WO2021084079A1 - Transporteinrichtung in form eines langstatorlinearmotors - Google Patents

Transporteinrichtung in form eines langstatorlinearmotors Download PDF

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WO2021084079A1
WO2021084079A1 PCT/EP2020/080531 EP2020080531W WO2021084079A1 WO 2021084079 A1 WO2021084079 A1 WO 2021084079A1 EP 2020080531 W EP2020080531 W EP 2020080531W WO 2021084079 A1 WO2021084079 A1 WO 2021084079A1
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WO
WIPO (PCT)
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stator
coolant
cooling
transport device
cooled
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/080531
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English (en)
French (fr)
Inventor
Akio KISHIOKA
Frederik Maurice DANKELMANN
Robert KICKINGER
Original Assignee
B&R Industrial Automation GmbH
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Publication date
Application filed by B&R Industrial Automation GmbH filed Critical B&R Industrial Automation GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/12—Machines characterised by the modularity of some components
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • Transport device in the form of a long stator linear motor
  • the present invention relates to a transport device in the form of a long stator linear motor with a stator and at least one transport unit which is arranged movably along the stator, the stator being composed of a plurality of stator modules and a plurality of drive coils being arranged on each stator module.
  • the invention also relates to a method for operating such a transport device.
  • Long-stator linear motors are known from the prior art.
  • drive coils are arranged one behind the other in the direction of movement along a stationary support structure.
  • Such motors are often used as transport devices to fulfill a transport task.
  • the drive coils which are arranged in a stationary manner, form the stator of the long-stator linear motor that extends over the movement path.
  • Excitation magnets either permanent magnets or electromagnets, are arranged on a rotor and generate a magnetic excitation field.
  • the runner functions in a transport device as a transport unit for moving an object.
  • Planar motors are also known in which the drive coils are arranged in a stationary manner in a plane of movement and form the stator and the rotor can be moved in two directions in the plane of movement.
  • planar motors have a modular structure with stator modules.
  • US Pat. No. 9,202,719 B1 shows such a modular planar motor.
  • the cooling of the stator modules of a planar motor is, however, less critical, because usually few stator modules are used and the stator modules are very compact against one another and thus the resulting heat is better distributed in the stator through thermal conduction and other heat compensation mechanisms. It is therefore also structurally simple to cool such a planar motor as a whole, as is shown, for example, in DE 102017 131 324 A1. With a planar motor, the same problems with regard to cooling do not arise as with a long-stator linear motor with large stator lengths.
  • At least one stator module of the stator is designed with a cooling circuit and is designed to be actively cooled by means of a coolant circuit that circulates coolant through the cooling circuit and at least one other stator module of the stator is designed to be uncooled.
  • at least one stator module of the stator is designed with a cooling circuit and is designed to be actively cooled by means of a coolant circuit that circulates coolant through the cooling circuit and at least one other stator module of the stator is designed to be uncooled.
  • stator modules After the heat generated in the stator modules can be determined on the basis of a predetermined movement profile of the transport unit along the stator, for example by thermal estimation, calculation or simulation at least one stator module of the stator can be actively cooled in a targeted manner by means of a coolant circuit, the thermal load of which would exceed a permissible thermal load during operation of the transport device without active cooling.
  • Another stator module of the stator, the thermal load of which would remain below a permissible thermal load during operation of the transport device without active cooling, can be operated without cooling.
  • the coolant of the coolant circuit can be carried out serially and / or in parallel through the cooling circuits of the cooled stator modules. Based on the known cooling capacity of the coolant circuit, it can be determined, for example by estimation, calculation or simulation, whether several stator modules to be cooled can be cooled with the same coolant circuit. In this way, coolant circuits can be saved, which reduces the cost of cooling the stator.
  • a coolant circuit can be designed to be open or closed, and provision can be made for a cooling unit to be arranged in the coolant circuit for cooling the coolant heated in the at least one stator module and / or a circulation pump for circulating the coolant.
