DE10138681C1 - Elektrodynamischer Lineardirektantrieb und Verfahren zur Herstellung seines Spulensystems - Google Patents

Abstract

Es wird ein elektrodynamischer Lineardirektantrieb (1) vorgeschlagen, der ein Spulensystem (2) mit mehreren koaxial aufeinander folgend angeordneten Antriebsspulen (3) aufweist. Im Innenraum oder am Außenumfang des Spulensystems (2) ist ein Magnetsystem (6) angeordnet, das als Bestandteil eines relativ zum Spulensystem (2) beweglichen Antriebsteils (8) ausgeführt ist. Auf der entgegengesetzten Seite des Magnetsystems (6) befindet sich innen oder außen am Spulensystem (2) eine Rückschlusseinrichtung (15). Zum Erhalt einer hohen Energiedichte liegen axial benachbarte Antriebsspulen (3) unmittelbar aneinander an. Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung des Spulensystems (2) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrodynamischen Lineardirekt­ antrieb sowie ein Verfahren zur Herstellung eines mehrere ko­ axial aufeinanderfolgend angeordnete Antriebsspulen enthal­ tenden Spulensystems eines elektrodynamischen Linearantrie­ bes.

Aus der DE 197 09 044 A1 geht ein als Linearmotor bezeichne­ ter elektrodynamischer Lineardirektantrieb hervor, der über ein getaktet mit einer Erregerspannung beaufschlagbares Spu­ lensystem und ein relativ zu dem Spulensystem bewegbares Mag­ netsystem verfügt. Das Magnetsystem ist Bestandteil eines re­ lativ zu dem Spulensystem in dessen Längsrichtung beweglichen Abtriebsteils. Durch Erregung des Spulensystems kann das Mag­ netsystem und mit diesem das gesamte Abtriebsteil zu einer Linearbewegung veranlasst werden.

Einen ähnlichen Linearmotor, einschließlich eines Verfahrens zur Herstellung des zugehörigen Spulensystems, beschreibt die US 4 460 855. Das Spulensystem dieses Linearmotors setzt sich aus zwei jeweils durchgehend verdrahteten Spulenteilsystemen zusammen, die jeweils mehrere mit einem Zwischenraum beabstandete Antriebsspulen enthalten. Zwischen benachbarten Antriebsspulen verläuft, auf Höhe des Außenumfangs, ein Über­ brückungsabschnitt des durchgehenden Spulendrahtes. Sämtliche Antriebsspulen sind koaxial zueinander angeordnet, wobei die Antriebsspulen des einen Spulenteilsystems in dem zwischen zwei aufeinanderfolgenden Antriebsspulen des anderen Spulen­ teilsystems befindlichen Zwischenraum angeordnet sind. Die jeweiligen Überbrückungsabschnitte der Spulendrähte des einen Spulensystems passieren dabei die im überbückten Zwischenraum des anderen Spulenteilsystems vorhandenen Antriebsspulen im Bereich ihres Außenumfanges.

