein korrespondierender Teil oder Abschnitt des Linearläufers beim Betrieb des Schmiedehammers geführt sein kann. In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass eine in axialer Richtung, d.h. parallel zur Bewegungsrichtung des Linearläufers, gemessene Länge der Buchse oder Hülse mindestens so groß ist wie der 1-fache Durchmesser des Linearläufers.
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Mittels der zweiten Linearführung kann erreicht werden, dass der Linearläufer einerseits in Axialrichtung bewegbar gelagert ist, und dass der Linearläufer andererseits quer zur Axialrichtung, insbesondere spielfrei oder weitgehend spielfrei, abgestützt oder gehaltert ist.
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Ein besonders stabiler Lauf des Linearläufers kann erreicht werden, wenn der elektrische Linearantrieb sowohl die erste als auch die zweite Linearführung aufweist. Mit anderen Worten ist es insbesondere von Vorteil, wenn der Linearläufer axial beiderseits des Stators gelagert ist, einerseits in der dem Bären zugewandten ersten Linearführung und andererseits in der vom Bären abgewandten zweiten Linearführung.
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Insbesondere können der Linearläufer, die erste und zweite Linearführung derart ausgebildet und relativ zueinander ausgebildet sein, dass über einen gesamten Linearbewegungszyklus hinweg der Linearläufer stets sowohl in der ersten als auch zweiten Linearführung geführt und abgestützt ist. Der Linearläufer, die erste und zweite Linearführung können derart ausgebildet sein, dass dem Bären im montierten Zustand zugewandter erster axialer Endbereich des Linearläufers stets in der ersten Linearführung, und ein vom Bären im montierten Zustand abgewandter zweiter axialer Endbereich stets in der zweiten Linearführung geführt sind.
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Insbesondere durch zusammenwirken der ersten und zweiten Linearführung kann erreicht werden, das Linearläufer und Stator zumindest über den jeweiligen Überlappungsbereich von Linearläufer und Stator zueinander fluchtend, im Falle eines zylinderförmigen Linearmotors konzentrisch, d.h. axial fluchtend zueinander angeordnet sind. So kann erreicht werden, dass Variationen des Luftspalts weitgehend vermieden werden.
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Durch Verwendung der ersten und zweiten Linearführung kann ein Linearantrieb mit einem Linearmotor umgesetzt werden, bei welchem der Linearläufer in einem zentralen Läuferraum, z.B. in Form einer Durchgangsbohrung oder Durchgangsöffnung, eines Stators mit hohlzylindrischer Geometrie geführt ist, wobei die erste und zweite Linearführung an einander abgewandten axialen Stirnseiten oder Stirnenden des Stators angeordnet sind, so dass Führungselemente, beispielsweise Führungsbuchsen, der ersten und zweiten Linearführung axial fluchtend mit dem Läuferraum ausgerichtet sind.
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Insbesondere bei Ausgestaltungen mit zylinderförmiger Geometrie von Stator und Linearläufer kann die zwischen Linearläufer und Stator gemessene Breite des Luftspalts kann beispielsweise 2 mm betragen.
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in Ausgestaltungen können die erste und/oder zweite Linearführung in oder an einer Stütz- oder Tragstruktur für einen Linearmotors des elektrischen Linearantriebs vorhanden oder ausgebildet sein. Insbesondere kann die erste und/oder zweite Linearführung an oder in einer Gehäusestruktur für einen elektrischen Linearmotor des elektrischen Linearantriebs vorhanden oder ausgebildet sein. Stütz- oder Tragstruktur können beispielsweise Bestandteile der Gehäusestruktur sein.
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Die Gehäusestruktur kann, z.B. als tragendes Element, beispielsweise einen Gehäuseboden aufweisen, auf dem der Stator des Linearmotors gehaltert, insbesondere festgelegt und abgestützt, sein kann. Die erste Linearführung kann in oder an dem Gehäuseboden ausgebildet sein, wobei die erste Linearführung zumindest teilweise in einer Durchgangsöffnung des Gehäusebodens angebracht und festgelegt sein kann, wobei die Durchgangsöffnung, insbesondere Durchgangsbohrung, derart ausgebildet sein kann, dass sie axial fluchtend mit dem Läuferraum ausgebildet ist, und der Linearläufer während des Betriebs darin entsprechend der jeweiligen Linearbewegung bewegt werden kann. Die erste Linearführung, beispielsweise eine Gleitlagerstruktur, kann z.B. umlaufend entlang der Durchgangsöffnung verlaufend angeordnet sein, so dass die Gleitlagerstruktur eine zur Durchgangsöffnung konzentrische Durchlauföffnung für den Linearläufer ausbildet.
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An einer von der ersten Linearführung abgewandten Stirnseite, insbesondere an einer vom Gehäuseboden abgewandten Stirnseite, des Gehäuses oder des Stators kann die zweite Linearführung ausgebildet sein. Die zweite Linearführung kann einen, insbesondere mit einer, beispielsweise extern ausgebildeten, Stützstruktur versehenen, Führungszylinder umfassen. Der Führungszylinder kann auf einer Stütz- oder Führungsplatte angebracht sein, wobei zur mechanischen Stabilisierung die Führungsplatte und den Führungszylinder verbindende Stützrippen vorhanden sein können.
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Vom Gehäuseboden können sich an lateral gegenüberliegenden Seiten des Stators, und parallel zur Längsrichtung des Linearmotors verlaufende Stützwände erstrecken, an welchen der Führungszylinder, insbesondere die Führungsplatte, befestigt sein kann. Stützwände und Gehäuseboden können durch eine oder mehrere Stützrippen gegeneinander versteift sein, insbesondere derart, dass eine Verformung des Gehäuses, insbesondere auf Grund von Torsions-, Scher- und/oder Längsschwingungen, während des Betriebs des Schmiedehammers zumindest weitgehend vermieden werden können.