  • a pump control unit can also be provided to control the delivery rate of the at least one circulating pump, preferably as a function of a temperature of the coolant in the coolant circuit and / or a temperature of part of the at least one actively cooled stator module.
  • the cooling capacity of the coolant circuit can thus be flexibly adapted to the current conditions in the operation of the transport unit and the coolant circuit does not always have to be operated with the maximum possible cooling capacity.
  • the cooling capacity of the coolant circuit can be increased because the temperature spread between the coolant and the temperature of the stator module can be increased.
  • a cooling capacity of the cooling unit can also be controlled, preferably as a function of a temperature of the coolant in the coolant circuit and / or a temperature of a part of the at least one actively cooled stator module.
  • the cooling capacity of the coolant circuit can thus be flexibly adapted to the current conditions in the operation of the transport unit and the coolant circuit does not always have to be operated with the maximum possible cooling capacity.
  • At least one cooling plate is arranged on a cooled stator module, a supply line for coolant and a discharge line for coolant being provided on the cooling plate and at least one being provided in the cooling plate Coolant line is provided which connects the supply line and the discharge line to one another.
  • a cooling plate enables stator modules to be converted into cooled stator modules in a simple manner by arranging a cooling plate on the stator module. The cooled and uncooled stator modules therefore do not have to differ structurally.
  • stator modules that are exposed to excessive heat.
  • stator modules on which a transport unit is accelerated, decelerated or stopped for example in the area of a process station, or stator modules in the area of an electromagnetic switch of the transport unit.
  • FIGS. 1 to 5 show exemplary, schematic and non-limiting advantageous embodiments of the invention. It shows
  • FIG. 1 shows an example of a transport device in the form of a long stator linear motor
  • FIG. 2 shows a transport device in the form of a long stator linear motor with selective cooling of individual stator modules according to the invention
  • FIG. 4 shows a stator module which has been converted into a cooled stator module by arranging a cooling plate
  • FIG. 5 shows a control of a circulation pump of a coolant circuit.
  • a well-known transport device 1 is shown in the form of a long stator linear motor.
  • the transport device 1 consists of a plurality of separate stator modules Sm with m> 1, which are assembled to form a stationary stator 2 of the long stator linear motor.
  • the stator modules Sm can be arranged on a stationary support structure (not shown in FIG. 1).
  • a plurality of drive coils AS are arranged on a stator module Sm (only shown for the stator module S3 in FIG. 1).
  • the stator 2 forms the possible transport path of the transport device 1 for a number of transport units Tn with n> 1, in that a transport unit Tn can be moved along the stator 2.
  • the transport path can be closed or open.
  • the transport path can also have several branches Zk with k> 1, which in turn can be designed to be open or closed (as in FIG. 1).
  • the transport path can also comprise several branches Z1, Z2 which are connected to one another by switches W.
  • a transport unit Tn can be moved along the desired branch Z1, Z2.
  • the switch W is formed on the stator modules Sm-2, Sm-1.
  • the switch W can be mechanical or else electromagnetic, as for example in EP 3 109 998 B1 described, be executed.
  • the electromagnetic switch position in the switch can take place with the drive coils AS and / or with additional switch coils.
  • the stator modules Sm can also be designed in different geometric shapes, for example straight line modules or curve modules, in order to be able to implement different transport paths, as described, for example, in EP 3243772 B1.
  • the regulation of the movement of a transport unit Tn by a control unit 3 and the associated control of the involved drive coils AS and position detection of the transport unit Tn along the transport path are also well known, for example from EP 3385 110 A1 and EP 3376 166 A1. Since, however, neither the specific regulation nor the position detection or a specific geometry of the stator 2 or a stator module Sm is important for the invention, this is not explained in more detail here.
  • the movement profile for example a speed-time curve, a path-time curve or a position-time curve along the stator 2, is essentially dependent on the transport task that is to be implemented with the transport device 1.
  • the movement profile can for example include accelerations, decelerations, stops and constant speed drives along the movement path.
  • the movement profile is known for this due to the transport task to be carried out or is planned accordingly to fulfill the transport task.
