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Die Erfindung betrifft eine Linearantriebsvorrichtung zur Bereitstellung einer Linearbewegung, mit einem Zylinderrohr, in dem ein Kolben linearbeweglich aufgenommen ist, der eine erste Magneteinrichtung aufweist und der einen größenvariablen Arbeitsraum im Zylinderrohr begrenzt, und mit einem linearbeweglich längs einer Mittelachse am Zylinderrohr gelagerten Läufer, der mit dem Zylinderrohr einen Arbeitsspalt ausbildet und der eine zweite Magneteinrichtung aufweist, die für eine berührungslose Magnetkraftkopplung mit der ersten Magneteinrichtung im Arbeitsspalt ausgebildet ist, sowie mit einem Fluidanschluss, der das Zylinderrohr durchsetzt und der in den Fluidarbeitsraum ausmündet.
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Aus der
WO 2007/121808 A1 ist eine fluidbetätigte Linearantriebsvorrichtung bekannt, bei der am Außenumfang eines Gehäuserohres ein Abtriebsschlitten verschiebbar gelagert ist. Hierzu sind am Außenumfang des Gehäuserohres jeweils zwei sich längs des Gehäuserohres erstreckende und sich in Achsrichtung einer ersten Querachse des Gehäuserohres gegenüberliegende Führungsflächen aufweisende Führungsflächenpaare angeordnet, die in Achsrichtung einer zu der ersten Querachse rechtwinkeligen zweiten Querachse des Gehäuserohres zueinander beabstandet sind. Im Querschnitt des Gehäuserohres gesehen sind die Führungsflächen jeweils bezüglich der ersten und der zweiten Querachse geneigt, wobei an den Führungsflächen des einen, ersten Führungsflächenpaares am Abtriebsschlitten angeordnete erste Lagerelemente anliegen, die bezüglich einer in Längsrichtung des Gehäuserohres verlaufenden Schwenkachse unabhängig voneinander relativ zum Abtriebsschlitten verschwenkbar sind, und wobei an den Führungsflächen des anderen, zweiten Führungsflächenpaares am Abtriebsschlitten angeordnete zweite Lagerelemente anliegen, deren in Achsrichtung der ersten Querachse relativ zum Abtriebsschlitten eingenommene Querposition variabel vorgebbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Linearantriebsvorrichtung mit kompakter und einfacher Bauweise bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird für eine Linearantriebsvorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die erste Magneteinrichtung und/oder die zweite Magneteinrichtung längs der Mittelachse jeweils abwechselnd aufgereihte radial magnetisierte Permanentmagnete und axial magnetisierte Permanentmagnete umfasst, um einen maximalen magnetischen Fluss im Arbeitsspalt zu verwirklichen. Bei einer derartigen Anreihung von Permanentmagneten mit unterschiedlich ausgerichteter Magnetisierung liegt die Überlegung zu Grunde, dass bei geeigneter abwechselnder Anordnung von radial und axial magnetisierten Permanentmagneten an einer Oberfläche der ersten Magneteinrichtung und/oder an einer Oberfläche der zweiten Magneteinrichtung eine Optimierung der Konzentration des magnetischen Flusses verwirklicht werden kann, den die jeweilige Magneteinrichtung bereitstellen kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine derartige Flusskonzentration für die erste Magneteinrichtung an einer Oberfläche vorgesehen ist, die der zweiten Magneteinrichtung zugewandt ist. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass eine maximale Flusskonzentration der zweiten Magneteinrichtung an einer Oberfläche der zweiten Magneteinrichtung ausgebildet ist, die der ersten Magneteinrichtung zugewandt ist. Insgesamt soll durch diese Maßnahme eine berührungslose magnetische Kopplung zwischen der ersten Magneteinrichtung und der zweiten Magneteinrichtung mit einem möglichst geringen Einsatz von permanentmagnetischen Material sowie daraus resultierenden Kostenvorteilen und Gewichtsvorteilen verwirklicht werden.
