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Die Erfindung betrifft eine Reckeinrichtung für eine Blasformstation mit einer Reckstange zum Recken eines Kunststoffrohlings in eine Blasform und mit einem Linearsteller, der mit der Reckstange verbunden ist und der eine elektrische Antriebseinrichtung mit einem Stator und einem Rotor umfasst, wobei der Stator ortsfest in einem Antriebsgehäuse angeordnet ist und der Rotor drehbeweglich gegenüber dem Stator gelagert und zur Bereitstellung einer Rotationsbewegung ausgebildet ist, sowie mit einer koaxial zu einer Rotationsachse der Antriebseinrichtung angeordneten Getriebeanordnung, die zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Rotors in eine Linearbewegung ausgebildet ist, wobei eine Gewindespindel der Getriebeanordnung drehfest mit dem Rotor verbunden ist und in axialer Richtung formschlüssig mit einer schiebebeweglich im Antriebsgehäuse aufgenommenen und mit einem Schubrohr verbundenen Spindelmutter gekoppelt ist, wobei das Schubrohr drehbeweglich und schiebebeweglich gegenüber der Gewindespindel gelagert ist und sich längs der Rotationsachse erstreckt und wobei der Rotor eine Ausnehmung aufweist, die zur Aufnahme der Gewindespindel, der Spindelmutter und des Schubrohrs ausgebildet ist.
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Die
DE 10 2007 008 023 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Blasformung von Behältern. Hierbei ist vorgesehen, einen Vorformling aus einem thermoplastischen Material nach einer thermischen Konditionierung innerhalb einer Blasform mit einer Reckstange zu recken und anschließend durch Blasdruckeinwirkung in einen Behälter umzuformen. Eine Positionierung der Reckstange erfolgt unter Verwendung eines elektromechanischen Reckstangenantriebes, bei dem eine Drehbewegung einer Motorwelle eines Servomotors hierbei durch eine mechanische Kopplungseinrichtung in eine Hubbewegung der Reckstange transformiert wird.
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Aus der
US 7,541,707 B2 ist ein beispielsweise für derartige Zwecke einsetzbarer elektrisch angetriebener Aktor bekannt, bei dem ein Spindelantrieb, der eine Gewindespindel und eine darauf angeordnete Spindelmutter umfasst, in einer zentrischen Ausnehmung eines Rotors eines als Hohlwellenmotor ausgebildeten Elektromotors angeordnet sind, wobei der Rotor drehbar gegenüber einem Stator gelagert ist, der den Rotor umgibt. Für die drehbare Lagerung des Rotors gegenüber dem Stator sind an einander entgegengesetzten Endbereichen des Rotors jeweils Lagermittel, die als Kugellager ausgeführt sein können, angeordnet. Ein erstes Lagermittel ist in einem ersten Endblock angeordnet, ein zweites Lagermittel ist in einem entfernt vom ersten Endblock angeordneten zweiten Endblock angeordnet, wobei sich zwischen den Endblöcken eine Schutzhülse erstreckt, in der der Stator des Elektromotors aufgenommen ist und die für eine mechanische Verbindung des ersten und zweiten Endblocks ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Reckeinrichtung bereitzustellen, bei der der Linearsteller in modularer Aufbauweise an unterschiedliche Einsatzanforderungen angepasst werden kann und bei der eine Prüfung einzelner Komponenten des Linearstellers auf Funktionsfähigkeit während des Herstellungsablaufs für den Linearsteller ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird für eine Reckeinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass an einander entgegengesetzten Endbereichen des Antriebsgehäuses jeweils Lagermittel für eine drehbewegliche Lagerung des Rotors angeordnet sind.
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Somit sind die für eine Funktion der elektrischen Antriebseinrichtung, die auch als Hohlwellenmotor bezeichnet werden kann, notwendigen Komponenten, insbesondere der Stator, der Rotor und die zugeordneten Lagermittel in dem Antriebsgehäuse vereint, so dass die Antriebseinrichtung auch ohne die übrigen Komponenten des Linearstellers wie die Getriebeanordnung, die die Gewindespindel und die Spindelmutter und gegebenenfalls auch das Schubrohr umfasst, auf ordnungsgemäße Funktion geprüft werden kann. Ferner ergibt sich durch eine derartige Ausgestaltung der Antriebseinrichtung der weitere Vorteil, dass durch Auswahl einer Getriebeeinrichtung aus einem Baukastensystem, das mehrere Getriebeeinrichtungen mit unterschiedlichen Abmessungen umfasst, in einfacher Weise eine Anpassung des Linearstellers an die jeweilige Bewegungsaufgabe vorgenommen werden kann. Durch eine Bereitstellung eines Baukastensystems, das mehrere unterschiedlich gestaltete Getriebeeinrichtungen umfasst, kann insbesondere eine einfache Anpassung des aufzubauenden Linearstellers an einen vorgebbaren linearen Stellweg vorgenommen werden. Beispielsweise kann durch Auswahl einer längeren oder kürzeren Getriebeanordnung ein linearer Verstellweg für den Stellantrieb in einfacher Weise vorgegeben werden, ohne dass hierzu Änderungen an der Antriebseinrichtung vorgenommen werden müssen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn ein freies Ende des Schubrohrs schiebebeweglich in einem Lagerschild aufgenommen ist und wenn zwischen dem Lagerschild und dem Antriebsgehäuse ein Distanzstück angeordnet ist, das für eine Kopplung des Lagerschilds mit dem Antriebsgehäuse ausgebildet ist. Das Lagerschild dient einerseits zur mechanischen Abstützung des Schubrohrs, damit dieses zumindest in einem begrenzten Umfang auch Querkräfte aufnehmen kann, die bei Erfüllung der Bewegungsaufgabe durch den Linearsteller auf das Schubrohr einwirken können. Ferner kann das Lagerschild gegebenenfalls die zusätzliche Aufgabe einer drehfesten Lagerung des Schubrohrs erfüllen, damit sich die Spindelmutter, die drehfest mit dem Schubrohr verbunden ist, bei einer Einleitung einer Drehbewegung vom Rotor auf die Gewindespindel nicht mitdrehen kann, da ansonsten nicht die gewünschte Umsetzung der Rotationsbewegung in die Linearbewegung erfolgen würde. Je nach Einsatzgebiet für den Linearsteller kann auch vorgesehen sein, dass das Schubrohr drehfest an einem vom Linearsteller zu bewegenden Hebelarm oder einer sonstigen Maschinenkomponente aufgenommen wird und ebenso das Antriebsgehäuse drehfest gelagert wird, so dass auf eine interne Verdrehsicherung für das Schubrohr oder die Spindelmutter verzichtet werden kann.
