AT523101A1 - Transporteinrichtung in Form eines Langstatorlinearmotors - Google Patents

Abstract

Um die Kühlung des Stators eines Langstatorlinearmotors zu verbessern, ist vorgesehen, dass zumindest ein Statormodul (Sm) des Stators (2) mit einem Kühlkreis (17) ausgeführt ist und mittels eines Kühlmittelkreislaufs (13), der Kühlmittel durch den Kühlkreis (17) umwälzt, aktiv gekühlt ausgeführt ist und zumindest ein anderes Statormodul (Sm) des Stators (2) ungekühlt ausgeführt ist.

Description

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Transporteinrichtung in Form eines Langstatorlinearmotors

Die gegenständliche Erfindung betrifft eine Transporteinrichtung in Form eines Langstatorlinearmotors mit einem Stator und zumindest einer Transporteinheit die entlang des Stators bewegbar angeordnet ist, wobei der Stator aus einer Mehrzahl von Statormodulen zusammengesetzt ist und an jedem Statormodul eine Mehrzahl von Antriebsspulen angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zum Betreiben

einer solchen Transporteinrichtung.

Aus dem Stand der Technik sind Langstatorlinearmotoren bekannt. In einem Langstatorlinearmotor sind Antriebsspulen in Bewegungsrichtung hintereinander entlang einer ortsfesten Stützkonstruktion angeordnet. Solche Motoren werden häufig als Transporteinrichtungen zur Erfüllung einer Transportaufgabe eingesetzt. Die damit ortsfest angeordneten Antriebsspulen bilden den sich über den Bewegungspfad erstreckenden Stator des Langstatorlinearmotors. An einem Läufer sind Erregungsmagnete, entweder Permanentmagnete oder Elektromagnete, angeordnet, die ein magnetisches Erregungsfeld erzeugen. Der Läufer fungiert in einer Transporteinrichtung als Transporteinheit zum Bewegen eines Gegenstandes. Werden die Antriebsspulen in Bereich eines Läufers bestromt, so wird ein elektromagnetisches Antriebsmagnetfeld erzeugt, das mit dem Erregungsfeld der Erregungsmagnete zur Erzeugung einer Antriebskraft auf den Läufer zusammenwirkt. Durch Steuern der Bestromung der Antriebsspulen kann ein bewegtes Antriebsmagnetfeld erzeugt werden, womit der Läufer in Bewegungsrichtung des Langstatorlinearmotors bewegbar ist. Der Vorteil ist, dass gleichzeitig eine Vielzahl von Läufern und unabhängig voneinander auf dem Stator bewegt werden können. In diesem Zusammenhang ist es auch bereits bekannt, einen Langstatorlinearmotor mittels Statormodulen modular aufzubauen. Dabei werden an einem Statormodul eine bestimmte Anzahl von Antriebsspulen angeordnet. Einzelne Statormodule werden dann zu einem Stator der gewünschten Länge und/oder Form zusammengefügt. Beispielsweise zeigt die WO

2015/042409 A1 einen derartigen modular aufgebauten Langstatorlinearmotor.

Durch das Bestromen der Antriebsspulen durch Anlegen einer Spulenspannung wird in Statormodulen auch Wärme erzeugt, wodurch die Temperatur eines Statormoduls ansteigen kann. Es ist daher auch schon bekannt, den Stator eines Linearmotors zu kühlen. Beispielsweise zeigt die US 5,783,877 A oder die US 7,282,821 B2 eine Kühlung eines Stators eines Linearmotors, wobei im Stator oder in einem am Stator anliegenden Bauteil Leitungen angeordnet sind, durch das ein Kühlmittel durchgeführt wird. Das Kühlmittel nimmt

damit Wärme aus dem Stator auf und führt diese ab.

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Die Kühlung des Stators eines Langstatorlinearmotors, der sich über eine große Länge erstrecken kann, ist hingegen konstruktiv aufwendig und erhöht auch die Kosten,

insbesondere bei großen Statorlängen wie bei Verwendung als Transporteinrichtung.

Es sind auch schon Planarmotoren bekannt, bei dem die Antriebsspulen ortsfest in einer Bewegungsebene angeordnet sind und den Stator bilden und der Läufer in der Bewegungsebene in zwei Richtungen bewegbar ist. Planarmotoren sind in der Regel modular mit Statormodulen aufgebaut. Die US 9,202,719 B1 zeigt einen derartigen modular aufgebauten Planarmotor. Die Kühlung der Statormodule eines Planarmotors ist aber weniger kritisch, weil üblicherweise wenige Statormodule verwendet werden und die Statormodule sehr kompakt aneinanderliegen und damit die entstehende Wärme durch Wärmeleitung und andere Wärmeausgleichsmechanismen besser im Stator verteilt wird. Es ist damit auch konstruktiv einfach, einen solchen Planarmotor als Ganzes zu kühlen, wie beispielsweise in der DE 10 2017 131 324 A1 gezeigt wird. Bei einem Planarmotor treten damit nicht dieselben Probleme hinsichtlich der Kühlung auf wie bei einem

Langstatorlinearmotor, mit großen Statorlängen.

