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Die
Erfindung betrifft eine lineare elektrische Maschine mit einem Primärteil und
einem mit diesem magnetisch zusammenwirkenden Sekundärteil, wobei
das Primärteil
oder das Sekundärteil
zumindest einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt
aufweist.
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Lineare
elektrische Maschinen weisen ein Primärteil und ein Sekundärteil auf,
wobei das Primärteil
und das Sekundärteil
Mittel zur Erzeugung und/oder Führung
magnetischer Felder aufweisen. Das Primärteil ist dabei das Teil, welches
eine elektrisch bestrombare Wicklung, bestehend beispielsweise aus
mehreren Spulen, aufweist. Das Sekundärteil weist in der Regel Permanentmagnete
auf, kann aber stattdessen auch eine bestrombare Wicklung aufweisen.
Ferner besteht die Möglichkeit,
dass das Primärteil
zwei aktive Mittel zur Erzeugung magnetischer Felder aufweist, wie
beispielsweise eine Wicklung und Permanentmagnete, wobei das Sekundärteil in
diesem Fall frei von aktiven Mitteln zur Erzeugung magnetischer
Felder ist und beispielsweise nur eine gezahnte Eisenreaktionsschiene
aufweist.
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Das
Primärteil,
auch als Stator bezeichnet, ist beispielsweise als bewegtes Teil
einer linear arbeitenden elektrischen Maschine mit einer ein- oder mehrphasigen
Wicklung ausgebildet. Das Sekundärteil
ist in diesem Fall als feststehendes Teil der elektrischen Maschine
ausgebildet. Bei linear ausgebildeten elektrischen Maschinen kann
aber auch das Primärteil
als feststehendes und das Sekundärteil
als bewegtes Teil ausgebildet sein. Ist das Primärteil als bewegtes Bauteil
ausgeführt,
spricht man von der sogenannten Kurzstatorbauweise. Ist das Primärteil dagegen
als feststehende Komponente ausgebildet, spricht man von der sogenannten
Langstatorbauweise.
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Primärteil und
Sekundärteil
weisen in der Regel ein Blechpaket, bestehend aus einzelnen Elektroblechen
auf, wobei am Blechpaket die Wicklung oder auch Permanentmagnete
zur Generierung bzw. Erzeugung magnetischer Felder angeordnet sind.
Die Einzelbleche werden in der Regel einzeln gestanzt und beispielsweise über Stanzpaketieren,
Schweißen,
Klammern oder Nieten zu Blechpaketen zusammengefügt.
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Um
den magnetischen Hauptfluss zwischen Primärteil und Sekundärteil zu
führen,
sind die einzelnen Elektrobleche üblicherweise gezahnt ausgeführt, d.
h. es sind abwechselnd Zähne
und Nuten vorhanden. Um jeweils einen Zahn und somit in den zwei benachbarten
Nuten des Zahns des Primärteils und/oder
Sekundärteils
ist eine Spule angeordnet, wobei sämtliche Spulen die Wicklung
bilden. Derartige spulentragende oder auch magnettragende Zähne werden
als Polzähne
bezeichnet.
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Lineare
elektrische Maschinen, insbesondere Linearmotoren, finden beispielsweise
Einsatz bei Positioniersystemen oder Handlingssystemen. Dabei werden
in der Regel die zu positionierenden bzw. zu transportierenden Bauteile,
d. h. das Transportgut, über
einen bestimmten Verfahrbereich bewegt bzw. transportiert.
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Es
gibt Anwendungen, bei welchen das Transportgut über einen Verfahrbereich zu
transportieren ist, wobei unterschiedliche Kraftanforderungen an
die eingesetzten Linearmotoren in Bezug auf das Transportgut über den
Verfahrbereich gestellt sind.
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Beispielsweise
gibt es bei Handlingssystemen oder Transferstraßen Bereiche, wo das Transportgut
lediglich von A nach B bewegt werden muss. Daneben gibt es jedoch
Bereiche, wo eine höhere magnetische
Kraft notwendig ist. Beispielsweise weisen Folienreckanlagen Bereiche
auf, in denen die Folie gereckt wird und Bereiche, in denen die
Folie lediglich transportiert wird. In denjenigen Bereichen, in welchen
die Folie gereckt, d. h. gestreckt, wird, müssen die Linearmotoren vergleichsweise
hohe magnetische Kräfte
aufbringen und in denjenigen Bereichen, in denen die Folie lediglich
zu transportieren ist, vergleichsweise niedrige magnetische Kräfte.