Um eine möglichst hohe Leistungs- bzw. Energiedichte zu er­ halten, sollten innerhalb des Spulensystems eines Lineardi­ rektantriebes möglichst geringe Luftspalte auftreten. Die daraus resultierenden Anforderungen an den Wickelvorgang bei der Herstellung des Spulensystems sind relativ hoch und wir­ ken sich nachteilig auf die Herstellungskosten aus.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrodyna­ mischen Lineardirektantrieb sowie ein Verfahren zur Herstel­ lung des Spulensystems eines Lineardirektantriebs zu schaf­ fen, wobei mit geringem Aufwand eine hohe Leistungsdichte re­ alisierbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein elektrodynamischer Linear­ direktantrieb vorgesehen, mit einem mehrere koaxial aufeinan­ derfolgende und ohne Zwischenraum unmittelbar aneinander an­ liegende Antriebsspulen enthaltenden Spulensystem, das von einer getakteten Erregerspannung beaufschlagbar ist, mit ei­ nem im Innenraum oder am Außenumfang des Spulensystems ange­ ordneten, mehrere axial aufeinanderfolgend angeordnete Perma­ nentmagnete enthaltenden Magnetsystem, das als Bestandteil eines relativ zu dem Spulensystem in dessen Längsrichtung be­ weglichen Antriebsteils ausgeführt ist, und mit einer auf der entgegengesetzten Seite des Magnetsystems innen oder außen am Spulensystem vorgesehenen Rückschlusseinrichtung, wobei das Spulensystem aus wenigstens zwei jeweils durchgehend ver­ drahteten Spulenteilsystemen besteht, die jeweils mehrere ko­ axial mit einem Zwischenraum beabstandete Antriebsspulen ent­ halten, wobei zwischen axial benachbarten Antriebsspulen ei­ nes jeweiligen Spulenteilsystems ein den axialen Zwischen­ raum auf Höhe des Außenumfanges des betreffenden Spulensys­ tems überbrückender Überbrückungsabschnitt des Spulendrahtes verläuft, der die in dem Zwischenraum angeordnete(n) An­ triebsspule(n) des mindestens einen weiteren Spulenteilsys­ tems am Außenumfang passiert, und wobei die Spulenteilsyste­ me, für sich allein gesehen, jeweils eine selbsttragende, formstabile, kammartige Struktur mit zueinander koaxialen An­ triebsspulen bilden und quer zu ihrer Längsachse ineinander greifen, so dass die Antriebsspulen der Spulenteilsysteme ab­ wechselnd aufeinanderfolgend angeordnet sind.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrere koaxial aufeinander­ folgend angeordnete Antriebsspulen enthaltenden Spulensystems eines elektrodynamischen Lineardirektantriebes, wobei wenigs­ tens zwei durchgehend verdrahtete Spulenteilsysteme getrennt voneinander gefertigt werden, die jeweils mehrere koaxial mit einem Zwischenraum beabstandete Antriebsspulen enthalten, zwischen denen, auf Höhe des Außenumfanges, ein Überbrü­ ckungsabschnitt des durchgehenden Spulendrahtes verläuft, so dass sich eine kammartige Struktur ergibt, und wobei diese kammartig strukturierten Spulenteilsysteme quer zu ihrer Längsstreckung ineinander gesteckt werden, so dass sämtliche Antriebsspulen koaxial zueinander angeordnet sind und die je­ weiligen Überbrückungsabschnitte der Spulendrähten eines Spu­ lenteilsystems die in den überbrückten Zwischenraum einge­ steckten Antriebsspulen der übrigen Spulenteilsysteme am Au­ ßenumfang passieren.

Auf diese Weise ist mit relativ einfachen Maßnahmen ein Spu­ lensystem und ein damit ausgestatteter Lineardirektantrieb realisierbar, bei dem auf Trennwände zwischen benachbarten Antriebsspulen verzichtet werden kann und somit ein Ausfüllen des gesamten Volumens mit dem Kupfermaterial der Antriebsspulen er­ folgen kann, was einen hohen Kupferfüllgrad und dementsprechend ei­ ne sehr hohe Energiedichte liefert. Eine Folge dieser dicht gepackten Spulenanordnung ist die Realisierbarkeit hoher Stellkräfte. Dabei wird die Herstellung der Spulenanordnung durch den Umstand begünstigt, dass die Spulenteilsysteme als kammartige Strukturen ausgebildet sind, die quer zu ihrer Längsachse ineinander greifen. Es besteht somit die Möglich­ keit die Spulenteilsysteme getrennt voneinander zu fertigen und den Zusammenbau dadurch zu realisieren, dass man die ent­ standenen kammähnlichen Strukturen der Spulenteilsysteme längsseits ineinander steckt, wobei Antriebsspulen des je­ weils einen Spulenteilsystems in den Zwischenraum zwischen benachbarten Antriebsspulen des oder der jeweils anderen Spu­ lenteilsystems bzw. Spulenteilsysteme eingreifen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Un­ teransprüchen hervor.

Bei dem erfindungsgemäßen Lineardirektantrieb kann bei Bedarf ein Spulenträger für das Spulensystem entfallen. Insbesondere kann das Spulensystem unmittelbar oder allenfalls unter Zwi­ schenschaltung lediglich einer dünnen Isolationsschicht an der Rückschlusseinrichtung anliegen, sodass auch hier keine nennenswerten Zwischenräume auftreten.

Auf Basis der Erfindung können unterschiedliche Konzepte von Lineardirektantrieben realisiert werden. Es ist beispielswei­ se möglich die Rückschlusseinrichtung rohrförmig auszubilden und das Spulensystem innerhalb der Rückschlusseinrichtung an­ zuordnen, sodass es von der Rückschlusseinrichtung außen ko­ axial umschlossen wird. Ferner besteht die Möglichkeit die Rückschlusseinrichtung stabförmig auszubilden und in dem von dem Spulensystem umgrenzten Innenraum zu platzieren, sodass sie von dem Spulensystem koaxial umschlossen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich besonders einfach durchführen, wenn man die einzelnen Spulenteilsysteme nach dem Wickeln verbackt, sodass sich selbsttragende, formstabile Strukturen ergeben.

Das Wickeln der Spulenteilsysteme erfolgt zweckmäßigerweise auf einem Wickelwerkzeug, das axial beabstandete ringnutarti­ ge Wickelkammern enthält, in die der Spulendraht zum Herstel­ len der Antriebsspulen eingewickelt wird.