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Das Lagerschild ist mittels eines Distanzstücks mit dem Antriebsgehäuse gekoppelt, wobei das Lagerschild und das Antriebsgehäuse mittels des Distanzstücks derart verbunden sind, dass eine Übertragung von Drehmomenten zwischen dem Lagerschild und dem Antriebsgehäuse ermöglicht wird. Besonders bevorzugt sind die mechanischen Schnittstellen zwischen dem Lagerschild und dem Distanzstück und/oder zwischen dem Distanzstück und dem Antriebsgehäuse derart abgedichtet, dass hohe Anforderungen an eine Abschottung eines von diesen Komponenten umschlossenen Raumvolumens gegenüber einer Umgebung erfüllt werden können. Insbesondere werden durch die mechanischen Schnittstellen zwischen Lagerschild und Distanzstück bzw. zwischen Distanzstück und Antriebsgehäuse die Anforderungen zumindest gemäß IP65 erfüllt. Ergänzend oder alternativ sind die Außenoberflächen des Antriebsgehäuses und/oder des Distanzstücks und/oder des Lagerschilds ohne Hinterschnitte und/oder ohne Vertiefungen ausgebildet, so dass jeweils im Wesentlichen glatte Oberflächen gegeben sind, die gut zu reinigen sind, was insbesondere bei einer Verwendung des Linearstellers in Produktionsbetrieben der Lebensmittelindustrie von Bedeutung ist. Nach einer Auswahl einer geeigneten Getriebeanordnung zur Lösung der gestellten Bewegungsaufgabe kann das Distanzstück ebenfalls aus einem Baukastensystem ausgewählt und im Linearsteller verbaut werden, wobei sich die unterschiedlichen Distanzstücke in einem Baukastensystem, insbesondere ausschließlich, durch ihre Länge voneinander unterscheiden
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einem dem Lagerschild entgegengesetzten Ende des Antriebsgehäuses ein Sensorgehäuse angeordnet ist, das eine Sensoreinrichtung zur Abtastung des Rotors und/oder der Gewindespindel umfasst, wobei das Sensorgehäuse mit einer mechanischen Schnittstelle des Antriebsgehäuses gekoppelt ist. Das Sensorgehäuse kann insbesondere als abdichtender Abschlussdeckel für das Antriebsgehäuse ausgebildet sein und umfasst einen Sensor, der zur Ermittlung wenigstens eines rotationsbezogenen Kennwerts für den Rotor und/oder für die Gewindespindel ausgebildet ist. Beispielsweise kann als Sensor ein inkrementell oder absolut arbeitender Encoder vorgesehen sein, der dazu ausgebildet ist, die Drehung des Rotors und/oder der Gewindespindel zu ermitteln und daraus zumindest ein Ausgangssignal über die zurückgelegten Umdrehungen des Rotors und/oder der Gewindespindel zu erzeugen. Bevorzugt ist der Sensor als Absolutdrehungssensor ausgebildet, der dazu geeignet ist, die absolute Umdrehungsanzahl für den Rotor und/oder die Gewindespindel zu ermitteln, womit dann die axiale Position der Schubstange und der Spindelmutter längs einer Rotationsachse des Rotors ermittelt werden kann. Vorzugsweise ist die mechanische Schnittstelle des Sensorgehäuses für eine abdichtende Verbindung mit dem Antriebsgehäuse ausgestaltet, so dass auch für diese mechanische Schnittstelle die Anforderungen an die Abschottung des vom Sensorgehäuse und vom Antriebsgehäuse umschlossenen Raumvolumens gegenüber der Umgebung, insbesondere zumindest die IP 65, erfüllt werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung als eigenständig funktionsfähige und prüfbare Komponente ausgebildet ist. Dabei sind sowohl mechanische als auch elektrische Aspekte zu beachten. Vorzugsweise sind die elektrischen Anschlüsse der Antriebseinrichtung direkt vom Stator, der als Magnetspule oder Magnetspulenanordnung ausgebildet ist, durch das Antriebsgehäuse nach außen geführt, so dass auch eine Terminierung der zur elektrischen Versorgung des Stators vorgesehen Anschlusskabel, beispielsweise mit geeigneten Steckverbindern, bereits vor einer Endmontage des Linearstellers vorgenommen und geprüft werden kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Anschlusskabel derart konfektioniert werden, dass sie zusammen mit Sensorkabeln durch das Sensorgehäuse in die Umgebung geführt werden können, um die Anzahl von Kabeldurchführungen am Linearsteller so gering wie möglich zu halten. In diesem Fall erfolgt eine Funktionsprüfung der Antriebseinrichtung durch direkten Anschluss der Anschlusskabel an eine Prüfvorrichtung.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Gewindespindel formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Rotor gekoppelt ist. Für eine formschlüssige Verbindung zwischen Gewindespindel und Rotor kann eine Außenverzahnung an der Gewindespindel und eine korrespondierende, vorzugsweise geometrisch ähnliche, insbesondere kongruente, Innenverzahnung am Rotor vorgesehen sein. Bevorzugt sind die Innenverzahnung und die Außenverzahnung mit einem längs der Rotationsachse konstanten Querschnitt ausgeführt, so dass die außenverzahnte Gewindespindel längs der Rotationsachse in die Innenverzahnung des Rotors eingeschoben werden kann. Ergänzend oder alternativ wird die Gewindespindel mit dem Rotor stoffschlüssig verbunden, hierzu können Verbindungsverfahren wie Kleben, Löten, Schweißen, insbesondere Laserschweißen, eingesetzt werden.