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Es
ist bekannt, beispielsweise diejenigen Verfahrbereiche mit geringeren
Kraftanforderungen anhand von Förderbändern zu
realisieren. In den Bereichen mit den höheren Kraftanforderungen werden hingegen
Linearmotoren eingesetzt. Nachteilig bei dieser Ausführungsform
ist, dass kein durchgängiges Motorenkonzept
vorhanden ist und Übergabestationen
von Linearmotor zu Förderband
bzw. umgekehrt eingerichtet sein müssen. Die Umsetzung einer derartigen
Anlage ist aufgrund der Übergabestationen vergleichsweise
kostenintensiv und aufwändig
in der Bereitstellung und Montage.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lineare elektrische
Maschine mit unterschiedlich ausgebildeten Bereichen bzw. Abschnitten bereitzustellen,
welche an die jeweiligen Anforderungen in Bezug auf den Einsatz
bzw. die Verwendung anpassbar sind.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 15 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind den abhängigen
Patentansprüchen zu
entnehmen.
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Die
erfindungsgemäße lineare
elektrische Maschine weist ein Primärteil und ein Sekundärteil auf,
wobei das Primärteil
und das Sekundärteil
magnetisch zusammenwirken. Da bei einer linearen elektrischen Maschine,
welche insbesondere als Linearmotor ausgebildet ist, sowohl das
Primärteil
als auch das Sekundärteil
als bewegtes Bauteil ausführbar
ist, weist entweder das Primärteil
oder das Sekundärteil verschiedene
Teilabschnitte auf. Dabei weist insbesondere jeweils das Teil der
linearen elektrischen Maschine die verschiedenen Teilabschnitte
auf, welches den Verfahrweg bildet, d. h. das feststehende Teil.
Es besteht aber auch die Möglichkeit,
dass das Primärteil
und/oder das Sekundärteil
verschiedenartig ausgebildete Teilabschnitte aufweisen. Je nach
Einsatzart des Li nearmotors können
Primärteil
und/oder Sekundärteil
entsprechend ausgebildet sein.
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Das
Primärteil
oder das Sekundärteil
weist zumindest einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt
auf, wobei der erste und der zweite Teilabschnitt Mittel zur Führung magnetischer
Felder aufweisen. Die Mittel zur Führung magnetischere Felder
sind ein oder mehrere Blechpakete, aus denen jeweils Primärteil und
Sekundärteil
aufgebaut sind. Ein Blechpaket weist dabei mehrere Einzelbleche
auf, die aus ferromagnetischem Material, insbesondere Eisen, hergestellt
sind. Diese einzelnen Bleche sind in der Regel gezahnt ausgeführt, wobei dann
an den Zähnen
oder den Nuten Mittel zu Erzeugung magnetischer Felder angeordnet
sein können.
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Erfindungsgemäß weist
der erste Teilabschnitt zumindest ein Mittel zur Erzeugung magnetischer
Felder auf. Somit weist das Primärteil
oder das Sekundärteil
verschiedene Teilabschnitte auf, wobei Teilabschnitte jeweils nur
Mittel zur Führung
magnetischer Felder aufweisen und andere Teilabschnitte zusätzlich Mittel
zur Erzeugung magnetischer Felder aufweisen. An die Teilabschnitte,
die nur Mittel zur Führung
magnetischer Felder aufweisen, sind vergleichsweise geringe magnetische
Kraftanforderungen gestellt. In den Abschnitten des Verfahrbereiches,
in denen jedoch höhere
magnetische Kräfte notwendig
sind, ist zumindest ein zusätzliches
Mittel zur Erzeugung magnetischer Felder angeordnet. Erfindungsgemäß sind die
Teilabschnitte entsprechend den gestellten Kraftanforderungen ausgeführt.
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Vorzugsweise
wird zur Führung
magnetischer Felder magnetisch leitfähiges Material, insbesondere
ferromagnetisches Material, verwendet. Magnetisch leitfähiges Material
ist Material, welches eine Permeabilitätszahl μr größer 1 (μr > 1) aufweist.
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Ferromagnetische
Materialien sind beispielsweise Eisen, Kobalt oder Nickel. Ferromagnetische Materialen
weisen eine hohe magnetische Permeabilität (auch magnetische Leitfähigkeit) auf.