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Das Gehäuse kann in Ausgestaltungen einen am Gehäuseboden und/oder an den seitlichen Stützwänden befestigten Gehäusemantel umfassen, welcher dazu ausgebildet ist, im montierten Zustand zumindest den Stator des Linearmotors zu umgeben. Der Gehäusemantel kann ein oder mehrere mit einander verbundene Gehäusemantelelemente umfassen, welche jeweils einen Abschnitt des Stators des Linearmotors schützend umgeben. Vorzugsweise sind die Gehäusemantelelemente, beispielsweise über zueinander korrespondierend angeordnete und an aneinandergrenzenden Gehäusemantelelementen ausgebildete Flansche, lösbar miteinander verbunden. Die Gehäusemantelelemente können
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miteinander und mit dem Gehäuseboden und/oder den Stützwänden verbindbar ausgebildete Zylinder, Zylinderschalen oder Zylinderteilschalen, beispielsweise Zylinderhalbschalen, umfassen. Ein entsprechend modularer Aufbau des Gehäuses bietet insbesondere Vorteile im Hinblick auf etwa durchzuführende Wartungsarbeiten.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse, insbesondere der Gehäuseboden, an einer dem Bären zugewandten Seite einen oder mehrere Anschlagpuffer umfasst, welche derart ausgebildet sind, dass im Falle einer, insbesondere außergewöhnlichen, Kollision zwischen Bär und Gehäuse die durch die Kollision hervorgerufenen mechanische Belastung für den Linearmotor zumindest abgeschwächt bzw. abgepuffert werden kann.
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Das Gehäuse als solches kann in Ausgestaltungen, mit dem im und am Gehäuse befestigten Linearmotor auf einem Untergestell des Schmiedehammers angebracht sein. Das Untergestell kann zwischen dem Untergestell und dem Gehäuse kann eine zur Linearführung des Bären ausgebildete und eingerichtete Bär-Führung aufweisen, die an oder im Untergestell ausgebildet und/oder damit mechanisch verbunden ist. Die Bär-Führung ist vorteilhafter Weise derart mit dem Untergestell verbunden, und der Linearmotor und das Gehäuse sind bevorzugt derart mit dem Untergestell verbunden, dass der Linearmotor im Hinblick auf die über das Untergestell zwischen Linearantrieb und Bär und Bär-Führung bestehende mechanische Verbindung zumindest weitgehend mechanisch entkoppelt ist. Dazu können beispielsweise zwischen Untergestell und Linearantrieb zwischengeschaltete Tilger- oder Dämpfungselemente oder - strukturen vorgesehen sein.
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Insbesondere ist es mit dem hierin vorgeschlagenen Aufbau möglich, zwischen Linearantrieb und Bär bestehende, direkte und/oder indirekte mechanische Verbindungen gegenüber der Übertragung von Stößen und/oder Schwingungen zu entkoppeln. Auf diese Weise kann insbesondere erreicht werden, dass der Linearmotor beim Schmiedebetrieb vergleichsweise geringen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, wodurch einerseits die Materialbeanspruchung von Komponenten des Linearmotors durch mechanische Entkopplung verringert werden kann, und andererseits ein zuverlässiger Betrieb des Linearmotors dadurch sichergestellt werden kann, dass Variationen des zwischen Stator und Linearläufer ausgebildeten Luftspalts auf Grund der mechanischen Entkopplung während des Betriebs zumindest weitgehend vermieden werden können.
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Nach einer Ausgestaltung kann/können der Linearläufer, zumindest im Anschlussbereich zur Entkopplungsstruktur, und/oder die Entkopplungsstruktur als solche eine kolbenartige, insbesondere kolbenstangenartige, Zylinderstruktur aufweisen.
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Die Entkopplungsstruktur kann derart ausgelegt sein, dass die Biegefestigkeit in Bezug zu unmittelbar daran angrenzende oder damit verbundenen Bauteilen oder Elementen des Schmiedehammers verringert ist, insbesondere um einen Faktor kleiner ist als die Biegefestigkeit der angrenzenden Bauteile und/oder Elemente.
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Insbesondere in Ausgestaltungen mit zylinderartig oder kolbenartig ausgebildetem Linearläufer, beispielsweise in Form einer Kolbenstange, kann vorgesehen sein, dass eine in Bewegungsrichtung des Linearläufers gemessene axiale Länge der ersten und/oder zweiten Linearführung, insbesondere von Führungsflächen der ersten und/oder zweiten Linearführung, mindestens so groß ist wie die 1-fache Durchmesser des Linearläufers, insbesondere im jeweils mit der ersten oder zweiten Linearführung wechselwirkenden Bereich. Kurz gefasst, kann in entsprechenden Ausgestaltungen die axiale Länge der ersten und/oder zweiten Linearführung mindestens das 1-fache des Durchmessers des korrespondierenden Abschnitts des Linearläufers, betragen.
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in Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis von Durchmesser der Zylinderstruktur zur Länge der zwischen Linearläufer und Bär ausgebildeten Entkopplungsstruktur im Bereich zwischen 1/5 bis 1/2 liegt. Durch entsprechende bzw. geeignete Einstellung von Länge und/oder Durchmesser der zwischen Linearläufer und Bären ausgebildeten Zylinderstruktur kann insbesondere die Biegesteifigkeit, oder alternativ die Biegeelastizität verändert und gezielt eingestellt werden.
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Nach Patentanspruch 1 ist vorgesehen, dass der Linearläufer an dem dem Bären zugewandten Ende einen Kolbenstangenfortsatz mit einem Kolbenabschnitt und mit einer am distalen Ende des Kolbenstangenfortsatzes ausgebildeten Befestigungsstruktur zur Befestigung des Bären umfasst, wobei die Entkopplungsstruktur zwischen dem Kolbenabschnitt und der Befestigungsstruktur ausgebildet ist. Mithin ist die Entkopplungsstruktur zwischen Linearläufer bzw. einem an den Linearläufer anschließenden Ausläufer und einer zur Befestigung des Bären am Linearläufer ausgebildeten Befestigungsstruktur ausgebildet.
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Die Befestigungsstruktur kann beispielsweise als form- oder reibschlüssig mit dem Bären verbindbares, insbesondere in Axialrichtung in den Bären eingreifendes, Keil- oder Kegelsegment ausgebildet sein. Insbesondere bei entsprechenden Keil- oder Kegelsegmentverbindungen kann durch Bereitstellung der Entkopplungsstruktur eine vergleichsweise robuste und zuverlässige Verbindung zwischen Bär und Linearläufer erreicht werden.