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Bei axial magnetisierten Permanentmagneten wird davon ausgegangen, dass ein magnetischer Fluss innerhalb des axial magnetisierten Permanentmagneten zumindest im Wesentlichen parallel zur Mittelachse, insbesondere parallel zur Mittelachse, ausgerichtet ist. Bei radial magnetisierten Permanentmagneten ist vorgesehen, dass ein magnetischer Fluss innerhalb des Permanentmagnets in radialer Richtung nach innen oder in radialer Richtung nach außen, jeweils bezogen auf die Mittelachse des Zylinderrohrs, ausgerichtet ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn sowohl die erste Magneteinrichtung als auch die zweite Magneteinrichtung jeweils abwechselnd längs der Mittelachse aufgereihte radial magnetisierte Permanentmagnete und axial magnetisierte Permanentmagnete aufweisen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass längs der Mittelachse an gleicher Position angeordnete, radial magnetisierte Permanentmagnete der ersten Magneteinrichtung und der zweite Magneteinrichtung die gleiche radiale Magnetisierung Richtung aufweisen. Ergänzend oder alternativ ist vorgesehen, dass an gleicher Position längs der Mittelachse angeordnete axial magnetisierte Permanentmagnete der ersten Magneteinrichtung und der zweiten Magneteinrichtung in einander entgegengesetzten Richtungen magnetisiert sind. Hierdurch wird eine besonders hohe Flusskonzentration im Arbeitsspalt zwischen der ersten Magneteinrichtung, die dem im Zylinderrohr angeordneten Kolben zugeordnet ist, und der zweiten Magneteinrichtung, die dem am Zylinderrohr gelagerten Läufer zugeordnet ist, ermöglicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn die erste Magneteinrichtung und/oder die zweite Magneteinrichtung wenigstens eine Magnetgruppe umfasst, die als Aufreihung eines radial nach außen magnetisierten Permanentmagneten, eines axial in einer positiven Achsrichtung magnetisierten Permanentmagneten und eines radial nach innen magnetisierten Permanentmagneten ausgebildet ist. Hierbei wird unter einer radial nach außen orientierten Magnetisierung eine Magnetisierung verstanden, bei der der magnetische Fluss in einem beabstandet zur Mittelachse angeordneten Permanentmagneten in eine Richtung weg von der Mittelachse weist, wobei diese Richtung quer zur Mittelachse ausgerichtet ist. Dementsprechend liegt bei einem radial nach innen magnetisierten Permanentmagneten eine Flußrichtung vor, die genau entgegengesetzt ausgerichtet ist. Ein in einer positiven Achsrichtung magnetisierter Permanentmagnet weist eine magnetische Flußrichtung auf, die in Richtung einer willkürlich gewählten, parallel zur Mittelachse ausgerichteten Raumrichtung verläuft. Anstelle des in einer positiven Achsrichtung magnetisierten Permanentmagneten kann ein in einer negativen Achsrichtung magnetisierter Permanentmagnet eingesetzt werden, der verglichen mit dem in der positiven Achsrichtung magnetisierten Permanentmagneten in der genau entgegengesetzten Richtung axial magnetisiert ist. Eine Anordnung von Permanentmagneten mit einer derartigen Ausrichtung des jeweiligen magnetischen Flusses in einer Magnetgruppe wird auch als Halbach-Anordnung bezeichnet. Aufgrund der Ausrichtung der magnetischen Flüsse der jeweiligen Permanentmagnete innerhalb der Magnetgruppe wird an einer ersten Oberfläche der Magnetgruppe ein erhöhter magnetischer Fluss bereitgestellt, während an einer zweiten, entgegengesetzt ausgerichteten Oberfläche der Magnetgruppe ein reduzierter magnetischer Fluss bereitgestellt wird. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die erste Magneteinrichtung an einer radial außenliegenden Oberfläche einen maximalen magnetischen Fluss aufweist, während die zweite Magneteinrichtung an einer radial nach innen weisenden Oberfläche einen maximalen magnetischen Fluss aufweist. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich die durch den als Luftspalt ausgebildeten Arbeitsspalt beabstandeten, einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Magneteinrichtungen mit ihrem maximalen magnetischen Fluss gegenüberstehen, wodurch die gewünschte optimierte Ausnutzung der von den einzelnen Permanentmagneten bereitgestellten magnetischen Flussdichte gewährleistet ist. Bei einer derartigen Anordnung der Permanentmagnete für die erste Magneteinrichtung und die zweite Magneteinrichtung bilden somit sowohl die erste Magneteinrichtung als auch die zweite Magneteinrichtung jeweils eine Halbach-Anordnung.