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Bevorzugt umfasst der Rotor eine Hohlwelle, die an einer Außenoberfläche mit Magnetelementen versehen ist, um eine magnetische Wechselwirkung mit einer im Stator ausgebildeten Spulenwicklung zu ermöglichen und der Hohlwelle ist eine Nabe zugeordnet, die zur Aufnahme der Gewindespindel ausgebildet ist. Die Hohlwelle ist vorzugsweise dünnwandig ausgebildet und mit einer Nabe versehen, die für die Verbindung mit der Gewindespindel vorgesehen ist. Durch die dünnwandige Gestaltung der Hohlwelle wird einerseits eine geringe Masse für den Rotor gewährleistet, so dass der Linearsteller eine vorteilhafte Dynamik beim Beschleunigen und Abbremsen aufweist. Ferner wird durch die dünnwandige Gestaltung der Hohlwelle auch der Bauraum für die im Inneren des Rotors angeordnete Spindelmutter bereitgestellt, die ihrerseits die Gewindespindel umgreift. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Spindelmutter als Kugelumlauf ausgebildet ist, wodurch einerseits eine besonders reibungs- und/oder spielarme Kopplung mit der Gewindespindel erreicht werden kann und andererseits die Anforderungen an die Bereitstellung eines ausreichenden Bauraums in axialer und radialer Richtung erfüllt werden können. Die Aufgabe der Nabe besteht darin, eine Drehmomentübertragung zwischen der Hohlwelle und der Gewindespindel zu ermöglichen, somit ist es erforderlich, dass die Nabe drehfest mit der Hohlwelle verbunden ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Nabe nur über einen Bruchteil der Länge der Hohlwelle, rein exemplarisch beispielsweise über ca. 25 Prozent der Länge der Hohlwelle. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Hohlwelle und der Nabe schließt sich die Nabe als Fortsatz an die Hohlwelle an und ist an einem stirnseitigen Endbereich mit der Hohlwelle drehfest verbunden. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Hohlwelle eine einfache Gestaltung, insbesondere eine hülsenförmige Gestaltung mit kreisförmigem Querschnitt aufweist und dass andererseits die Nabe, die ohnehin eine aufwendigere Herstellung erfordert, einen Lagersitz für ein Lagermittel und gegebenenfalls auch eine Befestigungsgeometrie wie ein Gewinde zur Festlegung des Lagermittels umfasst. Eine Kopplung zwischen Gewindespindel und Nabe kann formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig vorgesehen sein. Für eine kraftschlüssige Kopplung der Gewindespindel mit der Nabe kann vorgesehen sein, dass die Nabe eine in Richtung der Rotationsachse konische Ausnehmung aufweist und die Gewindespindel einen korrespondierenden, insbesondere kongruenten, Konusabschnitt umfasst. Durch Einschieben des Konusabschnitts der Gewindespindel in die konusförmige Ausnehmung in der Nabe wird die drehfeste Kopplung zwischen Gewindespindel und Nabe erreicht. Zusätzlich können in axialer Richtung wirkende Sicherungsmittel wie eine Sicherungsmutter vorgesehen werden, die auf einen die Nabe durchsetzenden Endabschnitt der Gewindespindel aufgeschraubt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Antriebsgehäuse und der Hohlwelle ein erstes Lagermittel zur Aufnahme von Radialkräften, insbesondere ein Rillenkugellager, für die drehbewegliche Lagerung der Hohlwelle gegenüber dem Antriebsgehäuse, vorzugsweise als axiales Loslager, ausgebildet. Dieses erste Lagermittel dient zur Aufnahme von Querkräften, die auf die Hohlwelle einwirken können. Derartige Querkräfte können beispielsweise durch Unwuchten der Hohlwelle auftreten. Ferner können derartige Querkräfte auch auftreten, wenn eine Einleitung von Querkräften von der Gewindespindel auf die Nabe erfolgt und die Lagerung der Nabe diese Querkäfte nicht vollständig aufnehmen kann. Vorzugsweise ist das erste Lagermittel als Loslager ausgebildet, das schiebebeweglich auf der Hohlwelle oder auf im Antriebsgehäuse angeordnet ist, um eine statische Überbestimmung der Lagerung für die Hohlwelle zu vermeiden.
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Zweckmäßig ist es, wenn zwischen dem Antriebsgehäuse und der Nabe ein zweites Lagermittel zur Aufnahme von Radialkräften und von Axialkräften, vorzugsweise ein Schrägkugellagerpaar, insbesondere in X-Anordnung, für die drehbewegliche Lagerung der Nabe gegenüber dem Antriebsgehäuse, vorzugsweise als axiales Festlager, ausgebildet ist. Das zweite Lagermittel hat somit die Aufgabe, die während der Bewegung des Schubrohrs auftretenden Axialkräfte abzustützen, so dass das Schubrohr die gewünschte Bereitstellung von Druck- und/oder Zugkräften auf eine mit dem Schubrohr verbundene Maschinenkomponente wie beispielsweise einen Hebelarm, ausüben kann. Ferner dient das zweite Lagermittel auch zur Aufnahme von Radialkräften, die beispielsweise dadurch entstehen können, dass Querkräfte von der Maschinenkomponente auf das Schubrohr und von dort über die Gewindespindel und die Nabe auf die Hohlwelle eingeleitet werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform des zweiten Lagermittels ist ein Schrägkugellagerpaar, das ortsfest mit der Nabe und mit dem Antriebsgehäuse verbunden wird und das somit als Festlager für die Hohlwelle dient und sowohl axiale als auch radiale Kräfte aufnehmen kann. Bei einer X-Anordnung sind die beiden Schrägkugellager des zweiten Lagermittels derart ausgebildet und angeordnet, dass sich Achsen zwischen Berührpunkten von Lagerkörpern zwischen den jeweiligen Außenringen und den jeweiligen Innenringen der Schrägkugellager in einem gemeinsamen Punkt schneiden.