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In Ausgestaltungen, insbesondere nach Patentanspruch 10 kann ein Schmiedehammer vorgesehen sein, welcher beispielsweise entsprechend der oben unten beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet ist, und welcher einen bzw. den elektrischen Linearantrieb mit einem bzw. dem Linearläufer umfasst. Der Linearläufer kann einen aus mehreren, in Axialrichtung hintereinander angeordneten Permanentmagneten ausgebildeten, und sich in Axialrichtung erstreckenden Magnetabschnitt umfassen.
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An den Magnetabschnitt kann sich in dessen Verlängerung an einem axialen Ende des Linearläufers beispielsweise ein zylinderförmiger Ausläufer anschlie-ßen, an, oder in welchem beispielsweise die, oder eine wie hierin beschriebene Entkopplungsstruktur und/oder die oder eine wie hierin beschriebene, zur Befestigung am Bären ausgebildete Befestigungsstruktur ausgebildet sein kann/können.
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Die Permanentmagnete des Magnetabschnitts können in Ausgestaltungen beispielsweise als Magnetringscheiben ausgebildet und axial fluchtend hintereinander angeordnet sein. In dieser Anordnung kann ein zylinderförmiger Magnetabschnitt erreicht werden, der beispielsweise in einem zylindrischen Läuferraum eines Stators mit hohlzylindrischer Geometrie geführt werden kann.
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In Ausgestaltungen mit einem zumindest teilweise aus Magnetringscheiben zusammengesetzten Magnetabschnitt kann der Linearläufer eine zentrale Kolbenstange aufweisen, welche mittige Durchgangslöcher der Magnetringscheiben durchgreift. Mit anderen Worten können die Magnetringscheiben auf eine Kolbenstange aufgesteckt oder aufgefädelt sein, so dass die Kolbenstange die Durchgangslöcher durchgreift und die Magnetringscheiben axial fluchtend zueinander angeordnet sind. Kolbenstange und Magnetringscheiben können sozusagen als zylinderförmige Magnetisierungsstruktur für den Linearläufer angesehen werden.
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Anhand der Kolbenstange können die Magnetringscheiben in und quer zur Längsrichtung ausgerichtet am Linearläufer festgelegt werden bzw. sein. Entsprechend können in Ausgestaltungen beiderseits, beispielsweise endseitig, des Magnetabschnitts vorhandene bzw. angebrachte Befestigungselemente, beispielsweise Spannmuttern, vorgesehen sein. Die Befestigungselemente und die Kolbenstange können beispielsweise so ausgelegt sein, dass Permanentmagnete und Kolbenstange durch die Befestigungselemente miteinander verspannt werden können, beispielsweise zum Zwecke der Verbesserung der mechanischen Stabilität.
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In weiteren Ausgestaltungen können die Permanentmagnete im Magnetabschnitt derart vorgesehen und angeordnet sein, bzw. eine Konfiguration aufweisen, nach der die Permanentmagnete in Axialrichtung aufeinanderfolgend abwechselnd radial und axial magnetisiert sind. Eine solche Magnetisierungsstruktur mit abwechselnd aufeinanderfolgender Radialmagnetisierung und Axialmagnetisierung hat sich im Hinblick auf Verwendung bei einem Schmiedehammer, insbesondere unter Verwendung eines Stators mit hohlzylindrischer Geometrie, als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Zwischen axial aufeinanderfolgenden Permanentmagneten können in Ausgestaltungen Schichtbleche, insbesondere schälbare Schichtbleche, angeordnet sein. Solche Schichtbleche, beispielsweise in Form von Edelstahlschichtblechen, können beispielsweise zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen der Permanentmagnete und/oder zur Einstellung einer jeweiligen Magnetisierungsstruktur zwischengeschaltet sein.
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Insbesondere durch den vorgeschlagenen Aufbau des Magnetabschnitts, beispielsweise umfassend durch zwischengeschaltete Schichtbleche miteinander auf einer Kolbenstange verspannte Permanentmagnete mit insbesondere ringförmiger Geometrie, kann ein für Schmiedehämmer geeigneter Linearläufer umgesetzt werden.
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Als Material für die Permanentmagneten wird gemäß Ausgestaltungen bevorzugt ein Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) Werkstoff verwendet. Insbesondere solche Werkstoffe haben sich für die bei Schmiedehämmern erforderlichen Beschleunigungen und Kraftwirkungen als vorteilhaft erwiesen. Die Permanentmagneten können jedoch auch aus anderen Materialen hergestellt sein, und, insbesondere, können die Permanentmagnete als Sinterkörper ausgebildet sein.
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In weiteren Ausgestaltungen kann der Linearläufer in einem an den Magnetabschnitt benachbarten, bevorzugt unmittelbar anschließenden, Bereich zumindest eine Führungshülse umfassen. Vorzugsweise bildet eine Außenfläche der Führungshülse eine Lagerfläche, anhand derer der Linearläufer in der ersten oder zweiten Linearführung in Längsrichtung bewegbar gelagert werden kann. Die Führungshülse kann dabei so ausgestaltet sein, dass diese zur Abstützung bzw. Lagerung des Linearläufers mit einer Außenfläche an einer Innenfläche der Linearführung anliegen bzw. gleitend gelagert werden kann.
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Zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften der Führungshülse kann diese gemäß weiterer Ausgestaltungen einen oder mehrere Gleitführungsringe aufweisen. Bevorzugt ist der Außendurchmesser der Gleitführungsringe so gewählt, dass diese in einer als Führungsbuchse ausgebildeten Linearführung, beispielsweise der zweiten Linearführung, gleitend aufgenommen werden kann.
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in Ausgestaltungen kann die Führungshülse so ausgebildet sein, dass lediglich die Führungshülse in Kontakt mit einer korrespondierenden Führungsfläche ist, so dass die Führungshülse insoweit als ein Teil eines Linearlagers für den Linearläufer angesehen werden kann.
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An einem von der Führungshülse entgegengesetzten Ende des Magnetabschnitts kann gemäß Ausgestaltungen eine Anschlaghülse vorgesehen sein, welche insbesondere dazu ausgebildet sein kann, mit einem an der ersten Linearführung vorhandenen Anschlag zu wechselwirken, um beispielsweise den möglichen Bewegungsfreiraum des Linearläufers in Längsrichtung zu beschränken.