Abgesehen davon ist auch die Verwendung von Flüssigkeiten um Umfeld einer elektrischen Anlage (konkret des Stators) unerwünscht, da jeder Fehler im Flüssigkeitskreislauf zu Kurzschlüssen und zur Beschädigung oder Zerstörung des Stators führen kann. Ein Langstatorlinearmotor wird üblicherweise für eine Transportaufgabe in einem Fertigungsprozess verwendet. Auch dort kann ein Fehler im Flüssigkeitskreislauf negative Auswirkungen auf den Fertigungsprozess haben, beispielsweise durch Verschmutzung eines transportierten Produktes oder einer Fertigungsstation. Ein derartiger Fehler kann zu einem

unerwünschten Produktionsausfall führen.

Es ist daher eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung die Probleme im Zusammenhang

mit der Kühlung des Stators eines Langstatorlinearmotors zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Statormodul des Stators mit einem Kühlkreis ausgeführt ist und mittels eines Kühlmittelkreislaufs, der Kühlmittel durch den Kühlkreis umwälzt, aktiv gekühlt ausgeführt ist und zumindest ein anderes Statormodul des Stators ungekühlt ausgeführt ist. Damit können nur diejenigen Statormodule selektiv gekühlt werden, die im Betrieb der Transporteinrichtung aufgrund der auftretenden Wärmebelastung eine aktive Kühlung benötigen. Alle anderen Statorsegmente müssen nicht gekühlt werden. Damit kann der Aufwand für die Kühlung des Stators des Langstatorlinearmotors und die damit verbundenen Probleme so weit möglich reduziert werden. Nachdem aufgrund eines vorgegebenen Bewegungsprofils der Transporteinheit entlang des Stators die in den Statormodulen erzeugte Wärme ermittelt werden kann,

beispielsweise durch wärmetechnische Schätzung, Berechnung oder Simulation, kann

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zumindest ein Statormodul des Stators gezielt mittels eines Kühlmittelkreislaufs aktiv gekühlt werden, dessen Wärmebelastung im Betrieb der Transporteinrichtung ohne aktive Kühlung

eine zulässige Wärmebelastung überschreiten würde. Ein anderes Statormodul des Stators, dessen Wärmebelastung im Betrieb der Transporteinrichtung ohne aktive Kühlung unterhalb

einer zulässigen Wärmebelastung bleiben würde, kann ungekühlt betrieben werden.

Um den Aufwand der Kühlung noch weiter zu reduzieren kann vorgesehen sein, mehrere gekühlte Statormodule mit demselben Kühlmittelkreislauf mit Kühlmittel zu versorgen. Hierzu kann das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs seriell und/oder parallel durch die Kühlkreise der gekühlten Statormodule durchgeführt werden. Es kann aufgrund der bekannten Kühlleistung des Kühlmittelkreislaufs ermittelt werden, beispielsweise durch Abschätzung, Berechnung oder Simulation, ob mehrere zu kühlende Statormodule mitdemselben Kühlmittelkreislauf gekühlt werden können. Damit können Kühlmittelkreisläufe eingespart werden, was den

Aufwand für die Kühlung des Stators senkt.

Ein Kühlmittelkreislauf kann offen oder geschlossen ausgeführt sein und es kann vorgesehen sein, im Kühlmittelkreislauf eine Kühleinheit zur Kühlung des im zumindest einen Statormodul erwärmten Kühlmittels und/oder eine Umwälzpumpe zur Umwälzung des

Kühlmittels anzuordnen.

Es kann auch eine Pumpensteuereinheit vorgesehen sein, um die Förderleistung der zumindest einer Umwälzpumpe zu steuern, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Temperatur des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf und/oder einer Temperatur eines Teiles des zumindest einen aktiv gekühlten Statormoduls. Damit kann die Kühlleistung des Kühlmittelkreislaufs flexibel an die aktuellen Gegebenheiten im Betrieb der Transporteinheit angepasst werden und der Kühlmittelkreislauf muss nicht immer mit maximal möglicher

Kühlleistung betrieben werden.

Mit einer Kühleinheit im Kühlmittelkreislauf kann die Kühlleistung des Kühlmittelkreislaufs erhöht werden, weil die Temperaturspreizung zwischen Kühlmittel und Temperatur des

Statormoduls erhöht werden kann.

Es kann dabei auch eine Kühlleistung der Kühleinheit gesteuert werden, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Temperatur des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf und/oder einer Temperatur eines Teiles des zumindest einen aktiv gekühlten Statormoduls. Damit kann die Kühlleistung des Kühlmittelkreislaufs flexibel an die aktuellen Gegebenheiten im Betrieb der Transporteinheit angepasst werden und der Kühlmittelkreislauf muss nicht immer mit

maximal möglicher Kühlleistung betrieben werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführung ist an einem gekühlten Statormodul zumindest eine Kühlplatte angeordnet, wobei an der Kühlplatte eine Zuführleitung für Kühlmittel und

einer Abführleitung für Kühlmittel vorgesehen sind und in der Kühlplatte zumindest eine

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Kühlmittelleitung vorgesehen ist, die die Zuführleitung und die Abführleitung miteinander verbindet. Eine solche Kühlplatte ermöglicht es, Statormodule auf einfache Weise in gekühlte Statormodule umzurüsten, indem eine Kühlplatte am Statormodul angeordnet wird. Die

gekühlten und ungekühlten Statormodule müssen sich somit konstruktiv nicht unterscheiden.

