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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Statormodul für einen Linearantrieb gemäß Anspruch 1 sowie eine Behälterbehandlungsmaschine, umfassend einen entsprechenden Linearantrieb gemäß Anspruch 7 und ein Verfahren zum Betrieb einer Behälterbehandlungsmaschine gemäß Anspruch 10.
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Stand der Technik
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Linearantriebe und insbesondere Langstator-Systeme sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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So zeigt beispielsweise die
DE 10 2014 102 630 A1 ein Langstator-System, das im Zusammenhang mit der hygienischen Abfüllung von Produkten und damit auch in der getränkeverarbeitenden Industrie zum Einsatz kommen kann. Dabei ist der eigentliche Antrieb außerhalb eines Reinraums, in dem die Abfüllung stattfindet, angeordnet, wohingegen das Innere des Reinraums bzw. Isolators steril gehalten werden kann. Da der Motor hier von dem Bereich, in dem die Abfüllung stattfindet, physisch getrennt ist, kommt er nicht mit eventuellen Reinigungsmedien oder gar dem Produkt in Kontakt.
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Es ist jedoch nicht immer möglich oder praktikabel, eine völlige physische Trennung von Motor und Füllbereich zu realisieren, insbesondere bei Füllmaschinen, die ohne Reinraum ausgestaltet sind. In solchen Fällen befindet sich oder erstreckt sich der Antrieb typischerweise auch durch den Füllbereich hindurch.
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Solche Anordnungen bringen es mit sich, dass zumindest einige Komponenten, wie hier der Motor, durch Verunreinigungen beeinträchtigt werden können, was insbesondere in der getränkeverarbeitenden Industrie zu Problemen und zu unerwünschten Stillstandzeiten führen kann.
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Aufgabe
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Ausgehend vom bekannten Stand der Technik besteht die zu lösende technische Aufgabe somit darin, ein Statormodul für einen Linearantrieb, insbesondere einen Langstator-Antrieb, einer Behälterbehandlungsmaschine anzugeben, das besser vor Umwelteinflüssen geschützt ist und dennoch möglichst kostengünstig produziert werden kann. Bisherige Möglichkeiten der Isolation der Komponenten sind aufwendig und kostspielig.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Statormodul gemäß Anspruch 1 sowie die Behälterbehandlungsmaschine mit einem Linearantrieb, umfassend ein solches Statormodul, nach Anspruch 7 und das Verfahren zum Betrieb einer Behälterbehandlungsmaschine gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfasst.
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Das erfindungsgemäße Statormodul für einen Linearantrieb einer Behälterbehandlungsmaschine in der getränkeverarbeitenden Industrie umfasst ein Gehäuse, in dem ein Kern und wenigstens eine Spule angeordnet sind, wobei das Statormodul eine Medienzufuhr zum Zuführen eines Gases in den Innenraum des Gehäuses umfasst und die Medienzufuhr ausgebildet ist, den Innenraum des Gehäuses mit einem Überdruck zu beaufschlagen. Dadurch wird erreicht, dass Flüssigkeiten, wie beispielsweise in einen Behälter abzufüllendes Produkt oder Reinigungsmittel, nicht in den Innenraum des Gehäuses eindringen und so die Komponenten beschädigen können. Gleichzeitig kann jedoch auf komplizierte Kapselungssysteme und aufwendige Dichtungen verzichtet werden, da die Isolierung des Innenraums durch den angelegten Überdruck erreicht wird, der technisch einfach und daher kostengünstig umzusetzen ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass im Gehäuse wenigstens ein Teil der Ansteuerelektronik des Statormoduls angeordnet ist. Auch diese empfindlichen Komponenten können so vor Verunreinigungen geschützt werden.
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In einer Ausführungsform besteht der Kern aus Stahl oder umfasst diesen und/oder es sind wenigstens zwei Spulen in dem Gehäuse angeordnet. Eine Isolation von Kern und Spulen gegenüber der äußeren Umgebung und insbesondere dem Benetzen mit Flüssigkeiten ist in diesem Fall besonders von Vorteil, da sämtliche Materialien elektrisch leitend sind, was beim Einbringen von Flüssigkeit ansonsten zu Kurzschlüssen führen könnte.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Gehäuse einen Grundkörper aus einem ersten Material und eine Einhausung aus einem zweiten Material umfasst.