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Insbesondere kann der Linearläufer derart ausgebildet sein, dass dieser an zwei voneinander in Längsrichtung beabstandeten Bereichen, vorzugsweise unmittelbar benachbart zu längsseitigen Enden des Magnetabschnitts, gelagert ist bzw. gelagert werden kann.
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In Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass eine Außenfläche zumindest des Magnetabschnitts mit einer Beschichtung versehen ist, um zumindest die Permanentmagnete vor externen Einflüssen, wie Schmutz, Staub, Feuchtigkeit usw. zu schützen. Als Material für die Beschichtung kann ein Harz, insbesondere Epoxidharz, oder ein ein Harz umfassendes Material verwendet werden.
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Wie bereits an anderer Stelle erwähnt, kann der Linearantrieb als zylinderförmiger, d.h. tubularer, Linearmotor ausgebildet sein. Insbesondere bei solchen Ausgestaltungen kann der Linearläufer, zumindest jedoch der Magnetabschnitt bzw. der magnetisierte Teil des Linearläufers, eine Zylinderform mit bevorzugt etwa kreisförmigem Querschnitt aufweisen. Entsprechend kann der Stator mit einem zylinderförmigen zentralen Durchgang ausgebildet sein.
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In Ausgestaltungen kann der Linearmotor als Permanentmagnet erregter Synchron-Linearmotor ausgebildet sein. Mit entsprechenden Schmiedehammern lassen sich Schmiedevorgänge vergleichsweise exakt und präzise steuern.
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Ein Verfahr- bzw. Hubweg des Linearläufers kann beispielsweise zwischen 700mm und 800mm, insbesondere bei etwa 750mm liegen. Jedoch eignet sich die hierin vorgeschlagene Erfindung auch für andere Hubwege, insbesondere größere oder aber auch kleinere Hubwege des Linearläufers.
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In Ausgestaltungen kann ein Linearmotor des Linearantriebs parallel zur Bewegungsrichtung des Linearläufers einen modularen Aufbau aufweisen. Beispielsweise kann der Linearläufer eine vorgegebene, jedoch variable Anzahl an hintereinander angeordneten Permanentmagneten aufweisen. Der Stator kann beispielsweise parallel zur Bewegungsrichtung hintereinandergeschaltet eine jeweils vorgegebene, jedoch variierbare Anzahl an Magnetspulen, beispielsweise umfassend jeweils einen Spulenträger und eine korrespondierende Spulenwicklung, aufweisen. Das Gehäuse kann beispielsweise ein der mehrere hintereinander geschaltete Gehäusesegmente aufweisen. Mit dem modularen Aufbau ist es möglich, den Linearmotor entsprechend der jeweiligen Anforderungen und Randbedingungen flexibel anzupassen.
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In Ausgestaltungen kann der Linearmotor ein das Gehäuse mit einem, insbesondere modular aufgebauten ein- oder mehrteiligen Gehäusemantel aufweisen, der auf einem Gehäuseboden oder einer Bodenplatte abgestützt ist. Zur mechanischen Verstärkung können zwischen Bodenplatte und Gehäusemantel Verstärkungselemente, insbesondere Verstärkungsrippen, vorhanden sein..
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Die Bodenplatte kann in Ausgestaltungen eine Befestigungsschnittstelle aufweisen, anhand derer der Linearmotor an einem Traggestell des Linearhammers angebracht werden kann. Die Bodenplatte kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass, z.B. an deren Unterseite, unterschiedliche Befestigungsschnittstellen umgesetzt werden können, so dass es möglich ist, einen jeweiligen Linearmotor an unterschiedlichen Linearhämmern zu montieren.
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In Ausgestaltungen kann das Gehäuse, insbesondere die Bodenplatte oder der Gehäuseboden, einem oder dem Traggestell des Linearhammers kraftschlüssig verbunden sein. Beispielsweise können etwa an jeweiligen Ecken der Bodenplatte vorgesehene, Schraubverbindungen zur Befestigung verwendet werden.
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Eine entsprechende Schraubverbindung kann in Ausgestaltungen beispielsweise zwischen Schraubelementen, etwa Schraubenkopf und/oder Schraubenmutter, ein Dämpfungselement und/oder dämpfendes Lagerelement, beispielsweise ein Metallgummilager umfassen.
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In Ausgestaltungen kann die Bodenplatte oder der Gehäuseboden mittels zwischengeschalteten Dämpfungs- oder Tilgerleisten am Hammergestell gelagert und befestigt sein.
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Insbesondere Dämpfungselemente und/oder Dämpfungsleisten und weitere Dämpfungs- oder Tilgerbauteile, die zwischen Linearmotor und Hammergestell vorhanden sind, tragen zur Entkopplung des Linearmotors vom Hammergestell bei, so dass mechanische Schläge, Schwingungen und dgl. die bei Schmiedevorgängen auftreten, zumindest abgeschwächt werden können, so dass eine unmittelbare Beaufschlagung des Linearmotors mit auftretenden mechanischen Kräften zumindest verringert werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der anhängenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Schmiedehammers;
- 2 eine Schnittdarstellung des Schmiedehammers;
- 3 ein Detail des Schmiedehammers nach 2;
- 4 ein weiteres Detail des Schmiedehammers nach 2,
- 5 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Abschnitts eines Linearläufers;
- 6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Schmiedehammers; und
- 7 eine Schnittdarstellung des Schmiedehammers der weiteren Ausführungsform.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schmiedehammers 1, mit einem Hammergestell 2 mit zwei seitlichen Ständern 3 zur Stützung eines Querhaupts 4.
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Ein wie in 1 gezeigter Schmiedehammer 1 kann einen unteren Einsatz 5 umfassen, welcher mittels eines Einsatzkeils 6 im Hammergestell 2 befestigt sein kann, und eine Aufnahme 7 für ein unteres Hammergesenk 8 aufweisen, welches in der eine Schnittdarstellung des Schmiedehammers 1 zeigenden 2 zu sehen ist.
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Der Schmiedehammer 1 umfasst des Weiteren einem am oberen Querhaupt 4 befestigten und abgestützten, tubularen Solenoid-Linearmotor 9, insbesondere einen solenoid-permaneterregten Synchron-Linearmotor.