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Bevorzugt ist zwischen dem Antriebsgehäuse und dem Lagerschild eine Bremseinrichtung für den Rotor und/oder für die Gewindespindel angeordnet. Die Bremseinrichtung dient dazu, eine Rotation der Hohlwelle als Bestandteil des Rotors oder der Gewindespindel zu beeinflussen, um entweder ein selbsttätiges Verschieben des Schubrohrs bei Einleitung einer äußeren Zug- oder Druckkraft und/oder ein rasches Abbremsen der Rotationsbewegung des Rotors oder der Gewindespindel während der Durchführung einer Bewegung zu ermöglichen. Vorzugsweise ragt die Bremseinrichtung in den vom Distanzstück umschlossenen Hohlraum hinein, so dass eine optionale Anbringung der Bremseinrichtung keinen negativen Einfluss auf die Außenmaße des Linearstellers hat. Vorzugsweise ist die Bremseinrichtung als elektrische Bremseinrichtung ausgebildet, die wahlweise als Blockierbremse oder als Betriebsbremse ausgeführt sein kann. Bei einer Blockierbremse wird eine Bewegung des Rotors und/oder der Gewindespindel so lange verhindert, bis eine entsprechende elektrische Ansteuerung der Bremseinrichtung erfolgt. Vorzugsweise kann eine Bewegung des Rotors und/oder der Gewindespindel nur dann stattfinden, wenn eine Ansteuerung der Bremseinrichtung mit elektrischer Energie erfolgt, während in Abwesenheit der elektrischen Energie keine Bewegung von Rotor und/oder Gewindespindel erfolgen kann. Demgegenüber ist bei einer Ausgestaltung der Bremseinrichtung als Betriebsbremse eine Zufuhr von elektrischer Energie für den Fall vorzusehen, wenn eine Abbremsung des Rotors und/oder der Gewindespindel erfolgen soll. Vorzugsweise kann eine als Blockierbremse ausgebildete Bremseinrichtung auch als Betriebsbremse eingesetzt werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Bremseinrichtung eine drehfest mit dem Rotor oder der Gewindespindel gekoppelte Bremsscheibe und einen Aktor zur Aufbringung einer Axialkraft umfasst, um eine Normalkraft zwischen Bremsscheibe und Antriebsgehäuse einstellbar zu machen. Die Bremsscheibe ist somit zur Einleitung eines Bremsmoments auf den Rotor oder die Gewindespindel vorgesehen und wird zur Abbremsung des Rotors oder der Gewindespindel mit Hilfe des Aktors in einer Bewegungsrichtung parallel zur Rotationsachse gegen eine, insbesondere am Antriebsgehäuse oder am Aktor ausgebildete, ortsfeste Reibfläche gepresst. Die dabei vom Aktor aufgebrachte Normalkraft führt zu einem Reibmoment zwischen Bremsscheibe und Reibfläche, das von einem Reibungskoeffizienten einer Materialpaarung von Bremsscheibe und Reibfläche abhängig ist. Dieses Reibmoment wirkt auf den Rotor oder auf die Gewindespindel und reduziert die Rotationsenergie des Rotors und der Gewindespindel, so dass diese, vorzugsweise innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer, auf eine vorgebbare Rotationsgeschwindigkeit, insbesondere bis zum Stillstand, abgebremst werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aktor eine Magneteinrichtung umfasst und/oder die Bremsscheibe schiebebeweglich am Rotor oder an der Gewindespindel angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Bremseinrichtung als Blockierbremse ausgebildet, die in einem Zustand ohne Zufuhr elektrischer Energie eine Rotation des Rotors und der Gewindespindel verhindert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Aktor eine Magneteinrichtung umfasst, die ohne Zufuhr elektrischer Energie eine zur Blockierung des Rotors und der Gewindespindel ausreichende Normalkraft auf die Bremsscheibe und die Reibfläche ausübt, so dass das resultierende Bremsmoment eine zuverlässige Stillsetzung des Rotors und der Gewindespindel gewährleistet. Besonders bevorzugt umfasst die Magneteinrichtung eine Permanentmagnetanordnung und eine elektrische Spulenanordnung, wobei die elektrische Spulenanordnung wahlweise derart mit elektrischer Energie versorgt werden kann, dass sie die als Normalkraft auf die Bremsscheibe wirkenden Magnetkräfte der Permanentmagnetanordnung verstärkt oder schwächt. Bei einer Schwächung der Magnetkräfte der Permanentmagnetanordnung kann die Normalkraft derart reduziert werden, dass das resultierende Reibmoment geringer als das Drehmoment der bestromten Antriebseinrichtung ist, so dass sich eine Rotationsbewegung des Rotors und der Gewindespindel und eine damit verknüpfte Linearbewegung der Spindelmutter und des Schubrohrs einstellt. Bei einer der Verstärkung der Magnetkräfte der Permanentmagnetanordnung kann die Normalkraft derart erhöht werden, dass das resultierende Reibmoment größer als das Drehmoment der bestromten Antriebseinrichtung ist, so dass sich die Rotationsbewegung des Rotors und der Gewindespindel und eine damit verknüpfte Linearbewegung der Spindelmutter und des Schubrohrs abgebremst werden kann. Vorzugsweise sind die Permanentmagnetanordnung und die elektrische Spulenanordnung derart aufeinander abgestimmt, dass die ausschließlich von der Permanentmagnetanordnung auf die Bremsscheibe eingeleiteten Normalkräfte dazu ausreichen, eine Festlegung des Rotors und der Gewindespindel im Ruhezustand und eine ausreichende Abbremsung des Rotors und der Gewindespindel aus dem Bewegungszustand zu ermöglichen, während die elektrische Spulenanordnung derart dimensioniert ist, dass sie die Magnetkräfte der Permanentmagnetanordnung soweit aufheben kann, dass ein zumindest nahezu normalkraftfreier Betrieb der Bremseinrichtung ermöglicht wird. Durch eine Verschiebbarkeit der Bremsscheibe längs des Rotors oder der Gewindespindel wird erreicht, dass die Bremsscheibe für den Fall, dass keine oder