Die Wickelkammern sind bei dem verwendeten Wickelwerkzeug zweckmäßigerweise an einem Werkzeugmantel vorgesehen, der aus mehreren Mantelsegmenten besteht, die am Außenumfang eines länglichen Werkzeugkerns mit Abstand zueinander platziert werden und die man zum "Entformen" des hergestellten Spulen­ teilsystems nach radial innen in den Innenraum des Spulen­ teilsystems verlagern kann, nachdem man zuvor den Werkzeug­ kern herausgezogen hat.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 bis 6 verschiedene Stadien eines Verfahrens zur Herstel­ lung eines Spulensystems für einen elektrodynami­ schen Lineardirektantrieb,

Fig. 7 in schematischer Darstellung einen elektrodynami­ schen Lineardirektantrieb, der mit dem gemäß Fig. 1 bis 6 hergestellten Spulensystem ausgestattet ist,

Fig. 8 die bei dem Lineardirektantrieb gemäß Fig. 7 vor­ handene Einheit aus Spulensystem und Rückschluss­ einrichtung in teilweise aufgebrochener Darstel­ lungsweise und

Fig. 9 eine alternative Bauform eines elektrodynamischen Lineardirektantriebes, der mit einem erfindungsge­ mäß hergestellten Spulensystem ausgestattet ist.

Die Fig. 7 und 9 zeigen jeweils, in schematischer Darstel­ lung, einen elektrodynamischen Lineardirektantrieb 1 in per­ spektivischer Darstellung.

Bei beiden Bauformen ist ein Spulensystem 2 vorhanden, das über mehrere koaxial aufeinanderfolgend angeordnete Antriebs­ spulen 3 verfügt.

Das Spulensystem 2 setzt sich bei beiden Ausführungsformen aus mehreren Spulenteilsystemen 4a, 4b zusammen, die in Fig. 5 und 6 einzeln abgebildet sind. Jedes Spulenteilsystem 4a, 4b verfügt über eine Mehrzahl zueinander koaxialer und axial aufeinanderfolgend angeordneter Antriebsspulen 3, die zur besseren Unterscheidung zusätzlich mit Bezugsziffern 3a bzw. 3b bezeichnet sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind insgesamt zwei Spulenteilsysteme 4a, 4b vorhanden. Der Lineardirektantrieb gemäß Fig. 9 ist mit drei derartigen Spulenteilsystemen aus­ gestattet, wobei die Antriebsspulen 3 des dritten Spulenteil­ systems ergänzend mit Bezugsziffer 3c bezeichnet sind.

Innerhalb eines jeweiligen Spulensystems 2 sind die Spulen­ teilsysteme 4a, 4b zweckmäßigerweise so angeordnet, dass die Antriebsspulen 3a, 3b bzw. 3a, 3b, 3c abwechselnd aufeinan­ derfolgend angeordnet sind.

Mittels nicht näher dargestellter Ansteuerungsmittel kann das Spulensystem 2 mit einer getakteten Erregerspannung beauf­ schlagt werden, wobei die Spulenteilsysteme in zeitlichem Ab­ stand zueinander wiederkehrend elektrisch erregt werden. Auf diese Weise wird ein in Richtung der Längsachse 5 des Spulen­ systems 2 wanderndes Magnetfeld erzeugt.

Jeder Lineardirektantrieb 1 ist ferner mit einem permanent­ magnetischen Magnetsystem 6 ausgestattet, das in Fig. 7 le­ diglich strichpunktiert dargestellt ist. Das Magnetsystem 6 enthält mehrere axial aufeinanderfolgend angeordnete Perma­ nentmagnete 7, die beim Ausführungsbeispiel ringförmig ausge­ bildet sind. Zweckmäßigerweise liegt eine radiale Polarisie­ rung der Permanentmagnete 7 vor, wobei unmittelbar benachbar­ te Permanentmagnete 7 entgegengesetzt gepolt sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ist das Magnetsystem 6 am Außenumfang des Spulensystems 2 angeordnet und um­ schließt dieses koaxial. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 9 befindet sich das Magnetsystem 6 im Innenraum des Spulensys­ tems 2 und wird von diesem umschlossen.

Das Magnetsystem 6 ist als Bestandteil eines relativ zu dem Spulensystem 2 in dessen Längsrichtung beweglichen Abtriebs­ teils 8 ausgebildet. Die mögliche Linearbewegung des Ab­ triebsteils 8 ist in Fig. 7 und 9 bei 12 durch einen Dop­ pelpfeil angedeutet.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 7 sitzt das Magnetsystem 6 koaxial an der Innenfläche eines rohrförmigen Magnetträgers 13, der in nicht näher gezeigter Weise mit Mitteln ausgestat­ tet ist, die die Befestigung eines zu bewegenden Gegenstandes ermöglichen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 9 ist der Magnetträger 13 stangenförmig ausgebildet und ragt an einer Stirnseite aus dem hohlzylindrischen Spulensystem 2 heraus. Dieser ist stirnseitig mit Befestigungsmitteln 14 zur Befes­ tigung eines zu bewegenden Gegenstandes versehen.