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Unter dem Grundkörper ist hier ein im Wesentlichen U-förmiger, bevorzugt metallischer Bereich zu verstehen, in dem zumindest die Spule und der Kern angeordnet sind. Der Grundkörper ist bevorzugt von allen Seiten von der Einhausung umgeben. Diese kann einstückig sein (beispielsweise aus einem um den Grundkörper gegossenen Material) oder aus mehreren miteinander verschraubten, verklebten oder auf eine andere Art verbundenen Teilen bestehen. Als Material kommt insbesondere VA2 (rostfreier Stahl) infrage.
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Dabei kann es sich um metallische oder auch nichtmetallische Materialien, insbesondere Kunststoff, handeln und die Materialien für den Grundkörper und die Einhausung können auch voneinander verschieden sein. Da der Innenraum vor dem Eindringen von Flüssigkeiten durch das Beaufschlagen mit dem Überdruck bereits ausreichend geschützt ist, müssen diese Materialien auch nicht zwingend rostbeständig sein, da das Eindringen von Flüssigkeiten durch kleine Öffnungen, die sich beim Oxidieren von Metallen mit der Zeit bilden können, durch den Überdruck vermieden wird.
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In einer Ausführungsform ist das erste Material Aluminium oder Edelstahl und das zweite Material Edelstahl. Da die Einhausung mit Flüssigkeiten in Berührung kommt, kann hier die Verwendung von Edelstahl besonders vorteilhaft sein, um zumindest übermäßige Oxidation zu verhindern. Die Verwendung von Aluminium erlaubt die Reduzierung des Gewichts des Grundkörpers und ggf. eine kostengünstigere Herstellung des Statormoduls.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Statormodul zur Verwendung in einem Langstator-Linearantrieb ausgebildet.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Medienzufuhr entweder als separat geführter Schlauch ausgebildet ist oder in ein Steuer- und Leistungskabel, das wenigstens eine Leitung für die Ansteuerelektronik und wenigstens eine weitere Leitung für die Stromzufuhr der Spulen umfasst, als Schlauch integriert ist. Die erste Ausführungsform erlaubt eine Isolierung der Medienzufuhr von den übrigen Komponenten bzw. Leitungen, was ihre Zugänglichkeit verbessert. In der zweiten Variante kann ein unkomplizierter Austausch sämtlicher Leitungen erfolgen, indem diese, wie beschrieben, modular zusammengefasst sind.
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Die erfindungsgemäße Behälterbehandlungsmaschine zum Behandeln von Behältern in der getränkeverarbeitenden Industrie umfasst einen Linearantrieb, wobei der Linearantrieb ein Statormodul gemäß einer der vorangegangenen Ausführungsformen umfasst. Die Behälterbehandlungsmaschine zeichnet sich durch verringerte Ausfallzeiten aus.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Linearantrieb der Behälterbehandlungsmaschine wenigstens zwei Statormodule umfasst und die Medienzufuhr jedes Statormoduls separat von den übrigen Statormodulen mit einer Medienversorgung verbunden ist oder die Medienzufuhren der Statormodule in Serie angeordnet sind.