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Der als elektrischer Lineartrieb ausgebildete Solenoid-Linearmotor 9 umfasst einen Stator 10 und einen darin in Längsrichtung geführten Linearläufer 11 (siehe 2).
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Der Linearläufer 11 ist mit einem Bären 12 gekoppelt, welcher wiederum in zwei, an den Ständern 3 ausgebildeten Bär-Führungen 13 geführt ist, so dass der Bär 12 durch den elektrischen Linearmotor 9 auf- und abbewegt werden kann.
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Der Solenoid-Linearmotor 9 ist in einem Gehäuse 32 aufgenommen. Das Gehäuse 32 weist einen modularen Aufbau auf, und umfasst in dem in den Figuren gezeigten Beispiel einen Gehäuseboden 33 mit einem daran befestigten und festgelegten zylinderförmigen ersten Gehäusemantel 34. Der erste Gehäusemantel 34 ist mit dem Gehäuseboden 33, beispielsweise stoffschlüssig, verbunden, und mittels ersten Stützrippen 35, bzw. Stützwinkel, gegenüber dem Gehäuseboden 33 mechanisch versteift.
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Das Gehäuse 32 umfasst des Weiteren einen zylinderförmigen zweiten Gehäusemantel 36, der über eine lösbare Flanschverbindung 37 mit dem ersten Gehäusemantel 34, im vorliegenden Beispiel kraftschlüssig, verbunden ist.
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An der vom ersten Gehäusemantel 34 abgewandten Seite des zweiten Gehäusemantels ist eine weiter unten näher beschriebene Linearlagerung 38 befestigt, welche eine Grundplatte 39 und eine an der Grundplatte 39, insbesondere stoffschlüssig, befestigte zylindrische Führungsbuchse 15 umfasst. Die Führungsbuchse 15 und Grundplatte 39 sind mittels daran angebrachter zweiten Stützrippen 40, bzw. Stützwinkel, mechanisch gegeneinander versteift.
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Durch einen mechanisch vergleichsweise stabilen Aufbau des Gehäuses 32 kann einerseits ein Schutz elektronischer Komponenten des Solenoid-Linearmotors 9 vor mechanischen Einwirkungen erreicht werden. Andererseits kann durch den modularen Aufbau erreicht werden, dass im Gehäuse aufgenommene Komponenten, beispielsweise bei ggf. erforderlichen Wartungsarbeiten, vergleichsweise einfach zugänglich sind.
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Der Solenoid-Linearmotor 9 ist anhand des Gehäusebodens 33 des Gehäuses 32 mit dem Untergestell des Schmiedehammers 1, sprich den Ständern 3 verbunden. Konkret ist der Gehäuseboden 33 mit T-förmig ausgebildeten Ständerköpfen der Ständer 3 verschraubt. Zwischen Gehäuseboden 33 und Ständerköpfen können Positionierelemente und/oder Dämpfer oder Tilgerelemente vorhanden sein. Die Dämpfer oder Tilgerelemente können ausgelegt sein, eine
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Übertragung von mechanischen Stößen und/oder Schwingungen vom Untergestell auf das Gehäuse 32 zumindest zu dämpfen.
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Wie in 2 gezeigt ist, trägt der Bär 12 ein daran festgelegtes, zum unteren Hammergesenk 8 korrespondierendes oberes Hammergesenk 14.
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Im Betrieb des Schmiedehammers 1 wird der Bär 12 durch entsprechenden Antrieb des Linearläufers 11 durch den Solenoid-Linearmotor 9 auf- und abbewegt, wobei in unteren Fußpunkten des Bären 12 jeweilige Schmiedeoperationen an einem (nicht gezeigten) Werkstück ausgeführt werden können.
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Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, ist der Linearläufer 11 kolbenstangenartig ausgebildet, und weist eine parallel zur Längsachse L gemessene Länge auf, die größer ist als die parallel zur Längsachse gemessene Länge des Stators 10.
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An einem oberen Ende, d.h. an einem vom Bären 12 abgewandten Ende weist der Solenoid-Linearmotor 9 wie bereits beschrieben die Führungsbuchse 15 auf, welche in der Detaildarstellung der 3 genauer gezeigt ist.
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Die Führungsbuchse 15 ist fluchtend und in Verlängerung der Laufachse bzw. Führungsachse L des Solenoid-Linearmotors 9 angeordnet und so ausgebildet, dass der Linearläufer 11 in Längsrichtung geführt und quer zur Längsrichtung abgestützt ist.
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An einem vom oberen Ende abgewandten unteren Ende des Solenoid-Linearmotors 9 ist ein Stützlager 16 vorhanden, welches in der Darstellung der 4, welche einen vergrößerten Ausschnitt der 2 zeigt, genauer zu sehen ist.
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Das Stützlager 16 ist fluchtend mit der Längsachse L und fluchtend zur oberen Führungsbuchse 15 angeordnet, und derart ausgebildet und eingerichtet, dass der Linearläufer 11 darin in Längsrichtung geführt, und quer zur Längsrichtung abgestützt ist.
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Der Linearläufer 11 weist an dem dem Bären 12 zugewandten Ende einen Kolbenstangenfortsatz 17 auf, der sich in zurückgezogener Position des Linearläufers 11, wie in 2 und 4 gezeigt, zwischen dem Stützlager 16 und dem Bären 12 erstreckt.
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Der Kolbenstangenfortsatz 17 umfasst einen Kolbenabschnitt 18, eine am distalen Ende vorgesehene Befestigungsstruktur 19 und eine zwischen dem Kolbenabschnitt 18 und der Befestigungsstruktur befindliche Entkopplungsstruktur 20.
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Die Befestigungsstruktur 19 ist in Form eines Keils oder konisch verjüngten Abschnitts ausgebildet, und mittels einer Haltebuchse 21 in einer korrespondierenden Ausnehmung bzw. einem Durchgangs- oder Sackloch des Bären 12 formschlüssig, insbesondere reibschlüssig, mit dem Bären 12 verbunden.
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Die Entkopplungsstruktur 20 umfasst einen zwischen dem Kolbenfortsatz und der Befestigungsstruktur 19 angeordneten biegeelastischen Entkopplungsabschnitt 22. Der Entkopplungsabschnitt 22 weist eine gegenüber den benachbarten Komponenten und Materialien erhöhte Biegeelastizität auf.
