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Die
Erfindung betrifft einen Rollenantrieb zum Antrieb einer Antriebsrolle
einer Förderanlage sowie
eine Förderanlage.
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In
der Industrie werden häufig
Förderanlagen
zum Fördern
von Gütern
eingesetzt, die mehrere zueinander parallel angeordnete Rollen umfassen, die über Riemen
miteinander verbunden sind. Einige der Rollen der Förderanlage,
so genannte Antriebsrollen, enthalten einen Elektromotor als Teil
eines Rollenantriebs, mit dessen Hilfe eine Drehbewegung der Antriebsrolle
erzeugt wird.
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Der
Rollenantrieb umfasst für
gewöhnlich
einen hohlen Rotor mit Permanentmagneten, in dem ein feststehender
Stator aus einem Eisenkern und mit einer Anzahl von Wicklungen angeordnet
ist. Der Rotor ist seinerseits mit einem äußeren Rollenrohr der Antriebsrolle
verbunden, so dass das Rollenrohr im Betrieb des Rollenantriebs
mit dem Rotor mitgedreht wird.
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Im
Betrieb erzeugt die elektrische Verlustleistung des Rollenantriebs
Wärme,
die das Rollenrohr erwärmt, über welches
die Güter
transportiert werden. Über
das Rollenrohr wird die Wärme
an die Umgebung und somit an die mittels der Förderanlage transportierten
Güter abgegeben.
Damit die Güter nicht
beschädigt
werden, ist hierbei nur eine begrenzte Erhöhung der Temperatur des Rollenrohrs
zugelassen, z. B. von ca. 40 bis 50 Kelvin.
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Der
Rollenantrieb ist für
gewöhnlich
mittig in der Antriebsrolle positioniert und seine Länge beträgt etwa
25% bis 50% der Länge
des Rollenrohrs. Dadurch entsteht eine ungleichmäßige Temperaturverteilung an
der Rollenrohroberfläche.
Das Rollenrohr nimmt im Bereich des erhitzten Rollenantriebs eine deutlich
höherer
Temperatur an als in den äußeren Bereichen ohne
den Rollenantrieb, da die Wärmeleitung
des Rollenrohrs, das aus Stahl ausgebildet ist, schlecht ist. Hierbei
kann das Rollenrohr nicht aus einem Material mit besseren Wärmeleiteigenschaften ausgebildet
sein, wie z. B. aus Aluminium oder Kupfer, da es zum magnetischen
Schluss für
den Fluss der Permanentmagnete des Rotors verwendet wird und somit
aus einem magnetisierbaren Werkstoff, wie z. B. Stahl, ausgeführt sein
muss.
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Heutzutage
existieren Maßnahmen
zum Entziehen eines Teils der im Rollenantrieb erzeugten Wärme, wie
z. B. über
ein Wärmerohr,
auch Heat-Pipe genannt, das mit einem Wärmeübertragungsmedium gefüllt ist.
Allerdings erfordert ein solches Wärmerohr in der Motorwelle einen
größeren Wellendurchmesser,
so dass der Durchmesser des Stators verringert werden muss. Dadurch
liegt weniger Platz für
den Eisenkern bzw. für
die Wicklungen vor, was eine Drehmomentverringerung nach sich zieht.
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Der
in der Antriebsrolle integrierte Rollenantrieb soll in der Regel
ein möglichst
hohes Drehmoment abgeben, wobei das Drehmoment von den Abmessungen
des Rollenantriebs bzw. des Rollenrohrs (Durchmesser, Länge, Wandstärke) abhängig ist.
Allerdings kann eine erwünschte
Erhöhung
des Drehmoments nicht über
eine Vergrößerung der
Dimensionen des Rollenantriebs erfolgen, da eine Vergrößerung des
Rollenantriebs zu einer höheren
Verlustleistung des Rolleantriebs führen würde.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erhöhung des Drehmoments einer
Antriebsrolle ohne Überschreitung
einer maximalen zulässigen Temperatur
zu ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Rollenantrieb zum Antrieb einer Antriebsrolle einer Förderanlage,
umfassend einen an einer Welle angeordneten Stator mit einer Anzahl
von Wicklungen zur Erzeugung eines magnetischen Feldes sowie einen
um den Stator angeordneten Rotor, der mit einem Rollenrohr der Antriebsrolle
verbindbar ist, wobei stirnseitig am Stator ein Wärmeleitelement vorgesehen
ist.