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete der ersten Magneteinrichtung und/oder die Permanentmagnete der zweiten Magneteinrichtung als Ringmagnete ausgebildet sind und koaxial zur Mittelachse angeordnet sind. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Permanentmagnete ist davon auszugehen, dass das Zylinderrohr in einer Querschnittsebene, die quer zur Mittelachse ausgerichtet ist, einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist. Dementsprechend kann der Kolben in der gleichen Querschnittsebene ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Hierdurch wird eine Abdichtung zwischen einer Außenoberfläche des Kolbens und einer Innenoberfläche des Zylinderrohr, wie sie bei einer Nutzung der Linearantriebsvorrichtung als pneumatischer oder hydraulischer Antrieb vorgesehen ist, in einfacher Weise durch einen geeigneten Dichtrings ermöglicht. Bei einer Ausgestaltung der Permanentmagnete der ersten Magneteinrichtung als Ringmagnete sind insgesamt drei unterschiedlich magnetisierte Permanentmagnete erforderlich. Neben einem in radialer Richtung nach außen magnetisierten Permanentmagneten ist ein in radialer Richtung nach innen magnetisierter Permanentmagnet sowie ein in axialer Richtung magnetisierter Permanentmagnet erforderlich. Bei einem Zusammenbau einer Magnetgruppe kann der axial magnetisierte Permanentmagnet entsprechend der jeweils erforderlichen Ausrichtung des magnetischen Flusses in positive Achsrichtung oder in negativer Achsrichtung zwischen zwei Permanentmagneten mit radialer Magnetisierung angeordnet werden. In gleicher Weise gilt dies bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Permanentmagnete der zweiten Magneteinrichtung.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die als Ringmagnete ausgebildeten Permanentmagnete der ersten Magneteinrichtung von einem Stangenabschnitt des Kolbens durchsetzt werden, der, insbesondere mit einem kreisförmigen Querschnitt, längs der Mittelachse erstreckt ist. Hierdurch wird eine kompakte Anordnung der Permanentmagnete der ersten Magneteinrichtung am Kolben verwirklicht. Bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest der Stangenabschnitt des Kolbens und/oder der gesamte Kolben, aus einem Material hergestellt ist/sind, das magnetflussleitend ist, um hierdurch möglichst geringe Streufeldeinflüsse abseits der ersten Magneteinrichtung berücksichtigen zu müssen.
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Bei einer alternativen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete der ersten Magneteinrichtung und/oder die Permanentmagnete der zweiten Magneteinrichtung als Stabmagnete ausgebildet sind, deren längste Kanten quer zur Mittelachse ausgerichtet sind. Bei einer derartigen Ausgestaltung der ersten Magneteinrichtung und/oder der zweiten Magneteinrichtung kann vorgesehen sein, dass das Zylinderrohr in einer Querschnittsebene, die quer zur Mittelachse ausgerichtet ist, einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt aufweist. Hierdurch lässt sich eine abgeflachte Gestaltung des Zylinderrohrs und des linearbeweglich am Zylinderrohr gelagerten Läufers verwirklichen. Die Permanentmagnete der ersten Magneteinrichtung und/oder der zweiten Magneteinrichtung sind in diesem Fall beispielsweise als Stabmagnete, insbesondere mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt in einer Querschnittsebene, die die Mittelachse umfasst, ausgebildet. Hierdurch lässt sich einerseits eine besonders kompakte Anordnung der Permanentmagnete sowohl für die erste Magneteinrichtung als auch für die zweite Magneteinrichtung erzielen. Ferner wird hiermit eine besonders vorteilhafte Packungsdichte für die jeweiligen Permanentmagnete ermöglicht. Darüber hinaus ist bei einer derartigen Ausgestaltung der Permanentmagnete für die erste Magneteinrichtung und/oder die zweite Magneteinrichtung vorteilhaft, dass gegebenenfalls nur eine einzige Ausführungsform eines Permanentmagneten erforderlich ist, die ausschließlich durch ihre räumliche Anordnung innerhalb der jeweiligen Magnetgruppe die gewünschte Ausrichtung der Flussrichtung aufweist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete der ersten Magneteinrichtung jeweils paarweise spiegelbildlich gegenüberliegende, aus Permanentmagneten gebildete Magnetpaare umfassen. Hierdurch wird gewährleistet, dass die erste Magneteinrichtung an einander entgegengesetzten Außenoberflächen jeweils ihre maximale Flussdichte weist. Durch diese Maßnahme wird eine hohe Normalkraft der bewegten Teile gegenüber dem Zylinderrohr vermieden, die zu hohen Reibkräften führen würde.