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Die gegenüber den benachbarten oder unmittelbar angrenzenden Komponenten oder Materialien erhöhte Biegeelastizität, bzw. verringerte Biegesteifigkeit, kann beispielsweise bewirkt sein durch eine oder mehrere im Bereich der Entkopplungsstruktur ausgebildete Verjüngungen, beispielsweise mit bezüglich der Längsachse L konkaver Struktur, durch Verwenden bzw. Vorsehen eines entsprechend biegeelastischen Materials, durch Einschnitte, Ausnehmungen, Durchbrüche usw..
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Insbesondere kann ein Verhältnis zwischen Durchmesser des Linearläufers 11 oder eines Kolbens des Linearläufers zum Durchmesser der Entkopplungsstruktur 20, jeweils gemessen quer zur Bewegungsrichtung des Linearläufers 11 im Bereich von etwa 0,95 liegen. Möglich sind insbesondere auch Verhältnisse im Bereich von 0,80 bis 0,97, oder aber 0,85 bis 0,95, mit welchen für Schmiedevorgänge vergleichsweise vorteilhafte Elastizitätseigenschaften erreicht werden können.
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Beim Betrieb des Schmiedehammers 1 wirken bei Schmiedevorgängen, bei welchen der Bär 12 zur Bearbeitung eines Werkstücks auf- und abbewegt wird, und bei welchen in einem unteren Umkehrpunkt eine Umformung des Werkstück erfolgt oder erfolgen kann, die Führungsbuchse 15, das Stützlager 16 und die Entkopplungsstruktur 20 derart zusammen, dass Linearläufer 11 und Bär 12 bezüglich Relativbewegungen des Bären 12 gegenüber dem Linearläufer 11 entkoppelt sind, und der Linearläufer 11 im Stator 10 ordnungsgemäß geführt ist. Mit anderen Worten können durch Zusammenwirken der Führungsbuchse 15, des Stützlagers 16 und der Entkopplungsstruktur 20, insbesondere des Entkopplungsabschnitts 22, und ggf. zwischen Hammergestell 2 und Gehäuse 32 vorhandener Dämpfer und/oder Tilgerelemente, Sekundärbewegungen des Bären 12 ausgeglichen oder abgefangen werden, um so eine Übertragung auf den Linearläufer 11, zumindest weitgehend, zu vermeiden.
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Genauer bewirkt die Entkopplungsstruktur 20, insbesondere der Entkopplungsabschnitt 22 und/oder Entkopplungsabschnitt 22 und Kolbenabschnitt 18, dass während eines Schmiedevorgangs auftrete Sekundärbewegungen des Bären 12 beispielsweise in Form von Verkippungen bezüglich der Längsachse, Verschiebungen oder Schwingungen quer zur Längsachse o.ä., nicht, bzw. nicht im vollem Umfang auf den Linearläufer 11 übertragen werden.
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Stützlager 16 und Führungsbuchse 15 wirken im Hinblick auf die Position und den Lauf des Linearläufers 11 im Stator 10, und einen zwischen Linearläufer 11 und Stator 10 im Inneren des Linearmotors 9 ausgebildeten Luftspalt stabilisierend, und tragen insbesondere dazu bei, dass eine Übertragung von Sekundärbewegungen des Bären 12 auf den Linearläufer 11 vermieden werden kann.
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Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen, d.h. insbesondere der Bereitstellung der Entkopplungsstruktur 20, des unteren Stützlagers 16 und der oberen Führungsbuchse 15 kann erreicht werden, dass der Linearläufer 11 im Stator 10 optimal geführt ist. Insbesondere kann durch die Stabilisierung des Linearläufers 11 und dessen mechanische Entkopplung vom Bären 12 vermieden werden, dass die Geometrie des zwischen Linearläufer 11 und Stator 10 im inneren des Solenoid-Linearmotors 9 ausgebildeten Luftspalts durch Schmiedebewegungen beeinflusst, insbesondere variiert wird. Veränderungen des Luftspalts beim Betrieb des Linearmotors wirken sich nachteilig auf den Betrieb des Solenoid-Linearmotors 9 aus, was wiederum zu Beeinträchtigungen im Schmiedeergebnis und/oder zu verringerter Energieeffizienz führen kann. Mit anderen Worten kann insbesondere durch die Entkopplungsstruktur 20, sowie durch die kombinierte Wirkung und das Zusammenwirken mit der als Führungsbuchse 15 und Stützlager 16 ausgebildeten Linearführungen erreicht werden, dass die Position des Linearläufer 11 während des Schmiedebetriebs stabilisiert, und zumindest weitgehend unabhängig von Sekundärbewegungen des Bären 12 ist.
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5 zeigt eine Ausgestaltung eines Abschnitts des Linearläufers 11. Der Linearläufer 11 nach 5 umfasst einen etwa mittig gelegenen, sich in Axialrichtung erstreckenden Magnetabschnitt 23.
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Der Magnetabschnitt 23 umfasst eine Vielzahl an ersten Permanentmagneten 24 und zweiten Permanentmagneten 25. Bei den ersten Permanentmagneten 24 handelt es sich im axial magnetisierte Permanentmagnete, während es sich bei den zweiten Permanentmagneten 25 um radial magnetisierte Permanentmagnete handelt. Die ersten Permanentmagnete 24 sind, in Richtung parallel zur Längsachse L gemessen, schmäler als die zweiten Permanentmagnete 25.
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Jeweils zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten sind (nicht gezeigte) Schichtbleche angeordnet, die insbesondere dazu ausgelegt sind, Fertigungstoleranzen der Permanentmagnete bezüglich der in Längsrichtung L orientierten Flächen auszugleichen.
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Die Permanentmagnete 24, 25 sind als Ringscheiben ausgebildet, mit einem mittigen Durchgangsloch. Der Linearläufer 11 weist eine Kolbenstange 26 auf, welche die Durchgangslöcher der Permanentmagnete 24, 25 durchgreift und einen zentralen Sitz für die Permanentmagnete 24, 25 bildet.