Es ist vorgesehen, diejenigen Statormodule zu kühlen, bei denen eine zu hohe Wärmebelastung auftritt. Das sind insbesondere Statormodule an denen eine Transporteinheit beschleunigt, verzögert oder gestoppt wird, beispielsweise im Bereich einer Prozessstation, oder Statormodule im Bereich einer elektromagnetischen Weiche der

Transporteinheit.

Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte

Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

Fig.1 ein Beispiel einer Transporteinrichtung in Form eines Langstatorlinearmotors, Fig.2 eine Transporteinrichtung in Form eines Langstatorlinearmotors mit einer erfindungsgemäßen selektiven Kühlung einzelner Statormodule,

Fig.3 eine mögliche serielle und parallele Verbindung der Kühlkreise verschiedener Statormodule,

Fig.4 ein Statormodul, das durch Anordnen einer Kühlplatte zu einem gekühlten Statormodul umgerüstet wurde und

Fig.5 eine Steuerung einer Umwälzpumpe eines Kühlmittelkreislaufs.

In Fig.1 ist eine hinlänglich bekannte Transporteinrichtung 1 in Form eines Langstatorlinearmotors dargestellt. Die Transporteinrichtung 1 besteht aus einer Mehrzahl von separaten Statormodulen Sm mit m >1, die zu einem ortsfesten Stator 2 des Langstatorlinearmotors zusammengesetzt sind. Die Statormodule Sm können dazu auf einer ortsfesten Stützkonstruktion (in Fig.1 nicht dargestellt) angeordnet sein. An einem Statormodul Sm sind eine Mehrzahl von Antriebsspulen AS angeordnet (in Fig.1 nur für das Statormodul S3 dargestellt). Der Stator 2 bildet den möglichen Transportpfad der Transporteinrichtung 1 für eine Anzahl von Transporteinheiten Tn mit n= 1 aus, indem eine Transporteinheit Tn entlang des Stators 2 bewegbar ist. Der Transportpfad kann geschlossen sein oder offen ausgeführt sein. Der Transportpfad kann auch mehrere Zweige Zkmitk = 1 aufweisen, die wiederum offen oder geschlossen ausgeführt sein können (wie in Fig. 1). In Fig.1 ist ersichtlich, dass der Transportpfad auch mehrere Zweige Z1, Z2 umfassen kann, die durch Weichen W miteinander verbunden sind. An einer Weiche W kann eine Transporteinheit Tn entlang des gewünschten Zweiges Z1, Z2 bewegt werden. In Fig. 1 ist die Weiche W an den Statormodulen Sm-2, Sm-1 ausgebildet. Die Weiche W kann

mechanisch oder auch elektromagnetisch, wie beispielsweise in EP 3 109 998 B1

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beschrieben, ausgeführt sein. Die elektromagnetische Weichenstellung in der Weiche kann mit den Antriebsspulen AS erfolgen und/oder mit zusätzlichen Weichenspulen. Die Statormodule Sm können auch in verschiedenen geometrischen Formen, beispielsweise Geradenmodule oder Kurvenmodule, ausgeführt sein, um verschiedene Transportpfade realisieren zu können, wie beispielsweise in der EP 3 243 772 B1 beschrieben. Auch die Regelung der Bewegung einer Transporteinheit Tn durch eine Regelungseinheit 3 und die damit in Zusammenhang stehende Ansteuerung der beteiligten Antriebsspulen AS und Positionserfassung der Transporteinheit Tn entlang des Transportpfades sind hinlänglich bekannt, beispielsweise aus der EP 3 385 110 A1 und der EP 3 376 166 A1. Nachdem es für die Erfindung aber weder auf die konkrete Regelung noch auf die Positionserfassung oder auf eine bestimmte Geometrie des Stators 2 oder eines Statormoduls Sm ankommt, wird das

hier nicht näher erläutert.

Durch das Bestromen von Antriebsspulen AS (durch Anlegen einer Spulenspannung) im Bereich einer Transporteinheit Tn zur Erzeugung eines bewegten Antriebsmagnetfeldes, wird in den Statormodulen Sm Wärme erzeugt. Es wurde jedoch erkannt, dass die Wärmeerzeugung in den verschiedenen Statormodulen Sm des Stators 2 im Betrieb der Transporteinrichtung 1 sehr unterschiedlich ist. Es wurde festgestellt, dass die Wärmeerzeugung insbesondere vom Bewegungsprofil der Transporteinheit Tn entlang des

Stators 2 und von der Anzahl der Bewegungszyklen pro Zeiteinheit abhängig ist.

Das Bewegungsprofil, beispielsweise ein Geschwindigkeits-Zeitverlauf, ein Weg-Zeitverlauf oder ein Positions-Zeitverlauf entlang des Stators 2, ist im Wesentlichen von der Transportaufgabe abhängig, die mit der Transporteinrichtung 1 realisiert werden soll. Das Bewegungsprofil kann beispielsweise entlang des Bewegungspfades Beschleunigungen, Verzögerungen, Stopps und Konstantgeschwindigkeitsfahrten umfassen. Das Bewegungsprofil ist dazu aufgrund der durchzuführenden Transportaufgabe bekannt oder

wird entsprechend zur Erfüllung der Transportaufgabe geplant.