nur geringe Normalkräfte ausgeübt werden, keine oder nur geringe Reibkräfte gegenüber der Reibfläche ausübt und dass für den Fall, dass hohe Normalkräfte bereitgestellt werden, auch eine weitgehende, insbesondere vollständige Einleitung dieser Normalkräfte von der Bremsscheibe auf die Reibfläche erfolgt. Bei einer ortsfest gelagerten Bremsscheibe hingegen muss entweder in Kauf genommen werden, dass die Bremsscheibe auch ohne Aufbringung von Normalkräften dauerhaft in Reibverbindung mit der Reibfläche steht oder dass für die Aufbringung eines Bremsmoments ein Teil der Normalkräfte für die Deformation der Bremsscheibe aufgewendet werden muss, um diese in Anlage an die Reibfläche zu bringen. Somit weist eine Bremseinrichtung mit verschieblich am Rotor oder an der Gewindespindel gelagerter Bremsscheibe einen höheren Wirkungsgrad auf und beeinträchtigt den Wirkungsgrad der Antriebseinrichtung nicht oder nur in sehr geringem Maße.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Bremsscheibe für eine Wechselwirkung mit Magnetkräften der Magneteinrichtung ausgebildet. Bevorzugt ist hierzu vorgesehen, dass die Bremsscheibe aus einem magnetisierbaren Material hergestellt ist oder zumindest magnetisierbare Materialbestandteile aufweist, so dass vom Aktor bereitgestellte Magnetkräfte unmittelbar zu einer magnetischen Wechselwirkung mit der Bremsscheibe und bei der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung zu einer Normalkraft, die zumindest im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Rotors gerichtet ist, führen. Die Bremsscheibe kann schiebebeweglich an einem Bremsscheibenträger angebracht, der seinerseits ortsfest, also drehfest und unverschiebbar am Rotor oder an der Gewindespindel gelagert ist. Vorzugsweise ist die Bremsscheibe mittels einer Federanordnung mit dem Bremsscheibenträger verbunden, wobei die Federanordnung derart ausgebildet ist, dass eine axiale Beweglichkeit der Bremsscheibe bei gleichzeitiger drehfester Lagerung gegenüber dem Bremsscheibenträger gewährleistet werden kann. Damit kommt dem Bremsscheibenträger die Aufgabe zu das durch Einwirkung von Normalkräften auf die Bremsscheibe hervorgerufene Bremsmoment auf den Rotor oder die Gewindespindel zu übertragen Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Bremsscheibenträger ebenfalls drehfest und schiebefest an dem Rotor oder der Gewindespindel angeordnet und die Bremsscheibe ist drehfest und schiebebeweglich am Bremsscheibenträger angeordnet. Dies kann beispielsweise durch parallel zur Rotationsachse ausgerichtete, stiftartige Befestigungsmittel gewährleistet werden, mit denen die Bremsscheibe am Bremsscheibenträger drehfest und schiebebeweglich festgelegt ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Reckstange einstückig mit dem Schubrohr verbunden ist. Hierdurch wird eine besonders stabile Kraftübertragung vom Linearsteller auf den Vorformling aus thermoplastischem Material ermöglicht.
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Bei einer alternativen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Reckstange und dem Schubrohr eine Kupplung angeordnet ist. Dies ermöglicht eine rasche Anpassung der Reckstange an unterschiedliche Einsatzbedingungen für die Reckeinrichtung. Beispielsweise kann eine Änderung der Geometrie der Reckstange erforderlich sein, wenn Änderungen an der Konditionierung des Vorformlings aus thermoplastischem Material, beispielsweise hinsichtlich der Verarbeitungstemperatur oder am Material des Vorformlings vorgenommen werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Reckeinrichtung zur Verwendung in einer Blasformstation mit einem Linearsteller und einer daran angebrachten Reckstange,
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2 eine perspektivische Explosions-Schnittdarstellung des Linearstellers gemäß der 1 mit den Komponenten: Antriebseinrichtung, Getriebeanordnung, Sensorgehäuse und Lagerschild, und
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3 eine ebene Schnittdarstellung des Linearstellers gemäß der 2.
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Eine in der 1 dargestellte Reckeinrichtung 60 umfasst einen nachstehend näher beschriebenen Linearsteller 1 und eine Reckstange 61, die exemplarisch einstückig mit einem Schubrohr 40 des Linearstellers 1 ausgebildet ist. Die Reckeinrichtung 60 ist zur Bereitstellung einer Linearbewegung längs einer Bewegungsachse 62 ausgebildet, um einen nicht dargestellten Vorformling aus einem thermoplastischen Material nach einer thermischen Konditionierung, insbesondere einer Erwärmung auf eine vorgebbare Zieltemperatur, innerhalb einer nicht dargestellten Blasform zu recken: Nach der Durchführung des Reckvorgangs wird der Vorformling von Innen mit einem druckbeaufschlagten Fluid, insbesondere Druckluft, nach außen gegen die nicht dargestellten Formwände der Blasform gedrückt, wobei eine Zuführung des Fluids exemplarisch über die Reckstange 61 mit Hilfe von nicht näher dargestellten Austrittöffnungen erfolgen kann. Die Reckstange 61 wird nach der Durchführung des Blasformvorgangs mit Hilfe des Linearstellers 1 in eine Ausgangsposition verfahren, um den nächsten Vorformling aufnehmen zu können. Aufgrund der nachstehend näher beschriebenen Ausführung des Linearstellers 1 als Hohlwellenmotor ist eine kompakte Bauweise, insbesondere längs der Erstreckung der Bewegungsachse 62 möglich, wodurch eine Integration der Reckeinrichtung 1 zum Ersatz von andersartigen, nicht dargestellten Reckeinrichtungen in eine ebenfalls nicht näher dargestellte Blasstation erleichtert wird.