  • the number of movement cycles essentially indicates how often a part of a movement profile is carried out on a certain stator module Sm in a certain period of time, e.g. per second.
  • a movement profile that requires high currents, for example due to high acceleration, high transported mass or in the area of an electromagnetic switch for switch setting, but is only very rarely carried out on a stator module Sm, will hardly lead to a thermal problem because the stator module Sm has sufficient time has to passively dissipate the generated heat, for example via heat conduction into the supporting structure or heat radiation.
  • this movement profile is often carried out on a stator module Sm, the heat generated with it can may no longer be easily and passively discharged. Even a movement profile that requires relatively low currents can lead to thermal problems if the number of movement cycles is sufficiently high.
  • a thermal problem is understood here in particular as a thermal load on the stator module Sm at which a predetermined maximum temperature of the stator module Sm is exceeded, at which a component of the stator module Sm, such as the coil winding, the insulating varnish, the potting compound, an electronic component etc. is damaged or would even be destroyed.
  • stator modules Sm on the basis of the planned movement profiles, for example to estimate, calculate or simulate thermally. As a further consequence, it can thus be determined in advance whether a specific stator module Sm may or may not experience a thermal problem as a result of the heat generated during the intended operation.
  • those stator modules Sm are preferably actively cooled at which a thermal problem can occur during operation without active cooling, but at least one stator module Sm of the transport device 1 being cooled.
  • at least one stator module Sm is actively cooled, the determined thermal load of which during operation would exceed a predefined permissible thermal load without active cooling.
  • the permissible heat load can be a permissible temperature at a specific point on the stator module Sm or a permissible amount of heat supplied, or the like.
  • the permissible thermal load can be known or can be determined from thermal tests, calculations or simulations.
  • at least one other stator module Sm is not actively cooled, preferably one on which no thermal problem is to be expected.
  • a process station 4 is provided in the area of the stator modules S2, S3, in which the transport units Tn with an object for processing are stopped or slowly moved through.
  • the transport units Tn with the transported objects are accelerated and removed at the switch W via the stator modules Sm-1, Sm from the transport device 1 via the open branch Z2.
  • transport units Tn with unprocessed Objects are fed via the branch Z2.
  • any other geometries of transport device 1 are also conceivable, in particular without switches or with several switches or with several process stations 4.
  • a robot could also be arranged in a process station 4, which can interact with the object on the transport unit Tn.
  • stator modules S2, S3, S4 for example in the area of the process station 4 and the stator modules Sm-2, Sm-1 of the switch W is high and thermal problems can arise. Therefore, these stator modules S2, S3, S4, Sm-2, Sm-1 are actively cooled. In the other stator modules, the transport unit Tn is moved essentially at constant speed or with small accelerations, which does not require high drive currents. The heat load in these stator modules is therefore sufficiently low that no active cooling is required due to the heat load to be expected.
  • Active cooling is understood to mean cooling by means of a cooling circuit 17 in which a coolant is guided through at least one coolant line 7 in the stator module Sm and thereby absorbs and dissipates heat from the stator module Sm.
  • the coolant can be a suitable gaseous (e.g. air) or liquid (e.g. water) fluid.
  • a cooled stator module Sm thus has a supply line 5 for coolant and a discharge line 6 for heated coolant, which are connected by the at least one coolant line 7 in the stator module Sm. Coolant is circulated through the stator module Sm via the supply line 5, the coolant line 7 and the discharge line 6.
  • the removed coolant can be actively cooled outside the stator module Sm in a cooling unit 10, e.g. with a heat exchanger or a heat pump, or passively, for example in a heat sink, and can be guided through the stator module Sm in an open or closed coolant circuit 13.
  • a cooling unit 10 e.g. with a heat exchanger or a heat pump, or passively, for example in a heat sink, and can be guided through the stator module Sm in an open or closed coolant circuit 13.
  • the coolant circuit 13 for the stator module Sm-1 of the switch W is designed to be open.
  • coolant is out a coolant source 8 is provided and supplied to the stator module Sm-1 via the supply line 5.
  • the coolant heated in the stator module Sm-1 is discharged via the discharge line 6 and fed to a coolant sink 9.