Dadurch werden die magnetischen Feldlinien gut im Vergleich zum
umgebenden Material geleitet.
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In
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung weisen sowohl der erste und der zweite Teilabschnitt
Mittel zur Erzeugung magnetischer Felder auf, wobei der erste Teilabschnitt
jedoch gegenüber dem
zweiten Teilabschnitt ein weiteres Mittel zur Erzeugung magnetischer
Felder aufweist. Das bedeutet, dass in einem ersten Teilbereich
zwei aktive Mittel zur Erzeugung magnetischer Felder vorhanden sind und
im zweiten Abschnitt lediglich ein Mittel. Insbesondere ist in dem
ersten Teilbereich gegenüber
dem zweiten Teilbereich immer ein zusätzliches Mittel angeordnet,
so dass im ersten Teilbereich auch drei aktive Mittel gegenüber zwei
aktiven Mitteln im zweiten Teilbereich angeordnet sein können.
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Insbesondere
ist die erste Ausführungsform der
Erfindung derart ausgestaltet, dass das Primärteil als feststehendes und
längeres
Bauteil gegenüber
einem beweglichen Sekundärteil
ausgebildet ist (Langstatorbauweise). Das Primärteil weist eine Vielzahl an
Polzähnen
auf, wobei die Polzähne
im ersten Teilabschnitt mittels Dauermagneten, auch als Permanentmagnete
bezeichnet, ausgebildet sind. Im zweiten Teilabschnitt sind die
Polzähne
lediglich mittels ferromagnetischen Materials, insbesondere aus Eisen,
ausgebildet. Weiterhin ist an jedem Polzahn des Primärteils eine
Spule angeordnet. Sämtliche Spulen
des Primärteils
bilden das Wicklungssystem des Primärteils. Das Wicklungssystem
ist insbesondere als dreiphasiges Wicklungssystem für den Anschluss
an ein Drehstromnetz ausgebildet.
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Das
Sekundärteil
ist gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung lediglich mittels ferromagnetischen Materials ausgebildet,
d. h. das Sekundärteil
weist beispielsweise eine Zahnstruktur aus Eisenzähnen auf.
Das Sekundärteil
ist somit als Eisenreaktionsschiene ausgebildet.
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In
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist das Sekundärteil
als feststehendes Bauteil ausgebildet und weist somit verschiedene
Teilabschnitte auf. Insbesondere weist der erste Teilabschnitt als
Mittel zur Erzeugung magnetischer Felder dauermagnetisches Material
auf, wobei der zweite Teilabschnitt lediglich Mittel zur Führung magnetischer
Felder aufweist.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
ist das Primärteil
als bewegliches und kürzeres
Bauteil gegenüber
dem feststehenden Sekundärteil
ausgebildet (Kurzstatorbauweise). Das Sekundärteil weist eine Vielzahl an
Polzähnen
auf, wobei die Polzähne teilweise
mittels Dauermagneten ausgebildet sind und teilweise mittels Eisen
bzw. eisenhaltigen Materials ausgebildet sind. Das Primärteil ist
herkömmlich ausgebildet,
d. h. es weist eine Vielzahl an Polzähnen auf, wobei an jedem Polzahn
eine Spule angeordnet ist, welche das Wicklungssystem des Primärteils bilden.
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Die
erfindungsgemäße lineare
elektrische Maschine ist insbesondere als permanenterregter Synchronlinearmotor
ausgebildet.
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Erfindungsgemäß wird eine
lineare elektrische Maschine bereitgestellt, bei welcher jeweils
das den Verfahrweg bildende Teil derart ausgebildet ist, dass es
verschiedene Teilabschnitte aufweist, die jeweils an die entsprechenden
magnetischen Kraftanforderungen angepasst sind. Mittels derartiger
Linearmotoren können
Konzepte für
beispielsweise Handlingssysteme oder Transferstraßen realisiert werden,
wobei keine Übergabestationen
notwendig sind. Weitere Kosten können
eingespart werden, da das Magnetmaterial in den Abschnitten mit
geringeren Kraftanforderungen durch ferromagnetisches Material,
insbesondere Eisen, ersetzt ist.
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Erfindungsgemäß wird die
lineare elektrische Maschine für
eine Folienreckanlage verwendet. Mit Folienreckanlagen werden Kunststofffolien
hergestellt, wobei lineare elektrische Maschinen als Linearantriebsmotoren
einsetzbar sind.