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Die
Erfindung basiert auf der Überlegung, dass
eine Erhöhung
des Drehmoments der Antriebsrolle möglich ist, wenn die von dem
Rollenantrieb abgegebene Wärme
möglichst
gleichmäßig im Rollenrohr
verteilt wird. Hierdurch ist über
möglichst
die gesamte Länge
des Rollenrohrs eine hohe Wärmeabgabe
erreicht, so dass trotz des größeren Drehmoments
die Temperatur des Rollenrohrs an keiner Stelle die maximal zugelassene
Temperatur überschreitet.
Eine besonders gute Temperaturverteilung liegt vor, indem die vom
Rollenantrieb erzeugte Wärme über einen
möglichst
großen
Bereich entlang der Antriebsrolle an das Rollenrohr abgegeben wird.
Für diesen
Zweck ist das Wärmeleitelement
vorgesehen, das mit dem Rollenantrieb verbunden ist und den Hohlraum
innerhalb des Rollenrohrs zumindest teilweise ausfüllt. Ein
Teil der Wärme
des Rollenantriebs wird hierbei in das Wärmeleitelement eingeleitet,
von wo aus die Wärme über Wärmestrahlung
an das Rollenrohr abgegeben wird. Das Wärmeleitelement bildet hierbei
ein stationäres
Bauelement, das nur mit dem Stator in direktem Kontakt steht und über einen Luftspalt
vom rotierenden Rollenrohr getrennt ist. Das Wärmeleitelement stellt daher
eine Verlängerung
des Rollenantriebs dar, mit dessen Hilfe die Wärme über eine längere Strecke in Längsrichtung der
Antriebsrolle an das Rollenrohr abgegeben und somit gleichförmiger verteilt
wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung weist das Wärmeleitelement eine Stirnfläche auf,
mit der es vollflächig
in einem wärmeleitenden
Kontakt mit der Stirnseite des Stators steht. Dank dem vollflächigen Kontakt
zwischen dem Wärmeleitelement
und dem Stator erfolgt ein sehr intensiver Wärmeübergang, so dass ein möglichst
großer
Teil der im Rollenantrieb erzeugten Wärme über das Wärmeleitelement abtransportiert
wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Wärmeleitelement über eine
wärmeleitende
Vergussmasse mit dem Sta tor und insbesondere mit Wicklungsköpfen verbunden,
in denen die Verlustleistung entsteht. Eine Vergussmasse bietet
einerseits eine sichere Befestigung des Wärmeleitelements am Rollenantrieb.
Andererseits hat sie sich insbesondere im Falle einer unebenen Stirnseite
des Rollenantriebs als besonders vorteilhaft erwiesen, da die Vergussmasse
die zwischen der profilierten Stirnseite des Stators und der Stirnfläche des
Wärmeleitelements
vorhandenen Spalte ausfüllt
und somit die Wärmeübertragung
zwischen dem Rollenantrieb und dem Wärmeleitelement verbessert.
Als Vergussmasse wird beispielsweise eine zähelastische Masse oder auch
eine aushärtbare
Masse, insbesondere Kleber, mit guter Wärmeleitfähigkeit verwendet.
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Der
Abtransport der im Rollenantrieb erzeugten Wärme kann zusätzlich erhöht werden,
indem das Wärmeleitelement
derart ausgebildet ist, dass es möglichst viel Wärme an die
Umgebung abgibt. Dabei weist das Wärmeleitelement bevorzugt innenseitig
von der Stirnfläche
in Richtung einer gegenüberliegenden
Stirnseite eine Ausnehmung nach Art eines Kegels auf. Durch die
kegelförmige
Ausnehmung wird die Oberfläche
des Wärmeleitelements
vergrößert, wodurch
die Menge an Wärme,
die an die Umgebung in Form von Wärmestrahlung abgegeben wird,
vergrößert wird.
Zudem ermöglicht
eine solche Ausnehmung eine Materialeinsparung, so dass eine besonders
kostengünstige
Ausführung
vorliegt.