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Dabei bedeutet die separate Verbindung der Medienzufuhr jedes Statormoduls mit der Medienversorgung, dass aus einem möglicherweise vorgesehenen gemeinsamen Vorlagebehälter für das Medium (beispielsweise ein Hochdruckgastank) genau so viele Leitungen herausführen, wie Statormodule vorgesehen sind und möglichst keine der Leitungen teilweise mit einer der anderen Leitungen zusammenfällt. Die Schaltung der Medienzufuhr der Statormodule in Serie bedeutet, dass beispielsweise eine Hauptleitung vorgesehen ist, die zu einem ersten Statormodul führt und aus diesem Statormodul eine weitere Leitung herausführt, die in ein benachbartes Statormodul führt. Aus diesem führt wiederum eine weitere Leitung in ein diesem Statormodul benachbartes Statormodul, bis jedes der Statormodule mit dem Medium bzw. Gas versorgt ist. Dabei kann auch eine Hauptleitung durch sämtliche Statormodule hindurch führen und lediglich eine Abzweigung in jedem Statormodul vorgesehen sein, durch die ein Teil des durch die Hauptleitung fließenden Mediums in das Statormodul geleitet wird.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Behälterbehandlungsmaschine als Füller ausgebildet ist und das Gehäuse des Statormoduls aus Edelstahl besteht. Übermäßiges Rosten und damit eine strukturelle Schwächung des Statormoduls kann so vermieden werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Behälterbehandlungsmaschine in der getränkeverarbeitenden Industrie, wobei die Behälterbehandlungsmaschine einen Linearantrieb mit einem Statormodul umfasst, wobei das Statormodul ein Gehäuse, in dem ein Kern und wenigstens eine Spule angeordnet sind, umfasst, wobei das Statormodul eine Medienzufuhr umfasst, das Verfahren umfassend ein Einleiten eines Gases mit einem Überdruck in den Innenraum des Gehäuses durch die Medienzufuhr. Während des Betriebs der Behälterbehandlungsmaschine kann so eine Verunreinigung des Innenraums des Statormoduls vermieden werden.
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In einer Ausführungsform ist das Gas Druckluft oder ein inertes Gas, insbesondere Stickstoff. So kann zum einen das Eindringen von Flüssigkeiten vermieden werden und zum anderen die Ansiedlung von Mikroorganismen (bei der Verwendung von Stickstoff) unterdrückt oder zumindest verlangsamt werden.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Statormodul in Relation zu einem Linearantrieb einer Behälterbehandlungsmaschine.
- 2a und b zeigen ein Statormodul gemäß einer Ausführungsform in Vorderansicht und Rückansicht.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung des Innenraums eines Statormoduls gemäß einer Ausführungsform.
- 4a und b zeigen zwei Ausführungsformen einer Aneinanderreihung von Statormodulen.
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Ausführliche Beschreibung
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1 zeigt ein Statormodul 100 gemäß einer Ausführ ungsform. Das Statormodul kann, wie hier dargestellt, zwischen zwei Führungen 101 und 102 für einen hier nicht weiter dargestellten Mover in einer Behälterbehandlungsmaschine angeordnet sein. Die Führungen können beispielsweise als Kreis, aber auch linear ausgebildet sein und das Statormodul 100 kann zwischen den Führungen oder mit einem geringen Versatz dazu angeordnet sein.
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Bei den Führungen kann es sich insbesondere um zwei gegenüberliegende Schienen 101 und 102 handeln, die mit jeweiligen Befestigungen 110 und 111 bzw. 120 und 121 an beispielsweise der Behälterbehandlungsmaschine (hier nicht dargestellt) angeordnet sind. Bei der Behälterbehandlungsmaschine kann es sich um jede in der getränkeverarbeitenden Industrie üblicherweise eingesetzte Behälterbehandlungsmaschine, insbesondere um Füller, Blasformmaschinen, Reinigungseinrichtungen, Etikettiermaschinen, Druckmaschinen, Formfüllmaschinen oder Ähnliches handeln.
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Die nicht dargestellten Mover können über Rollen mit den Führungen verbunden und entlang der Führungen beweglich sein. Die Mover sind mit einer magnetischen Komponente ausgestattet, sodass bei Vorsehen eines oder mehrerer Statormodule entlang der Elemente 101 und 102 durch die im Betrieb hervorgerufenen Anziehungskräfte die Mover bewegt werden können.
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Das Statormodul 100 umfasst erfindungsgemäß eine Medienzufuhr 130, durch die ein Gas in den Innenraum des Statormoduls eingebracht werden kann, um in diesem einen Überdruck gegenüber der Umgebung zu erzeugen. Dieser Überdruck kann relativ gering sein, beispielsweise 1/100 bar, bevorzugt 0,05 bar, besonders bevorzugt 0,1 bar oder mehr. Durch diesen Überdruck kann das Eindringen von Flüssigkeiten oder Gasen, aber auch von Mikroorganismen in den Innenraum des Statormoduls vermieden werden.
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2a und 2b zeigen eine Vorderansicht (2a) und eine Rückansicht (2b) des Statormoduls 100 aus 1.