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Unmittelbar an den Magnetabschnitt 23 angrenzend weist der Linearläufer 11 eine Führungshülse 27 mit mehreren Gleitführungsringen auf. Die Führungshülse 27, insbesondere die Gleitführungsringe, bildet/en einen Teil eines Gleitlagers mit welchem der Linearläufer 11 in der Führungsbuchse 15 (siehe 3) längsverschiebbar gelagert werden kann bzw. ist. Eine Innenfläche der Führungsbuchse 15 kann entsprechend als Gegenlagerfläche für die Gleitführungsringe ausgebildet sein.
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Die Permanentmagnete 24, 25, Schichtbleche und die Führungshülse 27 sind mittels beiderseitig an der Kolbenstange 26 befestigten bzw. festgelegten Spannmuttern 28, die jeweils gegen eine Anschlagmutter 29 anschlagen befestigt. Die Spannmuttern 28 und Anschlagmuttern 29 sowie korrespondierende Befestigungsstellen, insbesondere Gewinde, der Kolbenstange 26 und die Kolbenstange 26 als solche sind derart ausgebildet, dass ordnungsgemäßem Anbringen der Anschlagmuttern 29 und Spannmuttern 28 die Permanentmagnete 24, 25 und Kolbenstange 26 miteinander verspannt sind. Insbesondere auf diese Weise kann eine verbesserte mechanische Stabilität, insbesondere des Magnetabschnitts 23, erreicht werden.
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An dem von der Führungshülse 27 abgewandten Ende des Linearläufers 11 können im montierten Zustand, wie in der Ausgestaltung nach aus 4 gezeigt ist, der Kolbenabschnitt 18, die Befestigungsstruktur 19 und die Entkoppelungsstruktur 20 angebracht sein.
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Der Magnetabschnitt 23 kann eine Schutzbeschichtung aufweisen, die beispielsweise aus einem Epoxidharz bestehen oder ein Epoxidharz umfassen kann. Durch eine entsprechende Beschichtung können insbesondere die Permanentmagnete 23, 24 des Magnetabschnitts 23 vor externen Einflüssen geschützt werden.
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Korrespondierend zu den Magnetabschnitten 24, 25, kann der in hohlzylindrischer Geometrie ausgebildete Stator 10 des tubularen Solenoid-Linearmotors 9 entlang der Längsrichtung L angeordnete, und voneinander beabstandete Ringspulen 30 (siehe 2 aufweisen). Durch eine entsprechende (nicht gezeigte) Steuerung können die Ringspulen 30 derart gesteuert werden, dass der Magnetabschnitt 23 im Stator auf- und abbewegt wird, wobei korrespondierende Schmiedebewegungen des Bären 12 ausgeführt werden.
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Der Stator 10 mit Ringspulen 30 kann, wie beispielsweise in der Ausgestaltung nach 2 gezeigt ist, in dem modular aufgebauten Gehäuse 32 aufgenommen, insbesondere darin befestigt sein. Durch die etwa mittig gelegene Flanschverbindung 37 der Gehäusehälften kann erreicht werden, dass die innerhalb des Gehäuses 32 gelegenen Komponenten, beispielsweise zu Wartungszwecken und dgl. vergleichsweise einfach zugänglich sind.
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Eine Schnittstelle des Stators 10 bzw. des Gehäuses 32 mit welcher der Solenoid-Linearmotor 9 am Hammergestell 2 befestigt ist, kann derart ausgebildet sein, dass der, wie hierin beschrieben ausgebildete, Linearantrieb auch bei bereits bestehenden Schmiedehämmern montiert, sprich nachgerüstet, werden kann.
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Um etwaige Beschädigungen des Linearantriebs, insbesondere der Permanentmagnete 24, 25 zu vermeiden, oder zumindest weitgehend zu unterbinden können an einer Unterseite des Gehäusebodens Anschlagpuffer 31 (siehe 2) vorgesehen sein.
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Zur Ausgleichung von Druckschwankungen die im Inneren des Gehäuses während des Betriebs des Schmiedehammers auf Grund der Bewegung des Linearläufers 11 auftreten können, kann das Gehäuse 32, insbesondere die Gehäusewandung, und/oder die Linearlagerung 38 entsprechende Lufteinlass- und Luftauslasselemente aufweisen.
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Insgesamt kann das Gehäuse 32 derart ausgebildet sein, dass Stator 10 und Linearläufer 11 im Wesentlichen gekapselt, insbesondere mechanisch gekapselt, und weitgehend von externen Einflüssen geschützt sind. Insbesondere im Falle einer teilweise oder gar vollständigen Kapselung kann es erforderlich sein die vorweg genannten Druckausgleichselemente vorzusehen.
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung eines weiteren Schmiedehammers 1a. Der weitere Schmiedehammer 1a ist ähnlich aufgebaut wie der Schmiedehammer 1 nach 1, wobei, sofern nicht anderweitig beschrieben, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnete Elemente und Komponenten zueinander entsprechende und/oder korrespondierende Funktionen und/oder Eigenschaften aufweisen.
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Im Unterschied zum Schmiedehammer 1 nach 1 umfasst der weitere Schmiedehammer 1a einen in Längsrichtung L gemessen kürzeren Linearmotor, welcher ebenfalls als Solenoid-Linearmotor ausgebildet ist, und auf den im Weiteren unter der Bezeichnung weiterer Linearmotor 9.1 Bezug genommen wird.
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Der weitere Linearmotor 9.1, welcher in 7 im Schnitt dargestellt ist, umfasst einen Stator 10, der gegenüber der Ausgestaltung nach 1 und 2 verkürzt ist. Der Stator des weiteren Linearmotors 9.1 kann in Längsrichtung gemessen beispielsweise halb so lang ausgebildet sein wie der des Linearmotors nach 1 und 2. Entsprechend verkürzt kann bei dem weiteren Linearmotor 9.1 auch der Linearläufer 11 ausgebildet sein, wobei der Magnetabschnitt und die sich daran anschließenden Abschnitte des Linearläufers 11 entsprechend des in 5 gezeigten Beispiels ausgestaltet sein können.