Bei beiden Lineardirektantrieben fungiert das Spulensystem 2 als Stator und das Magnetsystem 6 als diesbezüglich linear beweglicher Läufer. Zur ortsfesten Fixierung des Spulensys­ tems 2 kann eine Rückschlusseinrichtung 15 herangezogen wer­ den, die den magnetischen Rückschluss der Magnetfelder be­ günstigt. Die Rückschlusseinrichtung 15 ist auf der dem Mag­ netsystem 6 entgegengesetzten Innen- bzw. Außenseite des Spu­ lensystems 2 platziert und befindet sich mithin beim Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 7 im Innenraum des Spulensystems 2 und beim Ausführungsbeispiel der Fig. 9 am Außenumfang des Spulensystems 2.

Die Rückschlusseinrichtung 15 besteht aus einem ferromagneti­ schen Körper, der beim Ausführungsbeispiel der Fig. 7 stab­ förmig ausgebildet ist und vom Spulensystem 2 koaxial um­ schlossen wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist die Rückschlusseinrichtung 15 rohrförmig ausgebildet und das Spu­ lensystem 2 außen koaxial umschließend angeordnet.

Spulensystem 2 und Rückschlusseinrichtung 15 sind in der Längsrichtung relativ zueinander unbeweglich. Beim Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 9 ist die Rückschlusseinrichtung 15 von einem Hüllrohr 16 umgeben, das praktisch das Gehäuse des Lineardirektantriebes 1 bildet. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ist die Rückschlusseinrichtung 15 rückseitig in nicht näher dargestellter Weise an einer Haltestruktur befes­ tigt.

Wird das Spulensystem 2 mit einer getakteten Erregerspannung beaufschlagt, kooperieren die elektromagnetischen Felder mit den permanentmagnetischen Feldern des Magnetsystems 6 und ru­ fen die Linearbewegung 12 des Magnetsystems 6 bzw. des mit diesem ausgestatteten Abtriebsteils 8 relativ zum ortsfesten Spulensystem 2 und der Rückschlusseinrichtung 15 hervor. Die­ se Linearbewegung lässt sich abgreifen, um beispielsweise ei­ nen Gegenstand zu bewegen. Einsatzmöglichkeiten ergeben sich beispielsweise auf dem Sektor der Automatisierungstechnik im Zusammenhang mit Fertigungs- und Montageaufgaben.

Die Lineardirektantriebe sind in der Lage, hohe Stellkräfte auszuüben. Die Ursache hierfür liegt vor allem in der hohen Energiedichte des Spulensystems 2. Diese ist auf ein Minimum an Luftspalten zurückzuführen, unter anderem bedingt durch die Tatsache, dass axial beabstandete Antriebsspulen 3 des Spulensystems 2 ohne Zwischenraum unmittelbar aneinander an­ liegen. Diese Kontaktbereiche sind in der Zeichnung bei 17 kenntlich gemacht.

Während konventionelle Linearmotoren über ein Spulensystem verfügen, bei dem die Antriebsspulen auf einem gesonderten und meist aus Kunststoffmaterial bestehenden formstabilen Spulenträger gewickelt sind, wird bei den abgebildeten Line­ ardirektantrieben auf einen solchen Spulenträger verzichtet. Dadurch entfällt auch die bei solchen Spulenträgern übliche Trennwand zwischen benachbarten Antriebsspulen 3, mit der Folge, dass letztere sich berühren können und keine oder zu­ mindest nur sehr geringe Luftspalte vorhanden sind.

Durch den Entfall eines separaten Spulenträgers besteht fer­ ner die bei den Ausführungsbeispielen realisierte Möglich­ keit, dass die Antriebsspulen 3 an der zugeordneten Rück­ schlusseinrichtung 15 unmittelbar anliegend ausgeführt wer­ den, so dass auch in dem in der Zeichnung durch Bezugsziffer 18 markierten Übergangsbereich zwischen den Antriebsspulen 3 und der Rückschlusseinrichtung 15 keine Zwischenräume vorhan­ den sind. Allerdings kann, wenn dies als zweckmäßig erachtet wird, eine dünne Isolationsschicht zwischengefügt werden, die jedoch folienartig oder blattartig dünn ausgebildet werden kann, da sie keinerlei Tragfunktion hat und folglich auch keine Eigensteifigkeit benötigt.