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die aus Permanentmagneten gebildeten Magnetpaare jeweils auf einander entgegengesetzt ausgerichteten größten Oberflächen eines längs der Mittelachse rechteckig profilierten Stangenabschnitt des Kolbens angeordnet sind, dessen längste Kanten längs der Mittelachse erstreckt sind. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Stangenabschnitt aus einem magnetflussleitenden Material hergestellt ist und somit als Flussleiter für die jeweils spiegelbildlich gegenüberliegenden Magnetpaare dienen kann. Hierdurch wird eine magnetische Kopplung zwischen den Permanentmagneten der ersten Magneteinrichtung verbessert. Abseits des Stangenabschnitts, der eine rechteckige Profilierung längs der Mittelachse aufweisen kann, ist der Kolben mit einer Profilierung ausgebildet, die einem Querschnitt der Kombination des Stangenabschnitts mit den daran angebrachten Magnetpaaren zumindest im Wesentlichen entspricht und die in einer quer zur Mittelachse ausgerichteten Querschnittsebene beispielsweise rechteckig oder oval oder als abgerundetes Rechteck ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete der ersten Magneteinrichtung und/oder der zweiten Magneteinrichtung in einer längs der Mittelachse ausgerichteten Aufreihungsrichtung unmittelbar aneinandergrenzen. Durch einen Verzicht auf flussleitende Elemente wie beispielsweise Polringen aus ferromagnetischem Material kann eine einfache Aufbauweise für die erste Magneteinrichtung und/oder die zweite Magneteinrichtung verwirklicht werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Permanentmagnete in unmittelbaren körperlichen Kontakt stehen oder zumindest keine Zwischenschaltung von magnetflussleitenden oder magnetflussdämpfenden Materialien zwischen den Permanentmagneten vorgesehen ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die axial magnetisierten Permanentmagnete längs der Mittelachse eine geringere Ausdehnung als die radial magnetisierten Permanentmagnete aufweisen. Mit einer derartigen Konfiguration der axial magnetisierten, als Ringmagnete ausgebildeten Permanentmagnete lässt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung der ersten Magneteinrichtung und/oder der zweiten Magneteinrichtung bewirken. Die Aufgabe der axial magnetisierten Permanentmagnete ist primär darin zu sehen, den magnetischen Fluss der radial magnetisierten Permanentmagnete möglichst effizient umzuleiten, um eine vorteilhafte magnetische Kopplung zwischen benachbart angeordneten, radial magnetisierten Permanentmagneten zu gewährleisten.
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Bei einer alternativen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die radial magnetisierten Permanentmagnete längs der Mittelachse eine geringere Ausdehnung als die axial magnetisierten Permanentmagnete aufweisen. Eine derartige Konfiguration der Permanentmagnete ist dann von Vorteil, wenn die Permanentmagnete als Stabmagnete ausgebildet sind.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Linearantriebsvorrichtung mit einem kreiszylindrisch ausgebildeten Zylinderrohr und einem quaderförmig ausgebildeten Läufer, der das Zylinderrohr umgibt,
- 2 eine Längsschnittdarstellung der Linearantriebsvorrichtung gemäß der 1,
- 3 eine Detaildarstellung einer ersten Magneteinrichtung und einer zweiten Magneteinrichtung der Linearantriebsvorrichtung gemäß der 2,
- 4 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Linearantriebsvorrichtung mit einer im Wesentlichen rechteckigen Profilierung des Zylinderrohrs und des Läufers längs einer Mittelachse,
- 5 eine teilweise geschnittene Vorderansicht der Linearantriebsvorrichtung gemäß der 4, und
- 6 eine streng schematische Darstellung der ersten Magneteinrichtung und der zweiten Magneteinrichtung der zweiten Ausführungsform der Linearantriebsvorrichtung gemäß den 4 und 5.