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Bevorzugt
ist das Wärmeleitelement
etwa zylinderförmig
ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung ist die Form des Wärmeleitelements
besonders gut an die Form des Rollenrohrs angepasst, wodurch eine
gleichmäßige Wärmeübertragung
erfolgt. Insbesondere ist das Wärmeleitelement
konzentrisch zum Rollenrohr angeordnet, so dass die vom Wärmeleitelement
ausgestrahlte Wärme
sich gleichmäßig in Radialrichtung
verteilt.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Wärmeleitelement
eine zylinderförmige
Mantelfläche,
die im Vergleich zu einem Innendurchmesser des Rollenrohrs einen
lediglich um ein Toleranz maß verringerten
Außendurchmesser
aufweist. Hierbei ist das Toleranzmaß so definiert, dass ein möglichst
kleiner Spalt zwischen der Mantelfläche des Wärmeleitelements und einer Innenseite
des Rollenrohrs entsteht, über
den die Wärme
des Wärmeleitelements
in Form von Wärmestrahlung
an das Rollenrohr abgegeben wird. Gleichzeitig ist das Toleranzmaß derart
dimensioniert, dass der Spalt zwischen der Mantelfläche des Wärmeleitelements
und dem Rollenrohr ausreichend groß ist, um einen Kontakt zwischen
dem Wärmeleitelement
und dem Rollenrohr und somit eine Reibung bei der Rotation des Rollenrohrs
zu vermeiden. Der Außendurchmesser
des Wärmeleitelements
entspricht insbesondere dem des Rotors, so dass das Wärmeleitelement
eine Art axiale Verlängerung
des Rollenantriebs darstellt.
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Für eine schnelle
Verteilung der Wärme
innerhalb des Wärmeleitelements
ist das Letztere vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das
sich durch eine Wärmeleitfähigkeit
größer 100
W/(m·K) und
insbesondere größer 150
W/(m·K)
auszeichnet. Das Wärmeleitelement
ist beispielsweise aus Aluminium, Kupfer oder Magnesium ausgebildet
oder aus einer Legierung mit einem hohen Anteil an Aluminium, Kupfer
und/oder Magnesium.
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Für eine besonders
gleichmäßige Wärmeverteilung
im Rollenrohr sind bevorzugt beidseitig des Stators Wärmeleitelemente
angeordnet.
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Die
Länge des
Wärmeleitelements
ist bevorzugt größer als
15% und insbesondere größer als 20%
als die Länge
des Stators, um eine hohe Wärmeübergabe
an das Rollenrohr zu ermöglichen.
Die Länge
des Wärmeleitelements
ist insbesondere an den vorhandenen Platz angepasst, wobei je länger das
Wärmeleitelement
ist, umso mehr Wärme
kann es aufnehmen bzw. umso besser ist die Wärmeverteilung in der Antriebsrolle.
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Die
Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch eine Förderanlage
mit einem Rollenantrieb nach Anspruch 10. Die im Hinblick auf den Rollenantrieb
aufgeführten
Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen
lassen sich sinngemäß auf die Förderanlage übertragen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen in schematischen
Darstellungen:
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1 in
perspektivischer Darstellung einen Rollenantrieb,
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2 eine
Durchsicht durch eine Antriebsrolle mit einem integrierten Rollenantrieb,
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3 in
perspektivischer Darstellung eine Stirnfläche eines Wärmeleitelements,
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4 in
perspektivischer Darstellung eine Stirnseite des Wärmeleitelements
gemäß 3,
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5 eine
Durchsicht durch eine Antriebsrolle mit einem zwei Wärmeleitelemente
umfassenden Rollenantrieb, und
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6 eine
ausschnittsweise perspektivische Darstellung einer Förderanlage.
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Gleiche
Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
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In 1 ist
ein Rollenantrieb 2 gezeigt, der im Wesentlichen einen
an einer Welle 4 angeordneten Stator 6 und einen
den Stator 6 umhüllenden
Rotor 8 umfasst. Der feststehende Stator 6 ist
aus einem Eisenkern gebildet, in dem eine Anzahl von Wicklungen 10 angeordnet
ist. Der Rotor 8 ist derart um den Stator 6 angeordnet,
dass er sich infolge der von den Wicklungen 10 erzeugten
Magnetkräfte
frei um den Stator 6 drehen kann. Der Rotor 8 weist
einen Außendurchmesser
DR auf, der den Durchmesser des Rollenantriebs 2 definiert.
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Der
Rollenantrieb 2 wird zum Antrieb einer Antriebsrolle 12 eingesetzt,
welche ein Teil einer hier nicht näher gezeigten Förderanlage
ist. Die Antriebsrolle 12 umfasst weiterhin ein Rollenrohr 14,
in dem der Rollenantrieb 2 mittig in Bezug auf eine Länge L2 des Rollenrohrs 40 positioniert
ist. Der Rotor 8 ist über
hier nicht näher
gezeigten Befestigungsmittel mit dem Rollenrohr 14 verbunden,
so dass die Drehung des Rotors 8 im Betrieb des Rollenantrieb 2 eine
Mitdrehung des Rollenrohrs 14 bewirkt. Das Rollenrohr 14 weist
einen Innendurchmesser DI auf, der um ein
Geringfügiges
größer ist
als der Außendurchmesser
DR des Rotors 8.