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Bei
Folienreckanlagen wird in der Regel das von einem Extruder kommende
und über
eine Gießwalze
geleitete bahnförmige
thermoplastische Kunststoffmaterial üblicherweise zunächst durch
eine Längsreckstrecke
mit einer entsprechenden Längsreckvorrichtung
und anschließend
durch eine Querreckstrecke mit Querreckvorrichtung geführt.
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Die
Längsreckvorrichtung
enthält
eine Reihe von Reckwalzen, über
welche die Folienbahn mit großem
Umschlingungswinkel geführt
ist. Die Walzen am Ausgang der Längsreckstrecke
werden mit höherer
Geschwindigkeit angetrieben als die Walzen am Eingang der Strecke.
Infolge der unterschiedlichen Geschwindigkeit wird die Folie in
Längsrichtung
gereckt.
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In
der darauffolgenden Querreckeinrichtung wird die Folienbahn an ihren
Rändern
von Spannvorrichtungen erfasst und weitertransportiert. Beispielsweise
laufen Kettenbahnen in der Querreckeinrichtung divergierend auseinander,
so dass die Folie in ihrer Querrichtung gereckt wird.
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Vorteilhafterweise
ist eine Längsreckvorrichtung
derart ausgebildet, dass anstatt von Reckwalzen Linearmotoren vorgesehen
sind. Beispielsweise wird die Folienbahn an einem beweglichen Sekundärteil befestigt
und anschließend über den
Verfahrweg (Primärteil)
bewegt bzw. transportiert. In einem Ofenbereich, in welchem die
Folie gereckt (gestreckt) wird, benötigen die Motore vergleichsweise
hohe Kräfte.
In diesen Bereichen ist das Primärteil
derart ausgestaltet, dass es mehrere Mittel zur Erzeugung magnetischer
Felder, insbesondere Permanentmagnete und Spulen, aufweist, um die
erforderlichen magnetischen Kräfte
aufzubringen. In den restlichen Bereichen, die lediglich zum Transport
der Folie dienen, weist das Primärteil
nur ein Mittel zur Erzeugung magnetischer Kräfte, d. h. Spulen, auf.
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Entsprechend
einer Längsreckeinrichtung kann
auch eine Querreckeinrichtung mittels erfindungsgemäßer Linearmotoren
ausgebildet sein.
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden weitere Merkmale und Einzelheiten
der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dabei
sind in einzelnen Varianten beschriebenen Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle
Ausführungsbeispiele übertragbar.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße lineare
elektrische Maschine gemäß einer
ersten Ausführungsform
und
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2 eine
erfindungsgemäße lineare
elektrische Maschine gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt
eine lineare elektrische Maschine 1, welche als Linearmotor
ausgebildet ist, mit einem Primärteil 2 und
einem Sekundärteil 3.
Das Primärteil 2 ist
als bewegliches Bauteil ausgebildet, wobei die Bewegungsrichtung
des Primärteils 2 mittels des
Pfeils 14 dargestellt ist.
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Das
Primärteil 2 ist
beispielsweise anhand eines Blechpakets mit vielen Einzelblechen
aufgebaut, wobei die Einzelbleche gezahnt ausgeführt sind. Aufgrund der gezahnten
Einzelbleche entstehen die Polzähne 10,
wobei jeweils an einem Polzahn 10 eine Spule 11 angeordnet
ist. Die Spulen 11 sind als Zahnspulen ausgebildet, d.
h. um einen jeden Polzahn 10 ist eine Spule 11 angeordnet.
Derartige Zahnspulen nennt man auch konzentrierte Wicklung (im Gegensatz
zur verteilten Wicklung). Die Spulen 11 ergeben das Wicklungssystem
des Primärteils 2,
wobei insbesondere ein dreiphasiges Wicklungssystem zum Anschluss
an ein Drehstromnetz ausgebildet ist. Weiterhin ist das Primärteil 2 mit einem
Kunststoffverguss 13 vergossen. Der Verguss 13 fungiert
u. a. als elektrische Isolation und bietet Schutz vor Schmutz und
Staub.
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Das
Sekundärteil 3 ist
als feststehendes und längeres
Bauteil gegenüber
dem Primärteil 2 ausgebildet.