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Eine in den 1 bis 3 dargestellte erste Ausführungsform einer Linearantriebsvorrichtung 1, die auch als kolbenstangenloser pneumatischer Antrieb bezeichnet werden kann, umfasst einen Stator 2 und einen linearbeweglich am Stator 2 gelagerten Läufer 3. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass der Stator 2 ein längs einer Mittelachse 4 erstrecktes, mit kreiszylindrischer Profilierung ausgebildetes Zylinderrohr 5 umfasst. Endseitig ist das Zylinderrohr 5 jeweils mit abdichtend angebrachten Abschlussstopfen 6, 7 versehen, von denen jeder einen als Bohrung 8, 9 symbolisierten Fluidanschluss aufweist.
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Der Läufer 3 wobei rein exemplarisch eine quaderförmig ausgebildete Außengeometrie auf und wird vom Stator 2 durchsetzt. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Stator 2 an einem nicht näher dargestellten Maschinengestell festgelegt wird und der Läufer 3 eine Linearbewegung längs der Mittelachse 4 relativ zum Stator 2 ausführen kann, sofern an einer der Bohrungen 8, 9 eine Druckbeaufschlagung, beispielsweise mit Druckluft, vorgenommen wird.
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Um diese Bewegung des Läufers 3 gegenüber dem Stator 2 zu bewirken, ist gemäß der 2 in einer Arbeitsausnehmung 10, die von einer Innenoberfläche 11 des Zylinderrohrs 5, einer Stirnfläche 12 des Abschlussstopfens 6, 7 sowie einer Ausnehmung 15 des Abschlussstopfens 6, 7 sowie einem linearbeweglich im Zylinderrohr 5 angeordneten Kolben 16 begrenzt wird, vorgesehen. Über die Bohrung 8 im Abschlussstopfen 6 kann eine Zufuhr und Abfuhr von druckbeaufschlagtem Fluid in die Arbeitsausnehmung 10 erfolgen. In Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen der Arbeitsausnehmung 10 gemäß der 2 und einer symmetrisch im abgeschnittenen Teil der in 2 dargestellten Linearantriebsvorrichtung 1 angeordneten, nicht gezeigten Arbeitsausnehmung vorherrschenden Druck kann eine Bewegung des Kolbens 16 längs der Mittelachse 4 bewirkt werden. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Kolben 16 in einer rein exemplarisch eingezeichneten Querschnittsebene 17 zumindest bereichsweise einen nicht näher dargestellten kreisförmigen Querschnitt aufweist, der nahezu dem ebenfalls nicht näher eingezeichneten Querschnitt des Zylinderrohrs 5 in der Querschnittsebene 17 entspricht. Für eine Abdichtung zwischen dem Kolben 16 und der Innenoberfläche 11 des Zylinderrohrs 5 ist ein Wellendichtring 18 vorgesehen, der in einer Nut 19 des Kolbens 16 aufgenommen ist. Ferner ist benachbart zur Nut 19 eine weitere Nut 20 vorgesehen, in der ein Gleitring 21 aufgenommen ist, der für eine bewegliche Führung des Kolbens 16 im Zylinderrohr 5 genutzt wird.
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Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass der Kolben 16 aus zwei spiegelbildlich zu einer Kolbenmittelebene 22 angeordneten Endstücken 23, die vorzugsweise identisch ausgebildet sind sowie einer Koppelstange 24, die die beiden Endstücke 23 miteinander verbindet, ausgebildet ist. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Koppelstange 24 in einer kreiszylindrischen Ausnehmung 25 des Endstücke 23 aufgenommen ist und endseitig mit einem Gewindeabschnitt 26 in einer Gewindebohrung 27 des Endstücks 23 festgelegt ist. Dabei sind eine Erstreckung der kreiszylindrischen Ausnehmung 25 und der Koppelstange 24 derart gewählt, dass zwischen den symmetrisch zur Kolbenmittelebene 22 angeordneten Endstücks 23 ein Aufnahmebereich 28 ausgebildet wird, der eine bezogen auf die Mittelachse 4 rotationssymmetrische Geometrie mit einer in der 2 erkennbaren rechteckigen Profilierung aufweist.