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Der in den 2 und 3 näher dargestellte Linearsteller 1 ist zur Bereitstellung einer linearen Bewegung auf die in 1 dargestellte Reckstange 61 ausgebildet. Zu diesem Zweck umfasst der Linearsteller 1 eine elektrische Antriebseinrichtung 2, die mit einer Getriebeanordnung 3 verbindbar ist und die an einem hinteren Endbereich mit einem Sensorgehäuse 4 und an einem vorderen Endbereich mit einem Distanzstück 5 und einem Lagerschild 6 koppelbar ist.
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Dabei ist die Antriebseinrichtung 2 dazu vorgesehen, eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse 8 bereitzustellen, die von der Getriebeanordnung 3 in eine lineare Bewegung längs der Rotationsachse 8 umgesetzt wird. Die Antriebseinrichtung 2 ist exemplarisch als elektrischer Hohlwellenmotor ausgeführt, der einen Stator 9 und einen Rotor 10 umfasst. Dabei ist der Stator 9 ortsfest in einem Antriebsgehäuse 11 angeordnet, das exemplarisch aus drei nachstehend näher beschriebenen Abschnitten gebildet ist. Der Rotor 10 ist drehbeweglich gegenüber dem Stator 9 gelagert und umfasst mehrere an seinem Außenumfang in gleicher Umfangsteilung mit ihrer längsten Außenkante längs der Rotationsachse 8 ausgerichtete Magnetleisten 12. Die Magnetleisten 12 sind aus einem permanentmagnetischen Material hergestellt und ermöglichen in Kombination mit einer am Stator 9 ausgebildeten Spulenanordnung 15 magnetische Wechselwirkungen zwischen Rotor 10 und Stator 9. Durch diese Wechselwirkungen, die bei Beaufschlagung der Spulenanordnung 15 mit einem elektrischen Wanderfeld zu einem resultierenden, umlaufenden magnetischen Wanderfeld führen, kann die gewünschte Rotationsbewegung des Rotors 10 um die Rotationsachse 8 hervorgerufen werden. Die Spulenanordnung 15 umfasst mehrere, im Detail nicht näher dargestellte Planarspulen, die jeweils leicht gekrümmt an einen streifenförmigen Abschnitt eines Zylindermantels angeschmiegt sind und somit ein zylindrisches Raumvolumen umgeben, in dem der Rotor 10 angeordnet ist, und die jeweils getrennt elektrisch angesteuert werden können. Die Spulenanordnung 15 ist an einem äußeren Umfangsbereich von einem zylinderhülsenförmigen Rückschlussmantel 16 umgeben, der vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist. Der Rückschlussmantel 16 ist exemplarisch in einer beispielhaft kreiszylindrisch ausgebildeten Ausnehmung eines Mittelteils 17 des Antriebsgehäuses 11 aufgenommen. Dieses Mittelteil 17 weist beispielhaft einen längs der Rotationsachse zumindest im Wesentlichen konstanten Querschnitt auf und kann insbesondere als Aluminium-Strangpressteil ausgebildet sein. Jeweils an Endbereichen des Mittelteils 17 sind jeweils Lagerträger 18, 19 angebracht, die vorzugsweise in das Mittelteil 17 eingesteckt sind. Mechanische Schnittstellen zwischen dem Mittelteil 17 und den Lagerträgern 18, 19 sind exemplarisch jeweils derart ausgebildet, dass keine Spalte oder Ritzen offenbleiben, wenn die Lagerträger 18, 19 am Mittelteil 17 montiert sind. Damit wird die glatte Oberfläche des Mittelteils 17 nicht durch die daran angeordneten Lagerträger 18, 19 unterbrochen.
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Im vorderen Lagerträger 18 ist exemplarisch ein als Rillenkugellager 20 ausgebildetes erstes Lagermittel angeordnet, das mit einem Außenring 21 drehfest und schiebefest im vorderen Lagerträger 18 aufgenommen ist. Ein Innenring 22 des Rillenkugellagers 20 ist schiebebeweglich auf einer dem Rotor 10 zugehörigen Hohlwelle 23 aufgenommen. Die Hohlwelle 23 erstreckt sich exemplarisch nahezu über die gesamte Länge des Mittelteils 17, durchsetzt das Rillenkugellager 20 und den vorderen Lagerträger 18 und ragt in einer dem Mittelteil 17 entgegengesetzten Richtung über den vorderen Lagerträger 18 hinaus.
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Im hinteren Lagerträger 19 ist das zweite Lagermittel angeordnet, das exemplarisch als Schrägkugellager 24 ausgebildet ist. Ein Außenring 25 des Schrägkugellagers 24 ist drehfest und schiebefest im hinteren Lagerträger 19 aufgenommen, dies kann beispielsweise durch einen Preßsitz des Außenrings 25 im hinteren Lagerträger 19 erzielt werden. Exemplarisch wird der Außenring 25 des Schrägkugellagers 24 zusätzlich von einem Haltering 27, der mit dem hinteren Lagerträger 19 verbunden, insbesondere verschraubt, werden kann, zusätzlich festgelegt. Hierzu weist der Haltering 27 exemplarisch einen Ringbund 28 auf, der stirnseitig am Außenring 25 des Schrägkugellagers 24 anliegt und diesen im hinteren Lagerträger 19 festlegt. Ein Innenring 26 des Schrägkugellagers 24 ist ortsfest, also dreh- und schiebefest an einer Nabe 29 angeordnet. Die Nabe 29 greift exemplarisch mit einem Ringbund 30 in eine zylindrische Ausnehmung 31 der Hohlwelle 23 ein. Beispielhaft ist die Nabe 29 mit der Hohlwelle 23 durch eine Verschraubung, die mehrere am Umfang verteilte Schrauben 32 umfasst, ortsfest verbunden. An einem Abschnitt der Nabe 29, der abseits der Hohlwelle 23 liegt, ist ein Lagersitz 33 ausgebildet, auf dem der Innenring 26 des Schrägkugellagers 24 angeordnet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Innenring 26 mit einem Schraubring 34, der auf ein nicht näher dargestelltes Außengewinde an der Nabe 29 aufgeschraubt ist, ortsfest gesichert. Somit bildet das Schrägkugellager 24 ein Festlager für den Rotor 10. Die Nabe 29 ist mit einer beispielhaft in Richtung der Rotationsachse 8 konisch verjüngten Ausnehmung 35 versehen, wobei die Ausnehmung 35 an einem der Hohlwelle 23 abgewandten Endbereich der Nabe 29 eine Durchmessererweiterung 36 aufweist. Diese Durchmessererweiterung dient zur Aufnahme einer Sicherungsmutter 37, die eine axiale und damit auch drehfeste Festlegung einer Gewindespindel 38 in der Nabe 29 gewährleistet.