Die spaltlosen Kontaktbereiche 17 zwischen benachbarten An­ triebsspulen 3 sowie die spaltlosen Übergangsbereiche 18 zwi­ schen den Antriebsspulen 3 und der Rückschlusseinrichtung 15 gehen besonders deutlich aus der teilweise aufgebrochenen Ab­ bildung der Fig. 8 hervor. Dort ist in Einzeldarstellung ein auf einer stabförmigen Rückschlusseinrichtung 15 platziertes Spulensystem 2 abgebildet, wie es bei dem Lineardirektantrieb gemäß Fig. 7 zum Einsatz gelangt.

Weitere Details des vorteilhaften Aufbaues der Lineardirekt­ antriebe gehen auch aus Fig. 1 bis 6 hervor, die ein be­ sonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des Spulen­ systems 2 und dessen Komplettierung mit einer Rückschlussein­ richtung 15 zeigen. Das Herstellungsverfahren bezieht sich auf die Herstellung eines zweiphasigen Spulensystems, also eines Spulensystems 2 mit zwei Spulenteilsystemen 4a, 4b, wie es bei dem Lineardirektantrieb gemäß Fig. 7 zum Einsatz ge­ langt.

Ein wesentlicher Aspekt des Herstellungsverfahrens besteht darin, dass die das Spulensystem 2 bildenden Spulenteilsyste­ me 4a, 4b getrennt voneinander gefertigt und erst anschlie­ ßend zusammengefügt werden. Die Fig. 5 zeigt die beiden ge­ trennt gefertigten Spulenteilsysteme 4a, 4b im noch getrenn­ ten Zustand, die Fig. 6 verdeutlicht den Zusammenbau zum Er­ halt des Spulensystems 2 als solches.

Die Spulenteilsysteme 4a, 4b zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Antriebsspulen 3, 3a bzw. 3, 3b mit axialem Abstand zu­ einander angeordnet sind, so dass sich zwischen axial benach­ barten Antriebsspulen 3, 3a bzw. 3, 3b eines jeweiligen Spu­ lenteilsystems 4a, 4b ein axialer Zwischenraum 22a, 22b ein­ stellt. Gleichwohl sind die Antriebsspulen 3a, 3b innerhalb eines jeweiligen Spulenteilsystems 4a, 4b elektrisch mitein­ ander verdrahtet, indem sie als Bestandteile eines durchge­ henden Spulendrahtes 23a, 23b ausgeführt sind. Der Übergang zwischen benachbarten, beabstandeten Antriebsspulen 3a, 3b innerhalb eines jeweiligen Spulenteilsystems 4a, 4b erfolgt durch Überbrückungsabschnitte 24 des zugehörigen Spulendrah­ tes 23a, 23b. Diese Überbrückungsabschnitte 24 zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf radialer Höhe des Außenumfanges des betreffenden Spulenteilsystems 4a, 4b verlaufen, also etwa mit gleichem Abstand zum Zentrum des Spulenteilsystems 4a, 4b wie der Außenumfang der aus dem Spulendraht 23a, 23b gewi­ ckelten Antriebsspulen 3a, 3b.

Zur Herstellung eines jeweiligen Spulenteilsystems 4a, 4b greift man zweckmäßigerweise auf den Einsatz eines in Fig. 1 bis 4 abgebildeten Wickelwerkzeuges 25 zurück. Dieses Wi­ ckelwerkzeug 25 hat im zum Bewickeln mit Spulendraht be­ triebsbereiten Zustand gemäß Fig. 1 eine längliche Gestalt und ist im Bereich des Außenumfanges mit axial beabstandeten ringnutartigen Wickelkammern 26 ausgestattet, deren Abstand voneinander dem gewünschten Abstand der Antriebsspulen 3 in­ nerhalb des zugeordneten Spulenteilsystems entspricht. Zur Herstellung der Antriebsspulen 3 wird der Spulendraht um das Wickelwerkzeug 25 herumgewickelt und dabei gleichzeitig in die Wickelkammern 26 hineingewickelt, wobei die Wickelkammern 26 nacheinander aufgefüllt werden, so dass die Antriebsspulen 3 entstehen. Die Fig. 2 zeigt einen Zustand mit einem auf dem Wickelwerkzeug 25 fertig gewickelten Spulenteilsystem 4a, bei dem die Antriebsspulen 3 die Wickelkammern 26 ausfüllen und die Überbrückungsabschnitte 24 des Spulendrahtes außen an den zwischen benachbarten Wickelkammern 26 verbleibenden Trennwänden 27 des Wickelwerkzeuges 25 vorbeigeführt sind.

Da lediglich am Spulenanfang einer jeweiligen Antriebsspule 3 eine radiale Drahtführung nach innen zum Grund der zugehöri­ gen Wickelkammer 26 zu erfolgen hat und die Überbrückungsab­ schnitte 24 radial außen vorgesehen sind, können die An­ triebsspulen 3 optimal gewickelt werden, was einen hohen Kup­ ferfüllgrad gewährleistet.