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In dem Aufnahmebereich 28 sind beispielhaft mehrere längs der Mittelachse 4, insbesondere in unmittelbaren Kontakt, aneinandergereihte, als Ringmagnete ausgebildete Permanentmagnete 29, 30, 31 und 32 angeordnet, die eine erste Magneteinrichtung 36 bilden. Innerhalb der ersten Magneteinrichtung 36 bilden beispielsweise die unmittelbar aneinandergereiht angeordneten Permanentmagnete 29, 30, 31 und 32 eine erste Magnetgruppe 38. Beispielhaft ist vorgesehen, dass ein Außendurchmesser der Permanentmagnete 29 bis 32 einem Außendurchmesser 33 des Endstücks 23 entspricht, während ein Innendurchmesser der Permanentmagnete 29 bis 32 einem Außendurchmesser 34 der Koppelstange 24 entspricht. Eine nähere Beschreibung der Gestaltung der Permanentmagnete 29 bis 32 erfolgt im Zusammenhang mit der Beschreibung der 3.
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Der Läufer 3 umfasst einen rein exemplarisch mit quaderförmiger Außengeometrie ausgebildeten Grundkörper 40 der von einer beispielhaft kreiszylindrisch ausgebildeten Bohrung 41 durchsetzt ist. In der Bohrung 41 sind spiegelbildlich zur Kolbenmittelebene 22 zwei mit kreisringförmiger Außengeometrie ausgebildete Führungshülsen 42 angeordnet, die an einer Innenoberfläche 43 mit einer ersten Ringnut 44 und einer zweiten Ringnut 45 versehen sind. In der ersten Ringnut 44 ist ein Wellendichtring 46 angeordnet, dessen flexible, umlaufende Dichtlippe auf einer Außenoberfläche 14 des Zylinderrohrs 5 anliegt. In der zweiten Ringnut 45 ist ein Gleitring 47 aufgenommen, der beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein kann und der für eine gleitbewegliche Lagerung des Läufers 3 auf der Außenoberfläche 14 des Zylinderrohrs 5 ausgebildet ist. Eine nach außen gewandte Stirnseite 48 der Führungshülse 42 liegt an einem Sicherungsring 49 an, der in einer Ringnut 50 festgelegt ist, die an der Innenoberfläche 43 der Bohrung 41 eingebracht ist. Die Aufgabe des Sicherungsrings 49 besteht in einer formschlüssigen axialen Festlegung der Führungshülse 42.
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Zwischen einander gegenüberliegenden Stirnseiten 51 der Führungshülse 42 ist ein kreisringförmiger Aufnahmeraum 52 ausgebildet, in dem als Ringmagnete ausgebildete Permanentmagnete 55, 56, 57 und 58 angeordnet sind. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete 55 bis 58 eine zweite Magneteinrichtung 37 bilden und hinsichtlich ihrer, nachstehend im Zusammenhang mit der 3 näher beschriebenen Magnetisierung, beispielhaft zwei Magnetgruppen 39 bilden.
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Zwischen einer kreiszylindrisch ausgebildeten Innenoberfläche 59 der als Ringmagnete ausgebildeten Permanentmagnete 55 bis 58 und der Außenoberfläche 14 des Zylinderrohrs 5 ist ein als Luftspalt ausgebildeter Arbeitsspalt 60 vorgesehen, in dem eine magnetische Wechselwirkung zwischen den Permanentmagneten 29 bis 31 des Kolbens 16 und den Permanentmagneten 55 bis 58 des Läufers 3 vorliegt. Diese magnetische Wechselwirkung ermöglicht eine Kraftübertragung zwischen dem Kolben 16 und dem Läufer 3 in Richtung der Mittelachse 4. Dementsprechend folgt der Läufer 3 einer linearen Bewegung des Kolbens 16, sofern durch eine Druckdifferenz zwischen den beiden Arbeitsausnehmungen 10 im Stator 2 eine Bewegung des Kolbens 16 längs der Mittelachse 4 erfolgt.