Die Anzahl der Bewegungszyklen sagt im Wesentlichen aus, wie oft ein Teil eines Bewegungsprofils in einer bestimmten Zeitspanne, z.B. pro Sekunde, an einem bestimmten

Statormodul Sm ausgeführt wird.

Ein Bewegungsprofil, das hohe Ströme benötigt, beispielsweise aufgrund hoher Beschleunigung, hoher transportierter Masse oder im Bereich einer elektromagnetischen Weiche zur Weichenstellung, aber nur sehr selten an einem Statormodul Sm ausgeführt wird, wird kaum zu einem thermischen Problem führen, weil der Statormodul Sm ausreichend Zeit hat, die erzeugte Wärme passiv abzuführen, beispielsweise über Wärmeleitung in die Stützkonstruktion oder Wärmestrahlung. Wird dieses Bewegungsprofil

aber häufig an einem Statormodul Sm ausgeführt, kann die damit erzeugte Wärme

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möglicherweise nicht mehr ohne weiteres passiv abgeführt werden. Auch ein Bewegungsprofil, das verhältnismäßig niedrige Ströme erfordert, kann zu thermischen

Problemen führen, wenn die Anzahl der Bewegungszyklen hinreichend hoch ist.

Unter thermischem Problem wird hierbei insbesondere eine Wärmebelastung des Statormoduls Sm verstanden, bei der eine Überschreitung einer vorgegebenen Maximaltemperatur des Statormoduls Sm eintritt, bei der eine Komponente des Statormoduls Sm, wie beispielsweise die Spulenwicklung, der Isolationslack, die Vergussmasse, ein

Elektronikbauteils usw., beschädigt oder gar zerstört werden würde.

Nachdem die Bewegungsprofile und bewegten Massen der Transporteinheiten Tn aber bekannt sind und auch die Bewegung der Transporteinheit Tn entlang des Stators 2 zur Ermittlung der Bewegungszyklen simuliert oder anderweitig abgeschätzt werden kann, ist es aber auch möglich, bereits im Vorhinein die Wärmeerzeugung und die Wärmebelastung in den Statormodulen Sm aufgrund der geplanten Bewegungsprofile zu ermitteln, beispielsweise wärmetechnisch abzuschätzen, zu berechnen oder zu simulieren. In weiterer Folge kann damit bereits im Vorhinein ermittelt werden, ob ein bestimmtes Statormodul Sm im vorgesehenen Betrieb durch die erzeugte Wärme ein thermisches Problem bekommen

kann oder nicht.

Daher werden vorzugsweise solche Statormodule Sm aktiv gekühlt, an denen im Betrieb ohne aktive Kühlung ein thermisches Problem eintreten kann, wobei aber zumindest ein Statormodul Sm der Transporteinrichtung 1 gekühlt ist. Es wird insbesondere zumindest ein Statormodul Sm aktiv gekühlt, dessen ermittelte Wärmebelastung im Betrieb eine vorgegebene zulässige Wärmebelastung ohne aktive Kühlung überschreiten würde. Die zulässige Wärmebelastung kann eine zulässige Temperatur an einer bestimmten Stelle des Statormoduls Sm sein oder eine zulässige zugeführte Wärmemenge, oder ähnliches. Die zulässige Wärmebelastung kann bekannt sein oder kann aus wärmetechnischen Versuchen, Berechnungen oder Simulation ermittelt werden. Um den Aufwand für die Kühlung des Stators 2 zu reduzieren, ist zumindest ein anderes Statormodul Sm nicht aktiv gekühlt,

vorzugsweise eines an dem kein thermisches Problem zu erwarten ist.

Das wird im Zusammenhang anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die

Fig.2 erläutert.

In Fig.2 ist im Bereich der Statormodule S2, S3 eine Prozessstation 4 vorgesehen, in der die Transporteinheiten Tn mit einem Gegenstand zur Bearbeitung gestoppt oder langsam durchbewegt werden. Nach der Prozessstation 4 werden die Transporteinheiten Tn mit den transportierten Gegenständen beschleunigt und an der Weiche W über die Statormodule Sm-1, Sm aus der Transporteinrichtung 1 über den offenen Zweig Z2 abgeführt. Über das

Statormodul Sm-3 und die Weiche W können Transporteinheiten Tn mit unbearbeiteten