Um das gewickelte Spulenteilsystem 4a - Entsprechendes gilt für das vergleichbar hergestellte Spulenteilsystem 4b - prob­ lemlos vom Wickelwerkzeug 25 entfernen zu können, ist letzte­ res mehrteilig ausgebildet. Bei der besonders vorteilhaften beispielsgemäßen Bauform verfügt das Wickelwerkzeug 25 über einen länglichen Werkzeugkern 28 und über einen im betriebs­ bereiten Zustand am Außenumfang des Werkzeugkerns 28 angeord­ neten Werkzeugmantel 32.

Der Werkzeugmantel 32 definiert die Wickelkammern 26 und ist seinerseits mehrteilig ausgebildet, wobei er beim Ausfüh­ rungsbeispiel aus mehreren - hier: drei Stück - Mantelsegmen­ ten 33 besteht. Diese Mantelsegmente 33 werden an den Außen­ umfang des Werkzeugkerns 28 angesetzt, wobei sie in der Um­ fangsrichtung des Werkzeugkerns 28 zueinander beabstandet sind. Die zwischen ihnen vorhandenen schlitzartigen, radial verlaufenden Zwischenräume sind bei 34 angedeutet.

Um die Mantelsegmente 33 in dem gewünschten Abstand am Werk­ zeugkern 28 zu fixieren, verfügt dieser am Außenumfang zweck­ mäßigerweise über eine der Anzahl der Mantelsegmente 33 ent­ sprechende Anzahl von Längsrippen 35 oder sonstige Abstands­ halter, wobei die Mantelsegmente 33 in die zwischen benach­ barten Längsrippen 35 am Umfang des Werkzeugkerns 28 vorhan­ denen Zwischenräume 36 formschlüssig eingesetzt werden kön­ nen.

Die radiale Erstreckung der Längsrippen 35 ist geringer als die radiale Wandstärke des Werkzeugmantels 32, so dass sie innerhalb der Wickelkammern 26 mit radialem Abstand zum Au­ ßenumfang des Werkzeugmantels 32 enden, insbesondere auf gleicher Höhe wie der Nutgrund 37 bogenförmiger Nuten 38 am Außenumfang der Mantelsegmente 33, die sich im an den Werk­ zeugkern 28 angesetzten Zustand zu den Wickelkammern 26 er­ gänzen.

Zur Herstellung eines Spulenteilsystems 4a wird also zunächst das Wickelwerkzeug 25 in den betriebsbereiten Zustand gemäß Fig. 1 zusammengebaut. Anschließend wird der durchgehende Spulendraht 23a um den Werkzeugmantel 32 herumgewickelt, so dass sich die Anordnung gemäß Fig. 2 ergibt. In dieser Phase ist das Spulenteilsystem 4a hinsichtlich der Verdrahtung be­ reits fertiggestellt.

Es schließt sich dann ein "Verbackungsvorgang" an, wobei die gesamte Anordnung Wärme ausgesetzt wird, so dass die Ummante­ lung des Spulendrahtes 23a schmilzt und benachbarte Abschnit­ te des Spulendrahtes fest miteinander verklebt bzw. verbacken werden und der Spulendraht selbst auch versteift wird. Der Spulendraht besteht zu diesem Zweck vorzugsweise aus Kupfer­ draht mit einer durch Wärmeeinwirkung schmelzbaren Beschich­ tung. Derartiger Draht wird in der Regel als Backlackdraht bezeichnet.

Durch dieses Verbacken bekommt das noch auf dem Werkzeugman­ tel 32 sitzende Spulenteilsystem 4a, 4b eine hohe Formstabi­ lität mit einer selbsttragenden Struktur.

Als Nächstes wird das hergestellte Spulenteilsystem 4a vom Wickelwerkzeug 25 entfernt. Hierzu wird zunächst gemäß Fig. 3 der Werkzeugkern 28 axial aus dem Werkzeugmantel 32 gemäß Pfeil 43 herausgezogen. Anschließend werden die Mantelsegmen­ te 33, die nun nicht mehr in ihrer Ursprungsposition gehalten werden, einzeln und nacheinander nach radial innen verlagert, so dass sie mit ihren bogenförmigen Nuten 38 außer Eingriff mit den hergestellten Antriebsspulen 3 gelangen. Derart außer Eingriff gebracht, können die Mantelsegmente 33 gemäß Pfeil 44 axial aus dem Innenraum des Spulenteilsystems 4a herausge­ zogen werden (Fig. 3).

Als Resultat ergeben sich gemäß Fig. 4 getrennte Komponenten in Gestalt des Werkzeugkernes 28, der Mantelsegmente 33 und vor allem des nun vom Wickelwerkzeug 25 befreiten Spulenteil­ systems 4a.