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Aus der Darstellung der 3, die die Permanentmagnete 29 bis 32 der ersten Magneteinrichtung 36 und die Permanentmagnete 55 bis 58 der zweiten Magneteinrichtung 37 nähert darstellt, ist erkennbar, dass sowohl die erste Magneteinrichtung 36 als auch die zweite Magneteinrichtung 37 jeweils als Ringmagnete ausgebildete Permanentmagnete 29 bis 32 und 55 bis 58 umfasst. Die in der 3 eingezeichneten Pfeile sollen die jeweilige Magnetisierung der einzelnen Permanentmagnete 29 bis 32 und 55 bis 58 symbolisierten. Beispielhaft ist vorgesehen, dass bei der ersten Magneteinrichtung 36 rein exemplarisch eine Anordnung von vier Permanentmagneten 29 bis 32 die erste Magnetgruppe 38 bilden, die einer Halbach-Anordnung entspricht. Beispielhaft sind die Permanentmagnete 29, 30, 31 und 32 längs der Mittelachse 4 unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet, so dass zwischen den einzelnen Permanentmagneten 29 bis 32 keine Materialien vorgesehen sind, die einen negativen Einfluss auf den magnetischen Fluss zwischen den Permanentmagneten 29 bis 32 der ersten Magneteinrichtung 36 bewirken würden.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet 29 in radialer Richtung nach innen also mit einer auf die Mittelachse 4 weisenden Magnetisierung versehen ist. Ferner ist vorgesehen, dass der Permanentmagnet 30 in axialer Richtung mit einer Magnetisierung versehen ist, die in eine positive Richtung parallel zur Mittelachse 4 weist. Der Permanentmagnet 31 ist mit einer radial nach außen orientierten Magnetisierung versehen. Der Permanentmagnet 32 ist mit einer axial orientierten Magnetisierung versehen, deren Magnetisierungsrichtung der des Permanentmagneten 30 entgegengesetzt ist und daher auch als negative Magnetisierungsrichtung bezeichnet werden kann.
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Beispielhaft ist ferner vorgesehen, dass der rein exemplarisch im Bereich der Kolbenmittelebene 22 angeordnete Permanentmagnet 32 als Bestandteil zweier Magnetgruppen 38 genutzt wird, da er auch mit den rechts angereihten Permanentmagneten 29, 30 und 31 in magnetischer Wechselwirkung steht. Durch diese Anordnung der Permanentmagnete 29 bis 32 wird an einer Außenoberfläche 35 der ersten Magneteinrichtung 36 ein maximaler magnetischer Fluss bereitgestellt, während an nicht bezeichneten axialen Stirnflächen sowie an einer ebenfalls nicht bezeichneten Innenoberfläche der ersten Magneteinrichtung 36 ein demgegenüber deutlich niedriger magnetischer Fluss vorliegt.
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Die Permanentmagnete 55 bis 58 der zweiten Magneteinrichtung 37 sind prinzipiell in gleicher Weise angeordnet wie die Permanentmagnete 29 bis 33 der ersten Magneteinrichtung 36, allerdings ist die Ausrichtung der axial magnetisierten Permanentmagnete 56 und 58 innerhalb der jeweiligen Magnetgruppe 39 entgegengesetzt zur Ausrichtung der Permanentmagnete 30 und 32 der ersten Magneteinrichtung 36 gewählt. Hiermit kann an der Innenoberfläche 59 der zweiten Magneteinrichtung 37 ein maximaler magnetischer Fluss bereitgestellt werden, während an nicht näher bezeichneten Stirnflächen sowie an einer ebenfalls nicht näher bezeichneten Außenoberfläche der zweiten Magneteinrichtung 37 ein demgegenüber niedriger magnetischer Fluss vorliegt.
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Um eine Beschädigung der zweiten Magneteinrichtung 37 bei einem Betrieb der Linearantriebsvorrichtung 1 zu verhindern, sind zwischen den jeweils außenliegenden Permanentmagneten 55 und 57 und den gegenüberliegenden Stirnseiten 51 der Führungshülse und 52 jeweils elastische O-Ringe 61 angeordnet, die eine elastische Kopplung zwischen der zweiten Magneteinrichtung 37 und dem Führungshülse 42 ermöglichen. Damit werden und dadurch Kraftspitzen reduziert, die bei einem hochdynamischen Betrieb des Kolbens 16 auftreten können.