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Aufgrund der verkürzten Form des weiteren Linearmotors 9.1, welcher als tubularer Linearmotor ausgebildet ist, umfasst das Gehäuse 32 lediglich einen Gehäusemantel 34. Der eine Gehäusemantel 34 ist, ähnlich wie bei der Ausgestaltung nach 1 und 2 auf einem Gehäuseboden 33 angebracht, insbesondere verschweißt. Zur Versteifung sind Gehäusemantel 34 und Gehäuseboden 33 über erste Stützrippen 35 gegeneinander abgestützt, wobei die ersten Stützrippen 35 und der Gehäuseboden 33 z.B. miteinander verschweißt sein können.
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An der vom Gehäuseboden 33 abgewandten Seite des Gehäusemantels 34 ist, eine wie bei der Ausgestaltung der 1 und 2 ausgebildete Linearlagerung 38 angebracht, insbesondere verschraubt. Die Linearlagerung 38 ist entsprechend der Ausgestaltung nach 1 bis 4 ausgebildet, und es wird auf entsprechende Ausführungen verwiesen.
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Ähnlich wie bei der Ausgestaltung nach 1 bis 4 ist der weitere Linearmotor 9.1 in dem Gehäuse 32 aufgenommen über den Gehäuseboden 33 mit dem Hammergestell 2 verbunden.
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Wie aus Zusammensicht der 6 und 7 ersichtlich ist, ist der Gehäuseboden 33 mit dem Hammergestell 2 kraftschlüssig verbunden, wobei im vorliegenden Beispiel an jeweiligen Ecken des Gehäusebodens 33 vorgesehene Schraubverbindungen 41 verwendet werden. Eine entsprechende Schraubverbindung 41 kann beispielsweise zwischen Schraubenkopf 42.1 bzw. Schraubenmutter 42.2 ein Metallgummilager 43 umfassen. Ferner kann der Gehäuseboden 33 mittels zwischengeschalteten Dämpfungs- oder Tilgerleisten 44 an Tragköpfen 45 des Hammergestells 2 gelagert und befestigt sein. Dieser Aufbau und diese Befestigungsweise entspricht im Wesentlichen dem/der des Schmiedehammers 1 nach 1 bis 4.
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Die Metallgummilager 43 und/oder Dämpfungs- oder Tilgerleisten 44 tragen insbesondere zur Entkopplung des Linearmotors 9, 9.1 vom Hammergestell bei, so dass mechanische Schläge, Schwingungen und dgl. die bei Schmiedevorgängen auftreten, zumindest abgeschwächt werden können, so dass eine unmittelbare Beaufschlagung des Linearmotors 9, 9.1 mit auftretenden mechanischen Kräften zumindest verringert werden kann.
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Für den in 6 und 7 gezeigten weiteren Linearmotor 9.1 ergibt sich noch ein weiterer Vorteil, denn durch die modulare Bauart von Gehäuse 32, Linearläufer 11, umfassend z.B. mehrere hintereinandergeschaltete ringförmige Permanentmagnete, und auch Stator 10, der je nach Bedarf mehrere hintereinandergeschaltete Wickelkörper 46 mit entsprechenden Spulenwicklungen umfassen kann, kann insbesondere die Baulänge des Linearmotors zumindest in gewissen Grenzen variiert und insoweit vergleichsweise flexibel an jeweilige Anforderungen angepasst werden.
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Nicht auch zuletzt aufgrund der Tatsache, dass die Schnittstelle zur Befestigung des Bären, sowie die Schnittstellt zur Befestigung am Hammergestell, entsprechend der herkömmlichen, hydraulisch betriebenen Schmiedehämmer ausgebildet werden kann, ist es möglich, herkömmliche, hydraulisch betriebene Schmiedehämmer entsprechend der hierin vorgeschlagenen Lösungen mit elektrischen Linearmotoren auszustatten, bzw. nachzurüsten, ohne dass wesentliche konstruktive Veränderungen etwa am Hammergestell 2 erforderlich wären.
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Insgesamt zeigt sich, dass durch die hierin vorgeschlagene Lösung, insbesondere die Verwendung eines elektrischen Linearantriebs, beispielsweise Linearmotors in Kombination mit einer Entkopplungsstruktur, und insbesondere ersten und zweiten Linearführungen, ein neuartiger Schmiedehammer bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann mit der hierin vorgeschlagenen Konstruktion ein Schmiedehammer mit einem zum Antrieb des Bären vorgesehenen permanentmagneterregten Linearmotor umgesetzt werden, mit welchem ausreichende Schlagkräfte und Beschleunigungen für den Bären erreichbar sind, wobei gleichzeitig eine vergleichsweise präzise Positionssteuerung des Bären möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schmiedehammer
- 1a
- weiterer Schmiedehammer
- 2
- Hammergestell
- 3
- Ständer
- 4
- Querhaupt
- 5
- Einsatz
- 6
- Einsatzkeil
- 7
- Aufnahme
- 8
- unteres Hammergesenk
- 9
- Solenoid-Linearmotor
- 9.1
- weiterer Linearmotor
- 10
- Stator
- 11
- Linearläufer
- 12
- Bär
- 13
- Bär-Führung
- 14
- oberes Hammergesenk
- 15
- Führungsbuchse
- 16
- Stützlager
- 17
- Kolbenstangenfortsatz
- 18
- Kolbenabschnitt
- 19
- Befestigungsstruktur
- 20
- Entkopplungsstruktur
- 21
- Haltebuchse
- 22
- Entkopplungsabschnitt
- 23
- Magnetabschnitt
- 24
- erster Permanentmagnet
- 25
- zweiter Permanentmagnet
- 26
- Kolbenstange
- 27
- Führungshülse
- 28
- Spannmutter
- 29
- Anschlagmutter
- 30
- Ringspule
- 31
- Anschlagpuffer
- 32
- Gehäuse
- 33
- Gehäuseboden
- 34
- erster Gehäusemantel
- 35
- erste Stützrippe
- 36
- zweiter Gehäusemantel
- 37
- Flanschverbindung
- 38
- Linearlagerung
- 39
- Grundplatte
- 40
- zweite Stützrippe
- 41
- Schraubverbindung
- 42.1
- Schraubenkopf
- 42.2
- Schraubenmutter
- 43
- Metallgummilager
- 44
- Dämpfungs- oder Tilgerleisten
- 45
- Tragkopf
- 46
- Wickelkörper
- L
- Längsachse