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Die Gewindespindel 38 ist Bestandteil der Getriebeanordnung 3, die zudem eine Spindelmutter 39 und ein Schubrohr 40 umfasst. Die Gewindespindel 38 weist einen Konusabschnitt 41 auf, der auf die Geometrie der konisch verjüngten Ausnehmung 35 in der Nabe 29 angepasst ist und der für eine reibschlüssige Festlegung der Gewindespindel 38 in der Nabe 29 genutzt wird. Ferner weist die Gewindespindel 38 einen Gewindeabschnitt 42 auf, der sich an den Konusabschnitt 41 anschließt und der für eine drehbewegliche und in axialer Richtung formschlüssige Kopplung mit der Spindelmutter 39 vorgesehen ist. An den Gewindeabschnitt 42 schließt sich in axialer Erstreckung der Gewindespindel 38 noch ein Führungsabschnitt 43 an, an dessen äußerstem Ende ein exemplarisch als Gleitbuchse 44 ausgebildetes Lagermittel für eine dreh- und schiebebewegliche Lagerung der Gewindespindel 38 gegenüber dem Schubrohr 40 angeordnet ist.
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Das Schubrohr 40 ist drehfest mit der Spindelmutter 39 verbunden, die ihrerseits in axialer Richtung formschlüssig in den Gewindeabschnitt 42 der Gewindespindel 38 eingreift und drehbeweglich gegenüber der Gewindespindel 38 ausgeführt ist. Somit wird eine freie rotatorische Bewegung der Spindelmutter 39 gegenüber der Gewindespindel 38 ermöglicht, während in axialer Richtung der Gewindespindel 38 eine translatorische Zwangskopplung zwischen Gewindespindel 38 und Spindelmutter 39 vorliegt. Dies bedeutet, dass bei einer Verdrehung der Gewindespindel 38 gegenüber der Spindelmutter 39 unter der Voraussetzung, dass eine gleichzeitige Drehbewegung der Spindelmutter 39 verhindert wird, eine translatorische Relativbewegung zwischen Spindelmutter 39 und Gewindespindel 38 auftritt, wobei die hierbei auftretende Verschiebung von der Anzahl der Umdrehungen der Gewindespindel 38 und der Steigung des am Gewindeabschnitt 42 ausgebildeten Gewindes abhängig ist. Vorzugsweise umfasst die Spindelmutter 39 einen nicht näher dargestellten Kugelumlauf, so dass zwischen Spindelmutter 39 und Gewindeabschnitt 42 mehrere nicht dargestellte kugelförmige Wälzkörper angeordnet sind, die zum einen den in axialer Richtung gewünschten formschlüssigen Eingriff der Spindelmutter 39 in den Gewindeabschnitt 42 sicherstellen und die andererseits die Drehbeweglichkeit der Spindelmutter 39 gegenüber der Gewindespindel 38 gewährleisten.
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Um eine Umsetzung einer Rotationsbewegung der Gewindespindel 38 in eine translatorische Bewegung des Schubrohrs 40 zu gewährleisten, ist eine drehfeste Abstützung des Verbunds aus Spindelmutter 39 und Schubrohr 40 gegenüber dem Antriebsgehäuse 11 notwendig. Diese Abstützung kann exemplarisch durch einen nicht dargestellten, in radialer Richtung ausgerichteten, im Lagerschild 6 angeordneten und in eine längs der Rotationsachse 8 erstreckte, nicht dargestellte schlitzförmige Ausnehmung im Schubrohr eingreifenden Stift gewährleistet werden, der verhindert, dass sich das schiebebeweglich im Lagerschild 6 aufgenommene Schubrohr 40 gegenüber dem Lagerschild 6 verdrehen kann. Bei einer anderen Ausführungsform des Linearstellers 1 ist keine Verdrehsicherung zwischen Spindelmutter 39 sowie Schubrohr 40 und dem Antriebsgehäuse 11 vorgesehen. Vielmehr wird die Verdrehsicherung zwischen dem Antriebsgehäuse 11 einerseits und der Spindelmutter 39 und dem Schubrohr 40 andererseits über die nicht dargestellte Maschine oder Vorrichtung gewährleistet, an der der Linearsteller 1 angebracht wird. Die Verdrehsicherung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass sowohl das Schubrohr 40 als auch das Antriebsgehäuse 11 bezüglich einer Verdrehung um die Rotationsachse 8 drehfest an der Maschine oder Vorrichtung gelagert werden.
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Im Lagerschild 6 ist ferner eine Lagerbuchse 45 angeordnet, die das Schubrohr 40 im Berührkontakt umgreift und eine Abstützung von Querkräften, die quer zur Rotationsachse 8 auf das Schubrohr 40 einwirken, ermöglicht. Ferner ist an einem nach außen gewandten Endbereich des Lagerschilds 6 eine umlaufend abdichtende Lippendichtung angeordnet, die ein Eindringen von Verschmutzungen und/oder Feuchtigkeit in ein vom Antriebsgehäuse 11, dem Lagerschild 6 und dem zwischen Antriebsgehäuse 11 und Lagerschild 6 angeordneten Distanzstück 5 begrenztes Raumvolumen verhindern soll.