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Eine in den 4 bis 6 näher dargestellte zweite Ausführungsform einer Linearantriebsvorrichtung 71 weist prinzipiell die gleiche Aufbauweise wie die Linearantriebsvorrichtung 1 auf, so dass nachfolgend lediglich auf die Unterschiede zwischen den beiden Linearantriebsvorrichtungen 1 und 71 eingegangen werden soll. Abweichend von der Linearantriebsvorrichtung 1 ist für die Linearantriebsvorrichtung 71 eine flache Bauweise vorgesehen, bei der der Stator 72 und der Läufer 73 längs der Mittelachse 74 jeweils mit einer im Wesentlichen rechteckigen Profilierung ausgeführt werden können. Diese flache Bauweise erfordert jedoch im Hinblick auf die Ausgestaltung der aus den Permanentmagneten 99, 100, 101, 102 ausgebildeten ersten Magneteinrichtung 116 als auch im Hinblick auf die aus den Permanentmagneten 125, 126, 127 und 128 ausgebildeten zweiten Magneteinrichtung 117 eine von der Linearantriebsvorrichtung 1 abweichende Gestaltung. Ein Einsatz der als Ringmagnete ausgebildeten Permanentmagnete 29 bis 31 und 55 bis 58 aus der ersten Linearantriebsvorrichtung 1 ist hierbei nicht vorgesehen. Vielmehr sind die Permanentmagnete 99 bis 102 und 125 bis 128 jeweils als Stabmagnete ausgebildet, deren in der 5 sichtbare längste Kanten 106 bzw. 129 jeweils parallel zueinander und quer zur Mittelachse 74 erstreckt sind. Wie aus der Darstellung der 6 entnommen werden kann, weisen die Stabmagnete 99 bis 102 sowie 125 bis 128 jeweils eine rechteckige Profilierung auf. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete 99 bis 102 sowie 125 bis 128 in Richtung ihrer längsten Kanten 106 bzw. 129 die gleiche Längenerstreckung auf.
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Ferner ist rein exemplarisch vorgesehen, dass die Permanentmagnete 99 bis 102 sowie 124 bis 128 entsprechend der Darstellung der 6 jeweils die gleiche Dicke 107 bzw. 130 aufweisen. Im Hinblick auf eine Erstreckung längs der Mittelachse 74 ist eine Breite 108 bzw. 131 der radial magnetisierten Permanentmagnete 99 und 101 der ersten Magneteinrichtung 116 bzw. der Permanentmagnete 125 und 127 der zweiten Magneteinrichtung 117 rein exemplarisch größer gewählt als eine Breite 109 bzw. 132 der axial magnetisierten Permanentmagnete 100 und 102 bzw. 126 und 128. Hierdurch wird eine besonders günstige Nutzung der jeweiligen magnetischen Effekte bezogen auf das Volumen der entsprechenden Permanentmagnete 99 bis 102 bzw. 125 bis 128 gewährleistet. Ferner wird die Wirkung der Permanentmagnete 125 bis 128 der zweiten Magneteinrichtung 117 durch Flussleitplatten 122 optimiert, die jeweils an Oberflächen der Permanentmagnete 125 bis 128 der zweiten Magneteinrichtung 117 anliegen, die der ersten Magneteinrichtung 116 abgewandt sind.
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Im Übrigen ist die Funktion der Linearantriebsvorrichtung 71 identisch mit der Funktionsweise der Linearantriebsvorrichtung 1, insbesondere ist bei der Linearantriebsvorrichtung 71 ebenfalls eine Bewegung des Läufers 73 gegenüber dem Stator 72 vorgesehen, wenn in den nicht näher dargestellten Arbeitsausnehmungen eine Druckdifferenz vorliegt, die zu einer Bewegung des ebenfalls nicht näher dargestellten Kolbens führt. Hierbei bewegt der Kolben den Läufer 73 aufgrund der magnetischen Kopplung zwischen der ersten Magneteinrichtung 116 und der zweiten Magneteinrichtung 117 mit. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass bei der Linearantriebsvorrichtung 71 die aus der Linearantriebsvorrichtung 1 bekannte Koppelstange 24 durch einen Koppelsteg 94 ersetzt ist, der rein exemplarisch als Planparallelplatte aus einem magnetflussleitenden Material hergestellt ist. Hierbei liegen die zugeordneten Permanentmagnete 99 bis 102 der ersten Magneteinrichtung 116 jeweils flächig an einander entgegengesetzten größten Oberflächen 95 und 96 des Koppelstrecke 94 an.
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Ferner ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete 99 bis 102 der ersten Magneteinrichtung 116 bezogen auf eine symmetrisch zum Koppelsteg 94 ausgerichtete und die Mittelachse 74 umfassende Symmetrieebene 97 spiegelbildlich angeordnet sind, wodurch sich an den Außenoberflächen 103 der aus den Stabmagneten 99 bis 102 gebildeten ersten Magnetgruppe 118 jeweils ein maximaler magnetischer Fluss einstellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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