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Gegenständen über den Zweig Z2 zugeführt werden. Natürlich sind auch beliebige andere Geometrien von Transporteinrichtung 1 denkbar, insbesondere auch ohne Weichen oder mit mehreren Weichen oder mit mehreren Prozessstationen 4. In einer Prozessstation 4 könnte auch ein Roboter angeordnet sein, der mit dem Gegenstand auf der Transporteinheit Tn wechselwirken kann. Zum Abbremsen bzw. Stoppen der Transporteinheiten Tn im Bereich der Prozessstation 4 und zum nachfolgenden Beschleunigen aus der Prozessstation 4 werden hohe Kräfte benötigt und damit auch hohe Spulenströme in den Antriebsspulen AS in diesem Bereich. Solche Beschleunigungen oder Verzögerungen können aber auch an anderen Stellen des Transportpfades, nicht nur im Bereich einer Prozessstation 4, erforderlich sein. Ebenso werden in der als elektromechanischen Weiche ausgeführte Weiche W hohe Ströme für die elektromechanische Weichenstellung benötigt. Nachdem es sich um einen kontinuierlichen Fertigungsprozess handelt, in dem so viele Gegenständewie möglich transportiert oder bearbeitet werden sollen, ist auch mit hohen Bewegungszyklen zu rechnen. In einer wärmetechnischen Abschätzung, Berechnung oder Simulation der entstehenden Wärme in den Statormodulen Sm wurde festgestellt, dass die Wärmeerzeugung in den Statormodulen $S2, S3, S4 beispielsweise im Bereich der Prozessstation 4 und den Statormodulen Sm-2, Sm-1 der Weiche W hoch ist und thermische Probleme auftreten können. Daher werden diese Statormodule S2, S3, S4, Sm-2, Sm-1 aktiv gekühlt. In den anderen Statormodulen werden die Transporteinheit Tn im Wesentlichen mit konstanter Geschwindigkeit oder mit kleinen Beschleunigungen bewegt, was keine hohen Antriebsströme erfordert. Die Wärmebelastung in diesem Statormodulen ist daher ausreichend niedrig, sodass aufgrund der zu erwartenden Wärmebelastung keine aktive

Kühlung erforderlich ist.

Unter aktiver Kühlung wird eine Kühlung mittels eines Kühlkreises 17 verstanden, bei dem ein Kühlmittel durch zumindest eine Kühlmittelleitung 7 im Statormodul Sm geführt wird und dabei Wärme vom Statormodul Sm aufnimmt und abführt. Das Kühlmittel kann ein geeignetes gasförmiges (z.B. Luft) oder flüssiges (z.B. Wasser) Fluid sein. Ein gekühltes Statormodul Sm hat damit eine Zuführleitung 5 für Kühlmittel und eine Abführleitung 6 für erwärmtes Kühlmittel, die durch die zumindest eine Kühlmittelleitung 7 im Statormodul Sm verbunden sind. Über die Zuführleitung 5, die Kühlmittelleitung 7 und die Abführleitung 6 wird

Kühlmittel über das Statormodul Sm umgewälzt.

Das abgeführte Kühlmittel kann außerhalb des Statormodul Sm in einer Kühleinheit 10 aktiv, z.B. mit einem Wärmetauscher oder einer Wärmepumpe, oder passiv, beispielsweise in einem Kühlkörper, gekühlt werden und kann in einem offenen oder geschlossenen

Kühlmittelkreislauf 13 durch das Statormodul Sm geführt sein.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist der Kühlmittelkreislauf 13 für das Statormodul Sm-1

der Weiche W offen ausgeführt. In einem offen Kühlmittelkreislauf 13 wird Kühlmittel aus

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einer Kühlmittelquelle 8 bereitgestellt und dem Statormodul Sm-1 über die Zuführleitung 5 zugeführt. Über die Abführleitung 6 wird das im Statormodul Sm-1 erwärmte Kühlmittel abgeführt und einer Kühlmittelsenke 9 zugeführt. Das abgeführte Kühlmittel kann vor der Kühlmittelsenke 9 auch in einer Kühleinheit 10 gekühlt werden, beispielsweise in einem Kühlkörper mit Kühlrippen oder in einem Wärmetauscher, der vom Kühlmittel durchströmt

wird.

Die Statormodule S2, S3, S4, Sm-2 des Ausführungsbeispiels nach Fig.2 werden mit einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf 13 gekühlt. Bei einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf 13 sind die Zuführleitung 5 und die Abführleitung 6 miteinander verbunden, beispielsweise über eine Kühleinheit 10 und/oder eine Umwälzpumpe 11, sodass das Kühlmittel im Kreis

geführt wird.

Das besondere bei Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist, dass die Kühlkreise 17 dieser Statormodule S2, S3, S4, Sm-2 seriell (Daisy-Chain) miteinander verbunden sind, das Kühlmittel wird somit von einem gekühlten Statormodul Sm zum nächsten durchgeführt. Dabei sind jeweils eine Abführleitung 6 eines Statormoduls S2, S3, S4, Sm-2 mit der Zuführleitung 5 des stromabwärts angeordneten Statormoduls S2, S3, S4, Sm-2 verbunden. Die Zuführleitung 5 des in Strömungsrichtung des Kühlmittels gesehen ersten Statormoduls S2 und die Abführleitung 6 des letzten Statormoduls Sm-2 sind miteinander verbunden,

beispielsweise über eine Kühleinheit 10.

Zusätzlich kann noch eine Umwälzpumpe 11 vorgesehen sein, um das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf 13 umzuwälzen. Die Kühleinheit 10 kann eine passive Kühlung an einem Kühlkörper vorsehen. Die Kühleinheit 10 kann aber auch als Wärmetauscher oder

Wärmepumpe ausgeführt sein, um dem abgeführten Kühlmittel aktiv Wärme zu entziehen.

Die Kühlkreise 17 mehrerer gekühlter Statormodule Sm könnten auch parallel miteinander verbunden sein. Auch eine Kombination aus einer seriellen und parallelen Verschaltung der Kühlkreise 17 (wie in Fig.3) ist denkbar.