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Wie in 1 dargestellt, wird das Statormodul letztlich aus einem Gehäuse, gebildet durch einen hier nicht dargestellten Grundkörper, der beispielsweise U-förmig ausgebildet sein kann und in dem die Spule und der Kern des Statormoduls angeordnet sind, sowie einer Einhausung gebildet, wobei die Einhausung beispielsweise mehrere Teilen 210 und 220umfassen kann, die einen im Wesentlichen abgeschlossenen Körper bilden.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Einhausung aus einem gegossenen Material gebildet wird, das den Grundkörper im Wesentlichen vollständig einschließt. Der Anschaulichkeit halber wird im folgenden auf eine Einhausung aus mehreren Teilen Bezug genommen. Es versteht sich jedoch, dass alle Ausführungen auch auf gegossene Materialien angewendet werden können. Bevorzugt zeigt die Öffnung des U-förmigen Grundkörpers in Richtung der Mover.
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In einem der Teile 220 können eine oder mehrere Öffnungen, insbesondere Bohrungen 221 vorgesehen sein, mit denen das Statormodul beispielsweise an einer Halterung befestigt oder mit anderen Komponenten verbunden werden kann. Solche Öffnungen 221 können auch am Grundkörper vorgesehen sein. Der Grundkörper und die Einhausung können auch durch weitere Dichtungen nach außen hin abgedichtet werden.
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Bei dem Grundkörper kann es sich um einen Grundkörper aus einem Metall, insbesondere aus Edelstahl oder Aluminium, handeln. Es können jedoch auch Kunststoffe zum Einsatz kommen. Ferner kann die Einhausung aus demselben Material wie der Grundkörper bestehen, also insbesondere aus Edelstahl. Da die Einhausung mit Flüssigkeiten in Kontakt kommt (Reinigungsmedien, Produkt, Klebemittel etc.), ist es bevorzugt, wenn diese aus Edelstahl besteht, um übermäßiges Rosten zu verhindern. Der Grundkörper hingegen kann auch aus leichteren Metallen oder Halbmetallen, wie beispielsweise Aluminium, bestehen, da dieser durch die Einhausung und den angelegten Überdruck praktisch vollständig vor dem Kontakt mit eventuell oxidierenden Flüssigkeiten geschützt ist.
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Gemäß 2b umfasst das Statormodul die Medienzufuhr 130, durch die ein Gas beispielsweise aus einem Druckluftbehälter in den Innenraum des Statormoduls eingeleitet werden kann. Bei dem Gas kann es sich insbesondere um Druckluft handeln, da diese kostengünstig erhältlich ist und auch nicht in speziellen Behältern vorgehalten werden muss. Um hygienische Anforderungen besser erfüllen zu können, kann auch vorgesehen sein, dass der Innenraum mit einem Überdruck an Stickstoff, CO2 oder anderen sterilisierenden Gasen beaufschlagt wird, um das Ansiedeln von Mikroorganismen möglichst zu unterbinden.
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Zusätzlich zu der Medienzufuhr können weitere Leitungen 231 und 232 in das Statormodul hineinführen. Dabei kann es sich bei der Leitung 231 beispielsweise um eine Leitung für die Ansteuerelektronik des Statormoduls handeln und bei der Leitung 232 um eine Stromzufuhr für die innerhalb des Statormoduls angeordneten Spulen. Sind diese Leitungen in einem Steuer- und Leistungskabel zusammengefasst, kann auch vorgesehen sein, dass die Medienzufuhr, nicht wie hier dargestellt, separat von diesen Leitungen geführt wird, sondern zusammen mit diesen in einem Leitungsbündel integriert ist. Dieses kann dann bevorzugt über eine möglichst einfach lösbare Steckverbindung mit dem Statormodul und den übrigen Bauteilen (Medienversorgung, zentrale Steuereinheit und Ähnliches) verbunden sein, sodass ein Austausch bei beispielsweise einer defekten Leitung einfach möglich ist. Besonders bevorzugt werden Steckverbindungen eingesetzt, die unempfindlich gegen Umwelteinflüsse wie Flüssigkeiten oder Schmutz sind. Hier kommen Steckverbindungen umfassend langlebige Kunststoffe infrage.