  • the removed coolant can also be cooled in a cooling unit 10 upstream of the coolant sink 9, for example in a heat sink with cooling fins or in a heat exchanger through which the coolant flows.
  • stator modules S2, S3, S4, Sm-2 of the exemplary embodiment according to FIG. 2 are cooled with a closed coolant circuit 13.
  • a closed coolant circuit 13 the supply line 5 and the discharge line 6 are connected to one another, for example via a cooling unit 10 and / or a circulating pump 11, so that the coolant is circulated.
  • the special feature of the exemplary embodiment according to FIG. 2 is that the cooling circuits 17 of these stator modules S2, S3, S4, Sm-2 are connected to one another in series (daisy chain), the coolant is thus carried through from one cooled stator module Sm to the next.
  • a discharge line 6 of a stator module S2, S3, S4, Sm-2 is connected to the supply line 5 of the downstream stator module S2, S3, S4, Sm-2.
  • the supply line 5 of the first stator module S2, seen in the flow direction of the coolant, and the discharge line 6 of the last stator module Sm-2 are connected to one another, for example via a cooling unit 10.
  • a circulation pump 11 can also be provided in order to circulate the coolant in the coolant circuit 13.
  • the cooling unit 10 can provide passive cooling on a heat sink.
  • the cooling unit 10 can, however, also be designed as a heat exchanger or heat pump in order to actively extract heat from the removed coolant.
  • the cooling circuits 17 of several cooled stator modules Sm could also be connected to one another in parallel.
  • a combination of a serial and parallel connection of the cooling circuits 17 (as in FIG. 3) is also conceivable.
  • an open coolant circuit 13 can also be used in order to supply the cooling circuits 17 of several cooled stator modules Sm in series and / or in parallel with coolant.
  • Such a coolant circuit 13 for supplying mixed series and parallel connected stator modules Sm is shown, for example, in FIG.
  • the cooling circuits 17 of a certain number of stator modules Sm can be connected in series and / or in parallel. This can also be estimated or simulated in advance using thermal technology.
  • cooling components such as cooling units 10, lines, Saving circulation pumps 11, so that the effort for cooling the long stator linear motor can be reduced.
  • stator modules Sm with serially and / or parallel interconnected cooling circuits 17 do not necessarily have to be stator modules Sm lying next to one another on the stator 2.
  • stator modules S2, S3, S4 are adjacent to one another, but are connected to the stator module Sm-2, which is not directly adjacent to the stator modules S2, S3, S4.
  • each individual cooled stator module Sm can also be cooled with its own open or closed coolant circuit 13. Any combination of cooled stator modules Sm with serially and / or parallel connected cooling circuits 17 and cooled stator modules Sm with their own open or closed coolant circuit 13 is also conceivable.
  • the delivery rate, e.g. delivery rate or delivery speed, of a circulating pump 11 in a closed or open coolant circuit 13 can also be adapted.
  • the circulating pump 11 can be designed, for example, as a speed-regulated pump which is regulated by a pump control unit 15 (hardware and / or software) in order to adapt the delivery rate of the circulating pump 11.
  • a temperature sensor 16 can be arranged on the transport device 1, which measures a temperature on a part and thus regulates the conveying capacity via the control unit 15, as shown in FIG.
  • the temperature of the coolant could be measured, e.g. before or after a cooling unit 10 or before or after the circulation pump 11.
  • the temperature could also be measured at a point of a stator module Sm cooled by the coolant circuit 13.
  • temperatures could also be measured at several different points on the transport device 1 and processed in the pump control unit 15 to control the circulating pump 11.
  • a suitable regulator can be implemented in the pump control unit 15 to control the circulation pump 11, for example to keep the coolant temperature and / or the temperature of the stator module Sm in a desired range.
  • a control of the cooling unit 10 could also be provided. If the cooling unit 10 is an active cooling unit, for example a heat pump or a heat exchanger, then the cooling output of the cooling unit 10 could also be regulated in the same way in order to keep the coolant temperature and / or the temperature of the stator module Sm in a desired range.