Es kann grundsätzlich auch ein offener Kühlmittelkreislauf 13 verwendet werden, um die Kühlkreise 17 mehrerer gekühlter Statormodule Sm seriell und/oder parallel mit Kühlmittel zu versorgen. Ein solcher Kühlmittelkreislauf 13 zur Versorgung von gemischt seriell und

parallel verschalteten Statormodulen Sm ist beispielsweise in Fig.3 dargestellt.

Je nach verfügbarer Kühlleistung des geschlossen oder offenen Kühlmittelkreislaufs 13 und der Menge an abzuführender Wärme aus den zu kühlenden Statormodulen S2, S3, S4, Sm2, können die Kühlkreise 17 einer bestimmten Anzahl von Statormodulen Sm seriell und/oder parallel miteinander verbunden sein. Auch das kann im Vorfeld wärmetechnisch abgeschätzt oder simuliert werden. Durch das serielle und/oder parallel Verschalten mehrere

Kühlkreise17 kann man Kühlkomponenten, wie Kühleinheiten 10, Leitungen,

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Umwälzpumpen 11, einsparen, womit der Aufwand zur Kühlung des Langstatorlinearmotors

reduziert werden kann.

Die Statormodule Sm mit seriell und/oder parallel miteinander verbundenen Kühlkreisen 17 müssen nicht zwingend am Stator 2 nebeneinander liegende Statormodule Sm sein. Im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 sind beispielsweise die Statormodule S2, S3, S4 nebeneinander liegend, sind aber mit dem Statormodul Sm-2 verbunden, der nicht

unmittelbar an die Statormodule S2, S3, S4 angrenzt.

Es sei aber angemerkt, dass grundsätzlich auch jeder einzelne gekühlte Statormodul Sm mit einem eigenen offenen oder geschlossen Kühlmittelkreislauf 13 gekühlt sein kann. Ebenso ist eine beliebige Kombination aus gekühlten Statormodulen Sm mit seriell und/der parallel verbundenen Kühlkreisen 17 und gekühlten Statormodulen Sm mit eigenen offenen oder

geschlossen Kühlmittelkreislauf 13 denkbar.

Die Förderleistung, z.B. Fördermenge oder Fördergeschwindigkeit, einer Umwälzpumpe 11 in einem geschlossenen oder offenen Kühlmittelkreislauf 13 kann auch angepasst werden. Die Umwälzpumpe 11 kann beispielsweise als drehzahlgeregelte Pumpe ausgeführt sein, die von einer Pumpensteuereinheit 15 (Hardware und/oder Software) geregelt wird, um die Förderleistung der Umwälzpumpe 11 anzupassen. An der Transporteinrichtung 1 kann ein Temperatursensor 16 angeordnet sein, der eine Temperatur an einem Teil misst und damit über die Steuereinheit 15 die Förderleistung regelt, wie in Fig.5 dargestellt. Beispielsweise könnte die Temperatur des Kühlmittels gemessen werden, z.B. vor oder nach einer Kühleinheit 10 oder vor oder nach der Umwälzpumpe 11. Ebenso könnte die Temperatur an einer Stelle eines mit dem Kühlmittelkreislauf 13 gekühlten Statormoduls Sm gemessen werden. Natürlich könnten die Temperaturen auch an mehreren verschiedenen Stellen der Transporteinrichtung 1 gemessen und in der Pumpensteuereinheit 15 zur Steuerung der Umwälzpumpe 11 verarbeitet werden. In der Pumpensteuereinheit 15 kann zur Steuerung der Umwälzpumpe 11 ein geeigneter Regler implementiert sein, beispielsweise um die Kühlmitteltemperatur und/oder die Temperatur des Statormoduls Sm in einem gewünschten

Bereich zu halten.

Anstelle, oder auch zusätzlich, einer Steuerung der Umwälzpumpe 11 könnte auch eine Steuerung der Kühleinheit 10 vorgesehen sein. Wenn die Kühleinheit 10 eine aktive Kühleinheit ist, beispielsweise eine Wärmepumpe oder ein Wärmetauscher, dann könnte in gleicher Weise auch die Kühlleistung der Kühleinheit 10 geregelt werden, um die Kühlmitteltemperatur und/oder die Temperatur des Statormoduls Sm in einem gewünschten

Bereich zu halten.

Ebenso ist es optional möglich, bei einer seriellen und/oder parallelen Verschaltung der

Kühlkreise mehrerer Statormodule Sm zwischen zwei Kühlkreisen eine zusätzliche

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Umwälzpumpe 16 anzuordnen (wie in Fig.2 angedeutet), falls der Kühlmitteldruck ansonsten zur effizienten Umwälzung im Kühlmittelkreislauf 13 zu niedrig werden würde. Auch eine solche zusätzlich Umwälzpumpe 16 könnte geregelt sein, wie im Zusammenhang mit Fig.5

erläutert wurde.

Zwischen zwei verschalteten Kühlkreisen 17 könnte auch eine zusätzlich Kühleinheit 10 vorgesehen sein, um das Kühlmittel zusätzlich zu kühlen. Auch eine solche zusätzlich

Kühleinheit könnte geregelt sein, wie im Zusammenhang mit Fig.5 erläutert wurde.