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Die
Länge L1 des Rollenantriebs 2 beträgt in der
Regel etwa zwischen 25% und 50% der Länge L2 des
Rollenrohrs 14. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Länge L1 30% der Länge L2 des
Rollenrohrs 14.
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Für einen
guten Abtransport der Wärme,
die sich im Betrieb des Rollenantriebs 2 im Stator 6 bildet,
ist ein Wärmeleitelement 16 vorgesehen,
das in 3 und 4 dargestellt ist. Das Wärmeleitelement 16 ist
etwa zylinderförmig
ausgebildet und weist einen Durchmesser DW auf,
der in etwa dem Durchmesser DR des Rotors 8 entspricht.
Das Wärmeleitelement
ist aus Aluminium und/oder Kupfer ausgebildet.
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Das
Wärmeleitelement 16 weist
eine Stirnfläche 18 auf,
mit deren Hilfe es vollflächig
in einem wärmeleitenden
Kontakt mit der Stirnseite des Stators 6 steht. Der wärmeleitende
Kontakt erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über eine
Vergussmasse 20, die eine hier nicht näher gezeigte Vertiefung der Stirnfläche 18 ausfüllt. Hierbei
wird über
die Vergussmasse 20 ein Kontakt nur zwischen dem Stator 6 und dem
Wärmeleitelement 16 hergestellt,
so dass das Wärmeleitelement 16 im
Betrieb des Rollenantriebs 2 ortsfest bleibt. Ein Kontakt
zwischen dem Wärmeleitelement 16 und
dem Rotor 8 wird vermieden, um die Drehung des Rotors 8 nicht
zu beeinträchtigen.
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Von
der Stirnfläche 18 ausgegangen
weist das Wärmeleitelement 16 innenseitig
in Richtung zu einer Stirnseite 22 hin eine Ausnehmung 24 nach
Art eines Kegels auf, wie es aus 4 ersichtlich
ist. Die Ausnehmung 24 stellt zum einen eine Materialeinsparung
dar und dient zum anderen zur Vergrößerung der Oberfläche des
Wärmeleitelements 16,
wodurch es mehr Wärme
an die Umgebung abgeben kann.
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Eine
Antriebsrolle 12 im zusammengebauten Zustand, bei der ein
Rollenantrieb 2 mit zwei stirnseitig befestigten Wärmeleitelementen 16 innerhalb
eines Rollenrohr 14 angeordnet ist, ist in 5 gezeigt. Dadurch,
dass der Durchmesser DW der Wärmeleitelemente 16 dem
des Rotors 8 entspricht, ist der Durchmesser DW im
Vergleich zum Innendurchmesser DI des Rollenrohrs 14 lediglich
um ein Toleranzmaß verringert.
Somit bildet sich zwischen dem Wärmeleitelement 16 und
dem Rollenrohr 14 ein sehr kleiner Spalt, über den
Wärme aus
dem Wärmeleitelement 16 in
Form von Wärmestrahlung
an das Rollenrohr 14 abgegeben wird.
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Die
Länge LW jedes der Wärmeleitelemente 16 beträgt in diesem
Ausführungsbeispiel
etwa 30% der Länge
L1 des Rollenantriebs 2. Die Wärmeleitelemente 16 stellen
somit eine Verlängerung
des Rollenantriebs 2, so dass die in die Wärmeleitelemente 16 eingeleitete
Abwärme
sich im Inneren des Rollenrohrs 14 besser verteilen kann.
Hierdurch ist insbesondere eine Erhöhung des Drehmoments möglich, bei
der aufgrund der gleichmäßigen Abwärmeverteilung
eine vorgegebene zulässige
Temperatur des Rollenrohrs nicht überschritten wird.
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In 6 ist
eine Förderanlage 26 zum
Fördern
von nicht gezeigten Gütern
dargestellt, die mehrere zueinander parallel angeordnete Rollen 12, 28 umfasst.
Die Rollen sind entweder nach Art Antriebsrollen 12 ausgebildet
oder sind Leerrollen 28, die im Wesentlichen nur ein Rollenrohr
umfassen. Die Rollen 12, 28 sind über Riemen
miteinander verbunden sind, so dass die Drehbewegung der Antriebsrollen 12 auf
die Leerrollen 28 übertragen
wird. Zur Erfassung der Position eines Gutes sind außerdem Lichtschranken 32 vorgesehen.