Das hergestellte Spulenteilsystem 4a bildet nun auch ohne zu­ sätzlichen Spulenträger eine selbsttragende Einheit. Die Re­ lativposition benachbarter Antriebsspulen 3 wird durch die beim Verbackungsvorgang hervorgerufene Versteifung der Über­ brückungsabschnitte 24 des Spulendrahtes stabilisiert.

Nachdem beide Spulenteilsysteme 4a, 4b auf diese Weise herge­ stellt wurden, werden diese Spulenteilsysteme 4a, 4b in der aus Fig. 5 hervorgehenden Weise längsseits nebeneinanderlie­ gend angeordnet, so dass jeweils eine Antriebsspule 3a bzw. 3b auf gleicher axialer Höhe mit einem Zwischenraum 22b bzw. 22a des jeweils anderen Spulenteilsystems zu liegen kommt. Ausgehend von einer derartigen Zuordnung werden dann die kammartig strukturierten Spulenteilsysteme 4a, 4b in der aus Fig. 6 hervorgehenden Weise durch quer zu ihrer Längserstre­ ckung erfolgendes ineinander Einstecken miteinander verzah­ nungsartig in Eingriff gebracht. Innerhalb eines jeweiligen Spulenteilsystems 4a, 4b repräsentieren die Überbrückungsab­ schnitte 24 praktisch den Kammrücken und die Antriebsspulen 3 die Kammzähne einer kammartigen Struktur, wobei im ineinander eingreifenden Zustand die Antriebsspulen 3a, 3b sämtlicher Spulenteilsysteme 4a, 4b zueinander koaxial sind und die Ü­ berbrückungsabschnitte 24 des jeweils einen Spulenteilsystems 4a, 4b die in den zugeordneten Zwischenraum 22a, 22b einge­ setzte Antriebsspule des anderen Spulenteilsystems am Außen­ umfang passiert.

Vergleichbar wird verfahren, wenn das herzustellende Spulen­ system mehr als zwei Spulenteilsysteme definiert. Dort werden dann innerhalb eines jeweiligen Spulenteilsystems die axialen Zwischenräume zwischen benachbarten Antriebsspulen so groß gewählt, dass je mindestens eine Antriebsspule der anderen Spulenteilsysteme dazwischenpaßt.

In diesem Zustand kann dann die stabförmige Rückschlussein­ richtung 15 in das hergestellte Spulensystem 2 eingeführt werden. Alternativ hierzu wird in Verbindung mit der Reali­ sierung eines Lineardirektantriebes gemäß Fig. 9 das herge­ stellte Spulensystem 2 in eine rohrförmige Rückschlussein­ richtung eingesteckt.

Ein Vorteil bei dem erläuterten Herstellungsverfahren liegt auch darin, dass bei der Bewicklung zahlreiche Freiheitsgrade vorliegen, da zum Beispiel die Füllhöhe oder auch die Anzahl der bewickelten Wickelkammern 26 je nach Bedarf gewählt wer­ den kann. Es können also Spulenteilsysteme mit unterschiedli­ chen Außendurchmessern und unterschiedlichen Längen mit ein und demselben Wickelwerkzeug 25 realisiert werden. Nachdem das Spulenteilsystem durch Verbacken der Spulendrähte die er­ forderliche Formstabilität erhalten hat, kann der Werkzeug­ kern mit wenigen Handgriffen entformt werden.

Man kann somit auf Basis eines einzigen Wickelwerkzeuges un­ terschiedliche Spulensysteme realisieren. Geringe Werkzeug­ kosten und somit geringe Herstellkosten für das Spulensystem sind die Folge.

Claims (11)