In einer anderen vorteilhaften Ausführung kann auch vorgesehen sein in einer seriellen und/oder parallelen Verschaltung der Kühlkreise 17 zumindest ein Statormodul Sm einzubinden, bei dem im Betrieb der Transporteinrichtung 1 mit keinem thermischen Problem zu rechnen ist, das also aufgrund der Wärmebelastung aktiv ungekühlt bleiben könnte. Ein solcher Statormodul Sm wirkt dann wie eine passive Kühleinheit 10, an der Wärme vom umgewälzten Kühlmittel abgeführt wird. Unter Umständen kann damit auf eine eigene Kühleinheit 10 im Kühlmittelkreislauf 13 sogar verzichtet werden oder die Kühleinheit 10 im Kühlmittelkreislauf 13 kann mit geringerer Kühlleistung dimensioniert werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Kühlkreis 17 eines aktiv zu kühlendes Statormoduls Sm mit zumindest einem, vorzugsweise zwei, Kühlkreis 17 eines aktiv nicht notwendigerweise zu

kühlenden Statormodules Sm verbunden wird.

Durch die aktive Kühlung der hinsichtlich der Wärmebelastung kritischen Statormodule Sm kann auch die Strombelastbarkeit und die mit den Antriebsspulen AS im Mittel generierbare Vortriebskraft zur Bewegung der Transporteinheiten Tn erhöht werden. Dadurch kann auch die Leistungsdichte der Transporteinrichtung 1 erhöht werden. Als Leistungsdichte wird hierbei die abgegebene mechanische Leistung dividiert durch das von der Transporteinrichtung 1 umbaute Raumvolumen (im Wesentlichen durch den Stator 2) verstanden. Als abgegebene mechanische Einzelleistung für eine Transporteinheit Tn wird die zeitlich gemittelte erzeugte Vortriebskraft auf die Transporteinheit Tn multipliziert mit der mittleren Geschwindigkeit der Transporteinheit Tn verstanden. Die Einzelleistungen aller Transporteinheiten Tm werden zur abgegebenen mechanischen Leistung der

Transporteinrichtung 1 aufsummiert.

Grundsätzlich kann die Kühlmittelleitung 7 des Kühlkreises 17 beliebig durch ein Statormodul Sm geführt sein. Wenn in einem Statormodul Sm neben den Antriebsspulen AS zusätzlich auch Leistungselektronik und/oder eine Steuereinheit angeordnet sind, dann werden vorzugsweise neben den Antriebsspulen AS auch solche Komponenten durch den Kühlkreis 17 gekühlt.

Um ein Statormodul Sm konstruktiv einfach halten zu können und um für gekühlte und

ungekühlte Statormodule Sm die gleichen Statormodule Sm vewenden zu können, ist

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vorzugsweise vorgesehen, dass eine Kühlplatte 12 mit dem Kühlkreis 17 in Wärmeleitkontakt am Statormodul Sm, vorzusgweise an einer Wand 14 eines Statormoduls Sm, angeordnet wird, beispielsweise mittels Schraubverbindungen, wie in Fig.4 dargestellt. An der Kühlplatte 12 sind die Zuführleitung 5 und Abführleitung 6 vorgesehen und in der Kühlplatte 12 die zumindest eine Kühlmittelleitung 7. Auf diese Weise muss ein gekühltes Statormodul Sm gegenüber einem nicht gekühlten Statormodul Sm konstruktiv nicht geändert werden, sondern es reicht aus, die Kühlplatte 12 am Statormodul Sm zu befestigen und die Abführleitung 6 und Zuführleitung 5 an der Transporteinrichtung 1 mit dem vorgesehenen Kühlmittelkreislauf 13 zu verbinden. Ein Statormodul Sm mit einer Kühlplatte 12 kann auch

mit einer gemeinsamen Einhausung umgeben werden.

An welcher, der hierfür freien Wände des Statormoduls Sm die Kühlplatte 12 angeordnet wird, spielt keine Rolle. Ebenso ist es möglich, an einem Statormodul Sm zur Erhöhung der Kühlleistung auch mehrere Kühlplatten 12 anzuordnen, beispielsweise eine oberhalb und

eine unterhalb.

Grundsätzlich wäre es auch möglich an jedem Statormodul Sm einen Kühlkreis 17 vorzusehen, aber nur diejenigen Statormodule Sm über einen Kühlmittelkreislauf 13 mit Kühlmittel zu versorgen, die eine aktive Kühlung benötigen. Die ungekühlten Statormodule

Sm werden dann einfach nicht an einen Kühlmittelkreislauf 13 angeschlossen.

Es sei angemerkt, dass unter „ungekühlt“ ein Statormodul Sm verstanden wird, dass keine aktive Kühlung durch ein mittels eines Kühlmittelkreislaufs 13 durch einen Kühlkreis 17 umgewälztes Kühlmittel aufweist. Aber auch ein solcher Statormodul Sm weist aufgrund von natürlicher und (durch die Bewegung der Transporteinheiten verursachter) erzwungener Konvektion, Wärmestrahlung und Wärmeleitung in angrenzende Bauteile der Transporteinrichtung 1 eine gewisse Eigenkühlung auf. Ein Statormodul Sm mit lediglich einer solchen passiven Eigenkühlung wird aber im Sinne der Erfindung nicht als aktiv

gekühltes Statormodul Sm verstanden, sondern als aktiv ungekühltes Statormodul Sm.