  • circulation pump 16 (as indicated in Figure 2), if the coolant pressure would otherwise become too low for efficient circulation in the coolant circuit 13.
  • Such an additional circulating pump 16 could also be regulated, as was explained in connection with FIG.
  • An additional cooling unit 10 could also be provided between two interconnected cooling circuits 17 in order to additionally cool the coolant.
  • Such an additional cooling unit could also be regulated, as was explained in connection with FIG.
  • At least one stator module Sm can also be included in a serial and / or parallel connection of the cooling circuits 17, in which no thermal problem is to be expected during operation of the transport device 1, which could therefore remain actively uncooled due to the heat load .
  • Such a stator module Sm then acts like a passive cooling unit 10, at which heat is dissipated from the circulated coolant.
  • a separate cooling unit 10 in the coolant circuit 13 can even be dispensed with, or the cooling unit 10 in the coolant circuit 13 can be dimensioned with a lower cooling capacity.
  • the cooling circuit 17 of a stator module Sm that is to be actively cooled is connected to at least one, preferably two, cooling circuit 17 of a stator module Sm that is not necessarily to be actively cooled.
  • the active cooling of the stator modules Sm which are critical with regard to the heat load, can also increase the current-carrying capacity and the propulsive force that can be generated on average with the drive coils AS for moving the transport units Tn.
  • the power density of the transport device 1 can also be increased.
  • the power density is understood to mean the mechanical power output divided by the volume of space enclosed by the transport device 1 (essentially by the stator 2).
  • the individual mechanical power output for a transport unit Tn is understood to be the time-averaged propulsive force generated on the transport unit Tn multiplied by the mean speed of the transport unit Tn.
  • the individual performances of all transport units Tm are added up to give the mechanical performance of the transport device 1.
  • the coolant line 7 of the cooling circuit 17 can be routed through a stator module Sm as desired. If, in addition to the drive coils AS, power electronics and / or a control unit are also arranged in a stator module Sm, then such components are preferably also cooled by the cooling circuit 17 in addition to the drive coils AS.
  • a cooling plate 12 with the cooling circuit 17 in thermal contact on the stator module Sm, preferably on a wall 14 of a stator module Sm, is arranged, for example by means of screw connections, as shown in FIG.
  • the supply line 5 and discharge line 6 are provided on the cooling plate 12 and the at least one coolant line 7 is provided in the cooling plate 12.
  • a cooled stator module Sm does not have to be structurally changed compared to a non-cooled stator module Sm, but it is sufficient to replace the cooling plate 12 to be attached to the stator module Sm and to connect the discharge line 6 and supply line 5 to the transport device 1 with the provided coolant circuit 13.
  • a stator module Sm with a cooling plate 12 can also be surrounded by a common housing.
  • Which of the free walls of the stator module Sm the cooling plate 12 is arranged on does not matter. It is also possible to arrange several cooling plates 12 on a stator module Sm to increase the cooling capacity, for example one above and one below.
  • uncooled means a stator module Sm that has no active cooling by a coolant circulated through a cooling circuit 17 by means of a coolant circuit 13.
  • a stator module Sm also has a certain inherent cooling due to natural and (caused by the movement of the transport units) forced convection, thermal radiation and thermal conduction into adjacent components of the transport device 1.
  • a stator module Sm with only such passive self-cooling is not understood in the context of the invention as an actively cooled stator module Sm, but rather as an actively uncooled stator module Sm.

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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

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. 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 102017 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 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 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 Zk mit k > 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 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 3243772 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 3385 110 A1 und der EP 3376 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 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 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 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, Sm- 2, 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 Kühlkreisel 7 kann man Kühlkomponenten, wie Kühleinheiten 10, Leitungen, 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 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 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.

Claims

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).
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 Statormodule (Sm) gekühlt werden können und die Kühlkreise der zu kühlenden Statormodule (Sm) seriell und/oder parallel verbunden werden und vom selben Kühlmittelkreislauf (13) mit Kühlmittel versorgt werden.
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