Das Sekundärteil 3 ist
in seiner axialen Länge entsprechend
dem notwendigen Verfahrweg ausgebildet.
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Das
Sekundärteil 3 weist
verschiedene Teilabschnitte 4, 5 auf, insbesondere
einen ersten Teilabschnitt 4 und einen zweiten Teilabschnitt 5.
Jeder Teilabschnitt 4 und 5 weist Mittel 6 zur
Führung
magnetischer Felder auf. Die Mittel 6 sind als ferromagnetisches
Material, wie beispielsweise Eisen, ausgeführt.
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Im
ersten Teilabschnitt 4 weist das Sekundärteil 3 die Polzähne 12 auf,
welche dauermagnetisches Material aufweisen. Beispielsweise sind
die Polzähne 12 anhand
von ein- oder mehrteiligen Permanentmagneten 7 ausgebildet.
Die Permanentmagnete 7, welche die Polzähne 12 bilden, stellen
die Mittel zur Erzeugung magnetischer Felder dar.
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Der
zweite Teilbereich 5 weist keine Mittel zur Erzeugung magnetischer
Felder auf. Die Polzähne 12 sind
ebenfalls mittels ferromagnetischen Materials, insbesondere Eisen,
ausgebildet und stellen Mittel zur Führung magnetischer Felder dar.
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Die
ersten Teilabschnitte 4 sind als Bereiche mit hohen magnetischen
Kräften
ausgebildet und der Teilabschnitt 5 ist als Bereich mit
vergleichsweise geringen magnetischen Kräften ausgebildet.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße lineare elektrische
Maschine 1 gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
Die lineare elektrische Maschine 1 weist das Primärteil 2 und
das Sekundärteil 3 auf.
Gemäß dieser
Ausführungsform
ist das Sekundärteil 3 als
bewegliches Bauteil ausgeführt,
wobei die Bewegungsrichtung der Pfeil 14 zeigt.
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Das
Primärteil 2 ist
als feststehendes Bauteil, auch als Stator bezeichnet, ausgebildet.
Das Primärteil 2 ist
gegenüber
dem Sekundärteil 3 länger ausgebildet,
weshalb diese Ausführungsform
auch als Langstatorbauweise bezeichnet wird. Die Ausführungsform
gemäß 1 wird
dagegen als Kurzstatorbauweise bezeichnet.
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Das
Primärteil 2 weist
den ersten Teilabschnitt 4 und den zweiten Teilabschnitt 5 auf.
Der erste Teilbereich 4, welcher der Abschnitt mit hohen
magnetischen Kraftanforderungen ist, weist zwei Mittel zur Erzeugung
magnetischer Felder auf. Das erste Mittel bilden die ein- oder mehrteilige
Permanentmagnete 7. Gemäß 2 sind
die Permanentmagnete in die Polzähne 10 integriert;
sie können
jedoch auch beliebig anders an den Polzähnen 10 angeordnet sein.
Die zweiten Mittel sind als Spulen 11 ausgebildet. Das
Primärteil 2 weist
mehrere Polzähne 10 auf, wobei
jeder Polzahn 10 eine Spule 11 trägt.
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Ferner
weist das Primärteil 2 den
Verguss 13 als elektrische Isolierung gegenüber der
Umwelt sowie als Schutzmantel vor Schmutz und Staub auf.
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Im
zweiten Teilabschnitt 5 ist nur ein Mittel zur Erzeugung
magnetischer Felder angeordnet, wobei das Mittel als Spulen 11 ausgebildet
ist. Im zweiten Teilabschnitt 5 weisen die Polzähne 10 anstatt Permanentmagnete,
wie im ersten Teilbereich 4, ferromagnetisches Material,
beispielsweise Eisen, auf, d. h. das dauermagnetische Material wird
durch Eisen ersetzt. Der zweite Teilbereich 5 ist für geringere Kraftanforderungen
vorgesehen. Die Mittel 6 zur Führung magnetischer Felder sind
ebenfalls mittels ferromagnetischen Materials, beispielsweise als
Eisenblechpaket, ausgebildet.
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Das
Sekundärteil 3 weist
die Polzähne 12 auf.
Da das Sekundärteil 3 keine
Mittel zur Erzeugung magnetischer Felder aufweist, ist es einfach und
kostengünstig
herzustellen. Beispielsweise kann das Sekundärteil massiv, geblecht, gegossen
oder gesintert ausgeführt
sein.