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Claims (14)

15 20 25 30 BN-4122 AT Patentansprüche

1. Transporteinrichtung in Form eines Langstatorlinearmotors mit einem Stator (2) und zumindest einer Transporteinheit (Tn) die entlang des Stators (2) bewegbar angeordnet ist, wobei der Stator (2) aus einer Mehrzahl von Statormodulen (Sm) zusammengesetzt ist und an jedem Statormodul (Sm) eine Mehrzahl von Antriebsspulen (AS) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Statormodul (Sm) des Stators (2) mit einem Kühlkreis (17) ausgeführt ist und mittels eines Kühlmittelkreislaufs (13), der Kühlmittel durch den Kühlkreis (17) umwälzt, aktiv gekühlt ausgeführt ist und zumindest ein anderes

Statormodul (Sm) des Stators (2) ungekühlt ausgeführt ist.

2. Transporteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Statormodule (Sm) mit einem Kühlkreis (17) ausgeführt sind und mittels eines Kühlmittelkreislaufs (13) gekühlt ausgeführt sind, wobei das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs (13) seriell und/oder parallel durch die Kühlkreise (17) der gekühlten Statormodule (Sm) durchgeführt ist.

3. Transporteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gekühlte Statormodule (Sm) mit jeweils einem eigenen Kühlmittelkreislauf (13)

gekühlt ausgeführt sind.

4. Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlmittelkreislauf (13) zumindest eine Umwälzpumpe (11) zur Umwälzung des

Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf (13) vorgesehen ist.

5. Transporteinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpensteuereinheit (15) vorgesehen ist, um die Förderleistung der zumindest einen Umwälzpumpe (11) zu steuern, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Temperatur des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf (13) und/oder einer Temperatur eines Teiles des zumindest

einen aktiv gekühlten Statormoduls (Sm).

6. Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlmittelkreislauf (13) eine Kühleinheit (10) zur Kühlung des im zumindest einen

Statormodul (Sm) erwärmten Kühlmittels vorgesehen ist.

7. Transporteinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlleistung der Kühleinheit (10) gesteuert ist, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Temperatur des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf (13) und/oder einer Temperatur eines Teiles des zumindest

einen aktiv gekühlten Statormoduls (Sm).

13/53”

15

20

25

30

35

BN-4122 AT

8. Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einem gekühlten Statormodul (Sm) zumindest eine Kühlplatte (12) angeordnet ist, wobei an der Kühlplatte (12) der Kühlkreis (17) mit einer Zuführleitung (5) für Kühlmittel, einer Abführleitung (6) für Kühlmittel und einer Kühlmittelleitung (7) vorgesehen ist, wobei die

Kühlmittelleitung (7) die Zuführleitung (5) und die Abführleitung (6) miteinander verbindet.

9. Transporteinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest

eine Kühlplatte (12) an einer Wand (14) des Statormoduls (Sm) angeordnet ist.

10. Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Transporteinrichtung (1) eine Prozessstation (4) vorgesehen ist und vorgesehen ist, die zumindest eine Transporteinheit (Tn) im Bereich der Prozessstation (4) zu beschleunigen, zu verzögern und/oder zu stoppen und zumindest ein Statormodul (Sm) im

Bereich der Prozessstation (4) aktiv gekühlt ausgeführt ist.

11. Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehene ist, die zumindest eine Transporteinheit (Tn) im Bereich eines Statormoduls (Sm) der Transporteinrichtung (1) zu beschleunigen, zu verzögern und/oder zu

stoppen und zumindest dieses Statormodul (Sm) aktiv gekühlt ausgeführt ist.

12. Transporteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Transporteinrichtung (1) eine elektromagnetische Weiche (W) vorgesehen ist und vorgesehen ist und zumindest ein Statormodul (Sm) im Bereich der Weiche (W) aktiv

gekühlt ausgeführt ist.

13. Verfahren zum Betreiben einer Transporteinrichtung (1) in Form eines Langstatorlinearmotors mit einem ortsfest angeordneten Stator (2) und zumindest einer Transporteinheit (Tn) die entlang des Stators (2) bewegt wird, wobei der Stator (2) aus einer Mehrzahl von Statormodulen (Sm) zusammengesetzt ist und an jedem Statormodul (Sm) eine Mehrzahl von Antriebsspulen (AS) angeordnet sind und Antriebsspulen (AS) im Bereich der Transporteinheit (Tn) bestromt werden, um die Transporteinheit (Tn) entlang des Stators (2) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund eines vorgegebenen Bewegungsprofils der Transporteinheit (Tn) entlang des Stators (2) die in den Statormodulen (Sm) erzeugte Wärme ermittelt wird und dass zumindest ein Statormodul (Sm) des Stators (2) mittels eines Kühlmittelkreislaufs (13) aktiv gekühlt wird, dessen Wärmebelastung im Betrieb der Transporteinrichtung (1) eine zulässige Wärmebelastung überschreitet, und zumindest ein anderes Statormodul (Sm) des Stators (2), dessen Wärmebelastung im Betrieb der Transporteinrichtung (1) unterhalb einer zulässigen Wärmebelastung bleibt,

ungekühlt betrieben wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelt wird, ob

aufgrund einer bekannten Kühlleistung des Kühlmittelkreislaufs (13) mehrere zu kühlende

14 1 55”

Statormodule (Sm) seriell und/oder parallel verbunden werden und vom selben

Kühlmittelkreislauf (13) mit Kühlmittel versorgt werden.