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Vorteilhaft bei der dargestellten Ausführungsform des Linearstellers 1 ist es, dass die Hohlwelle 23 des Rotors mit einer Ausnehmung 31 versehen ist, die eine Aufnahme der Gewindespindel 38 und der Spindelmutter 39 ermöglicht, so dass hierfür kein zusätzlich Bauraum längs der Rotationsachse 8 zur Verfügung gestellt werden muss. Ferner ist vorteilhaft, dass die an einander entgegengesetzten Endbereichen des Antriebsgehäuses 11 jeweils in den Lagerträgern 18, 19 angeordneten Kugellager 20, 24 eine drehbewegliche Lagerung des Rotors 10 ohne zusätzliche Gehäusekomponenten sicherstellen, so dass die Antriebseinrichtung 2 als fertig geprüfte und gegebenenfalls konfigurierte oder parametrierte Komponente bereitgestellt werden kann.
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Das an einem dem Lagerschild 6 entgegengesetzten Ende des Antriebsgehäuses 11 angeordnete Sensorgehäuse 4 trägt einen als Endcoder ausgebildeten Sensor 47, der zur Abtastung des Rotors 10 und/oder der Gewindespindel 38 ausgebildet ist. Exemplarisch ist das Sensorgehäuse 4 derart mit einer mechanischen Schnittstelle des Antriebsgehäuses 11 gekoppelt, dass eine glatte Oberfläche des Linearstellers 1 auch im Bereich des Sensorgehäuses 4 gewährleistet ist.
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Bei der dargestellten vorteilhaften Ausführungsform des Linearstellers 1 ist am ersten Lagerträger 18 eine Bremseinrichtung 50 angeordnet, die einen Aktor 51, einen Bremsscheibenträger 52 und eine Bremsscheibe 53 umfasst. Exemplarisch ist der Aktor 51 drehfest am Lagerträger 18 angebracht und weist an einer der Bremsscheibe 53 zugewandten Oberfläche eine beispielhaft kreisringförmige Reibfläche 54 auf. Der Aktor 51 umfasst eine nicht näher dargestellte Spulenanordnung sowie eine ebenfalls nicht näher dargestellte Permanentmagnetanordnung. Dabei können sowohl die Spulenanordnung, bei geeigneter Beaufschlagung mit elektrischer Energie, als auch die Permanentmagnetanordnung Anziehungskräfte auf die Bremsscheibe 53 ausüben, die schiebebeweglich und drehfest mit dem ortsfest auf der Hohlwelle 23 gelagerten Bremsscheibenträger 52 gekoppelt ist. Die Bremsscheibe 53 kann beispielsweise mittels nicht dargestellter, in axialer Richtung elastischer und in Umfangsrichtung steifer Federmittel am Bremsscheibenträger 52 angebracht werden. Alternativ kann die Bremsscheibe ohne eine Rückstellwirkung von Federmitteln und mit axialem Spiel mit dem Bremsscheibenträger 52 verbunden, insbesondere vernietet, werden. Ohne eine Beaufschlagung der Spulenanordnung mit elektrischer Energie wirken lediglich die Magnetkräfte der Permanentmagnetanordnung auf die magnetisierbar ausgebildete Bremsscheibe 53. Diese Magnetkräfte sind dabei so bemessen, dass die Bremsscheibe 53 vom Aktor 51 angezogen wird und somit eine Normalkraft längs der Rotationsachse 8 auf die Bremsscheibe 53 ausgeübt wird, so dass diese auf die Reibfläche 54 gepresst wird. In Abhängigkeit von dem Reibungskoeffizienten, der sich aus der Materialpaarung Bremsscheibe-Reibfläche ergibt, stellt sich durch die auf die Bremsscheibe 53 eingeleitete Normalkraft ein Reibmoment gegenüber der Reibfläche 54 ein, das von der Bremsscheibe 53 auf den Bremsscheibenträger 52 und von dort auf die Hohlwelle 23 übertragen wird und das einem eventuell auf die Hohlwelle 23 einwirkenden, von außen aufgeprägten Drehmoment entgegenwirkt.
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Sofern eine Rotationsbewegung der Hohlwelle 23 und eine damit verbundene Linearbewegung des Schubrohrs 40 zugelassen werden soll, ist eine Schwächung des Magnetfelds der Permanentmagnetanordnung vorgesehen, das durch geeigneten Beaufschlagung der Spulenanordnung im Aktor 51 mit elektrischer Energie erfolgt, so dass die Normalkraft auf die Bremsscheibe 53 und somit das Bremsmoment reduziert wird oder gänzlich verschwindet. Hierdurch wird eine freie Drehbewegung der Hohlwelle 23 ermöglicht, so dass die Antriebsenergie, die an die Antriebseinrichtung 2 zur Verfügung gestellt wird, mit hohem Wirkungsgrad in eine Linearbewegung des Schubrohrs 40 umgesetzt werden kann.
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Sofern aus diesem Bewegungszustand der Hohlwelle 23 und des Schubrohrs 40 eine Abbremsung erfolgen soll, kann wahlweise eine passive Abbremsung der Rotationsbewegung der Hohlwelle 23 vorgesehen werden, in dem die Schwächung des Magnetfelds der Permanentmagnetanordnung ganz oder teilweise aufgehoben wird, so dass die Magnetkräfte der Permanentmagnetanordnung als Normalkräfte auf die Bremsscheibe 53 wirken, so dass diese reibschlüssig an der Reibfläche 54 anliegt und ein Bremsmoment hervorruft. Für einen Nothalt des Linearstellers 1 kann ergänzend auch vorgesehen werden, das Magnetfeld der Permanentmagnetanordnung mit Hilfe der Spulenanordnung im Aktor 51 zu verstärken, um dadurch eine maximale Bremsleistung durch hohe, auf die Bremsscheibe 53 als Normalkräfte einwirkende Magnetkräfte hervorzurufen.
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Bei einer derartigen Ausgestaltung der Bremseinrichtung 50 kann diese sowohl als Betriebsbremse als auch als Blockierbremse eingesetzt werden. Sofern lediglich ein Einsatz als Betriebsbremse vorgesehen ist, kann auf die Permanentmagnetanordnung verzichtet werden, so dass für die Aufbringung eines Bremsmoments eine elektrische Versorgung der Spulenanordnung vorgesehen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007008023 A1 [0002]
- US 7541707 B2 [0003]