1. Elektrodynamischer Lineardirektantrieb, mit einem mehre­ re koaxial aufeinanderfolgende und ohne Zwischenraum unmit­ telbar aneinander anliegende Antriebsspulen (3) enthaltenden Spulensystem (2), das von einer getakteten Erregerspannung beaufschlagbar ist, mit einem im Innenraum oder am Außenum­ fang des Spulensystems (2) angeordneten, mehrere axial auf­ einanderfolgend angeordnete Permanentmagnete (7) enthaltenden Magnetsystem (6), das als Bestandteil eines relativ zu dem Spulensystem (2) in dessen Längsrichtung (5) beweglichen Ab­ triebsteils (8) ausgeführt ist, und mit einer auf der entge­ gengesetzten Seite des Magnetsystems (6) innen oder außen am Spulensystem (2) vorgesehenen Rückschlusseinrichtung (15), wobei das Spulensystem (2) aus wenigstens zwei jeweils durch­ gehend verdrahteten Spulenteilsystemen (4a, 4b) besteht, die jeweils mehrere koaxial mit einem Zwischenraum (22a, 22b) beabstandete Antriebsspulen (3a, 3b) enthalten, wobei zwi­ schen axial benachbarten Antriebsspulen (3a, 3b) eines jewei­ ligen Spulenteilsystems (4a, 4b) ein den axialen Zwischen­ raum (22a, 22b) auf Höhe des Außenumfanges des betreffenden Spulenteilsystems (4a, 4b) überbrückender Überbrückungsab­ schnitt (24) des Spulendrahtes (23a, 23b) verläuft, der die in dem Zwischenraum (22a, 22b) angeordnete(n) Antriebsspu­ le(n) des mindestens einen weiteren Spulenteilsys­ tems (4a, 4b) am Außenumfang passiert, und wobei die Spulen­ teilsysteme (4a, 4b), für sich allein gesehen, jeweils eine selbsttragende, formstabile, kammartige Struktur mit zueinan­ der koaxialen Antriebsspulen (3a, 3b) bilden und quer zu ih­ rer Längsachse ineinander greifen, so dass die Antriebsspu­ len (3a, 3b) der Spulenteilsysteme (4a, 4b) abwechselnd auf­ einanderfolgend angeordnet sind.

2. Lineardirektantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Antriebsspulen (3) unmittelbar oder allen­ falls unter Zwischenschaltung lediglich einer dünnen Isolati­ onsschicht an der Rückschlusseinrichtung (15) anliegen.

3. Lineardirektantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, das die Rückschlusseinrichtung (15) rohrförmig ausgebildet ist und das Spulensystem (2) außen koaxial um­ schließt.

4. Lineardirektantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Rückschlusseinrichtung (15) stabförmig ausgebildet ist und von dem Spulensystem (2) koaxial um­ schlossen ist.

5. Lineardirektantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (7) ring­ förmig ausgebildet sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines mehrere koaxial aufein­ anderfolgend angeordnete Antriebsspulen (3, 3a, 3b) enthal­ tenden Spulensystems (2) eines elektrodynamischen Lineardi­ rektantriebes (1), wobei wenigstens zwei durchgehend verdrah­ tete Spulenteilsysteme (4a, 4b) getrennt voneinander gefer­ tigt werden, die jeweils mehrere koaxial mit einem Zwischen­ raum (22a, 22b) beabstandete Antriebsspulen (3a, 3b) enthal­ ten, zwischen denen, auf Höhe des Außenumfangs, ein Überbrü­ ckungsabschnitt (24) des durchgehenden Spulendrah­ tes (23a, 23b) verläuft, so dass sich eine kammartige Struk­ tur ergibt, und wobei diese kammartig strukturierten Spulen­ teilsysteme (4a, 4b) quer zu ihrer Längserstreckung ineinan­ der gesteckt werden, so dass sämtliche Antriebsspu­ len (3a, 3b) koaxial zueinander angeordnet sind und die je­ weiligen Überbrückungsabschnitte (24) der Spulendräh­ te (23a, 23b) eines Spulenteilsystems (4a, 4b) die in den überbrückten Zwischenraum (22a, 22b) eingesteckten Antriebs­ spulen (3a, 3b) der übrigen Spulenteilsysteme (4a, 4b) am Au­ ßenumfang passieren.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spulensystem (2) nach dem seitlichen Ineinanderstecken der Spulenteilsysteme (4a, 4b) auf eine stabförmige Rück­ schlusseinrichtung (15) aufgesteckt oder in eine rohrförmige Rückschlusseinrichtung (15) eingesteckt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, dass die einzelnen Spulenteilsysteme (4a, 4b) nach dem Wickeln verbacken werden, so dass sich eine selbsttragende, formstabile Struktur ergibt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Wickeln der Spulenteilsysteme (4a, 4b) auf einem Wickelwerkzeug (25) erfolgt, das axial beabstandet ringnutartige Wickelkammern (26) zum Wickeln der Antriebsspu­ len (3a, 3b) aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wickelwerkzeug (25) verwendet wird, das einen länglichen Werkzeugkern (28) und einen am Außenumfang des Werkzeug­ kerns (28) platzierten, die Wickelkammern (26) definierenden Werkzeugmantel (32) aufweist, wobei der Werkzeugmantel (32) aus mehreren in Umfangsrichtung des Werkzeugkerns (28) mit Abstand zueinander angeordneten Mantelsegmenten (33) besteht, die zum Entnehmen eines gewickelten Spulenteilsys­ tems (4a, 4b) nach radial innen verlagert werden, nachdem zu­ vor der Werkzeugkern (28) entfernt wurde.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Werkzeugkern (28) über den Umfang verteilte Längsrippen (35) aufweist, wobei die Mantelsegmente (33) in die zwischen benachbarten Längsrippen (35) vorhandenen Zwi­ schenräume (36) eingesetzt werden.