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3 zeigt schematisch eine Innensicht des Statormoduls 100, dessen Einhausung nur gestrichelt dargestellt ist. Das Statormodul umfasst einen Kern 341, der insbesondere aus Eisen oder einem anderen Material mit möglichst hoher magnetischer Permeabilität µr besteht, sodass durch Anlegen eines Stroms an die den Kern 341 umschließende Spule 342 ein möglichst starkes Magnetfeld und damit hohe Bewegungsenergie in den Movern erzeugt werden kann. Es versteht sich, dass in jedem Statormodul auch mehrere Spulen und ggf. Kerne angeordnet sein können. Zusätzlich kann zumindest ein Teil der Ansteuerelektronik 340 des Statormoduls in dem Statormodul angeordnet sein. Dazu zählen beispielsweise Schaltkreise, die die Stromzufuhr zur Spule 342 regeln können. Wie hier angedeutet, sind die entsprechenden Komponenten des Statormoduls im Grundkörper 370 angeordnet. Dieser ist hier als U-förmig ausgebildet, kann aber auch eine andere Form, insbesondere eckige Form aufweisen.
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Wie hier dargestellt, führt die Medienzufuhr 130 in den Innenraum des Statormoduls, in den dann das Gas mit einem Überdruck eingebracht wird. Dieses Gas tritt über kleine, üblicherweise nicht beabsichtigte Öffnungen in der Einhausung (Spalten, Löcher oder feine Risse) aus, wie dies an den Stellen 361, 362 und 363 beispielhaft dargestellt ist.
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Die 4a und 4b zeigen mögliche Realisierungen der Verbindungen mehrerer Statormodule mit einer Medienzufuhr. In der 4a sind die Statormodule 410, 420 und 430 „in Serie“ mit einer Medienzufuhr verbunden. In dieser Ausführungsform führt eine zentrale Medienzufuhr 401 über die einzelnen Statormodule und dazwischen liegende Leitungen 412, 423 und 440 durch die Module hindurch und beaufschlagt jedes der Module nacheinander mit dem entsprechenden Gas unter einem gewissen Überdruck. Dabei kann die Leitung 401 bis 440 komplett durchgängig ausgebildet sein, sodass sie auch von der einen Seite des Statormoduls zu der anderen Seite durch das Statormodul hindurch verläuft und im Statormodul nur eine oder mehrere kleine Austrittsöffnungen aufweist, durch die das Gas in das jeweilige Statormodul entweichen kann.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Leitung 401 bis 440 durch die jeweiligen Statormodule unterbrochen wird und lediglich die Druckluft innerhalb des Statormoduls von dem Eintrittspunkt, beispielsweise in der Leitung 401, in das Statormodul bis zu dem Austrittspunkt für die Leitung 412 durch das gesamte Gehäuse des Statormoduls hindurch strömt und lediglich am Ende wieder in die Leitung 412 eingeleitet wird. So kann Material eingespart und ein vollständiges Durchströmen der Statormodule mit dem Gas unter Überdruck gewährleistet werden.
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Gemäß 4b kann alternativ vorgesehen sein, dass eine zentrale Medienversorgung 470 (beispielsweise ein Gastank) vorgesehen ist und aus diesem genauso viele Leitungen 461, 462 und 463 separat herausführen und zu diesen jeweils zugeordneten einzelnen Statormodulen 451, 452 und 453 führen. Durch diese Medienzufuhren 461, 462 und 463 kann das Gas dann gezielt an die Statormodule verteilt werden und es ist beispielsweise durch Anbringen steuerbarer Ventile auch möglich, die Medienzufuhr zu den einzelnen Statormodulen zu regeln und sogar einzustellen, während die Medienzufuhr der übrigen Statormodule unabhängig davon weitererfolgt.
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In einer Weiterbildung der Ausführungsformen gemäß den 4a und 4b sind in den Statormodulen Sensoren vorgesehen, die den Druck innerhalb des Statormoduls messen und die Zufuhr des Mediums so steuern, dass zu jedem Zeitpunkt ein gewünschter Sollwert bezüglich des Drucks erreicht wird.
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Außerdem kann über Sensoren, die in den oder an den Zuleitungen angeordnet sein können, eine übermäßig große Leckage eines Statormoduls detektiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014102630 A1 [0003]
