Vorrichtung für ein Schlagwerkzeug zur Energieübertragung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Schlagwerkzeug zur Energieübertragung, insbesondere Impulsübertragung, auf einen externen Körper gemäß Anspruch 1 .

Stand der Technik

Rammhämmer zum Einbringen von Spundwänden oder Pfählen in Böden an Land und auf See sind seit langem bekannt.

Einsatzgebiete derartiger Vorrichtungen sind Onshore oder Offshore Baugruben, Pfahlgründungen, Nearshore Spundwand nebst Rückverankerung, Dalben oder Fundamentgründungen von beispielsweise Monopiles, Jackets oder Tripods.

Die nötige Energie zum Einbringen von Pfählen wird bei den bekannten Verfahren mittels mechanischen Impulsen oder Vibrationsvorrichtungen auf die Spundwand oder den Pfahl übertragen.

Es findet jedoch immer ein mechanischer Kontakt zwischen dem Rammgewicht und dem externen Körper oder einem Strukturanschluss des externen Körpers statt. Dieser mechanische Kontakt führt zu einer raschen Abnutzung des Rammgewichts und zu erheblichen Schallemissionen.

Weitere Nachteile bekannter Vorrichtungen sind der geringe Arbeitstakt und ein statisches Impulsbild.

Insbesondere die Schallemissionen sind bei dem Offshore Einsatz problematisch, da immer strengere Auflagen zum Schutz der Tierwelt im Meer erlassen werden.

Aufgabenstellung Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die genannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere eine Vorrichtung zur Energieübertragung, insbesondere zur Impulsübertragung, auf einen externen Körper bereitzustellen, welche ein flexibles, regelbares Impulsbild erzeugen kann und die Schallemissionen beim Energieübertrag minimiert.

Darlegung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für ein Schlag Werkzeug zur Energieübertragung, insbesondere Impulsübertragung, auf einen externen Körper gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung für ein Schlagwerkzeug zur Energieübertragung, insbesondere zur Impulsübertragung, auf einen externen Körper umfasst einen Beschleunigungsabschnitt, einen Energieübertragungsabschnitt, einen Strukturanschluss und einen beweglichen Körper, wobei der Beschleunigungsabschnitt zusammen mit dem beweglichen Körper einen linearen, elektromagnetischen Antrieb ausbildet, welcher den beweglichen Körper beschleunigt und der Energieübertragungsabschnitt derart eingerichtet ist, dass der bewegliche Körper die aufgenommene Energie, insbesondere die aufgenommene kinetische Energie, mittels einer magnetischen Kraft kontaktlos an den Strukturanschluss zumindest weitestgehend überträgt. Die Energie kann auch direkt von dem Energieübertragungsabschnitt auf den externen Körper übertragen werden.

Der bewegliche Körper und der Beschleunigungsabschnitt bilden zusammen einen linearen, elektromagnetischen Antrieb aus, wobei der Beschleunigungsabschnitt einen stationären Teil eines linearen, elektromagnetischen Antriebs ausbildet und auf seiner Innenseite magnetische oder elektromagnetische Antriebselemente aufweist, welche mit Antriebselementen des beweglichen Körpers wechselwirken und somit den beweglichen Körper innerhalb des Beschleunigungsabschnitts beschleunigen. Der bewegliche Körper, der an seinem in Wirkrichtung vorderen Ende ein magnetisches oder magnetisierbares Element, insbesondere einen Elektromagneten, mit einer hohen magnetischen Flussdichte aufweist, wird mittels des elektromagnetischen Antriebs kinetische Energie zugeführt. Am Ende des Beschleunigungsabschnitts dringt der vordere Teil des beweglichen Körpers in ein magnetisches Feld eines Energieübertragungselements des Energieübertragungsabschnitts, insbesondere in das magnetische Feld einer Spule, eines Elektromagneten oder eines Permanentmagneten, ein, das eine dem magnetischen Feld des beweglichen Körpers entgegen gerichtete magnetische Polarität aufweist. Unter einer entgegen gerichteten oder entgegengesetzten Polarität zweier magnetischer oder magnetisierbarer Elemente wird verstanden, dass sich zwei gleichnamige magnetische Pole gegenüberstehen, die sich voneinander abstoßen.

Aufgrund von magnetischen Wechselwirkungen und/oder der Kraft zwischen zwei sich abstoßenden magnetischen Feldern und/oder einem Impulsübertrag wird die kinetische Energie des beweglichen Körpers kontaktlos an den Energieübertragungsabschnitt abgegeben. Die Energieübertragung, insbesondere die Impuls- oder Kraftübertragung, erfolgt zielgerichtet.

Nach erfolgtem Vorschub des externen Körpers fährt der bewegliche Körper mittels des linearen, elektromagnetischen Antriebs in die Ausgangsstellung zurück.

Für die Ausbildung eines linearen, elektromagnetischen Antriebs sind mehrere technische Varianten denkbar.

Ein erstes Prinzip beruht auf der Kraftwirkung auf einen ferromagnetischen Körper in einem Magnetfeld.

Entlang der Längsachse der Vorrichtung befinden sich in einem Beschleunigungsabschnitt radial angebrachte Beschleunigungselemente, insbesondere Beschleunigungsspulen. An einem Ende des Beschleunigungsabschnitts ist ein Energieübertragungsabschnitt angeordnet, der eine Verzögerungsspule zur Verzögerung des beweglichen Körpers aufweist. Das magnetische Feld der Verzögerungsspule weist eine magnetische Polarität auf, die der magnetischen Polarität der Beschleunigungsspulen entgegengerichtet ist.

Der bewegliche Körper besteht aus einem ferromagnetischen Material und wird über ein Halteelement, insbesondere eine Haltespule oder ein Haltemagnet, in einer Ausgangsstellung an einem Ende des Beschleunigungsabschnitts gehalten. Die magnetischen Felder der Beschleunigungsspulen und des Halteelements sind gleich ausgerichtet.

An die Beschleunigungselemente wird eine elektrische Spannung angelegt, die dazu führt, führt, dass sich zwischen zwei benachbarten Beschleunigungselementen ein magnetisches Feld ausbildet. Auf den beweglichen Körper wirkt nun eine statische magnetische Kraft der Beschleunigungsspulen.

Das Halteelement das den beweglichen Körper in der Ausgangsstellung hält, wird spannungslos und der bewegliche Körper wird von den Beschleunigungsspulen magnetisch angezogen. Sobald der bewegliche Körper mit seinem zur Wirkrichtung vorderen Teil eine Beschleunigungsspule erreicht, wird die Beschleunigungsspule abgeschaltet, um den beweglichen Körper nicht zu verzögern.

Der bewegliche Körper passiert die übrigen Beschleunigungsspulen auf gleiche Weise bis das magnetische Feld des beweglichen Körpers in das entgegengesetzt gepolte magnetische Feld der Verzögerungsspule eindringt. Aufgrund der entgegengesetzten magnetischen Polarität wirken auf die Flächen der Verzögerungsspule und des beweglichen Körpers gleichpolige magnetostatische, sich abstoßende Kräfte. Die kinetische Energie wird mittels eines Impulses kontaktlos an den Strukturanschluss übertragen.

Ein zweites Prinzip beruht auf der Kraftwirkung auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld.

Der bewegliche Körper ist mit elektrischen Leitern in der orthogonalen Ebene zur Längsachse der Vorrichtung durchsetzt. Das von den Beschleunigungselementen des Beschleunigungsabschnitts hervorgerufene magnetische Feld wirkt in der orthogonalen Ebene der Längsachse der Vorrichtung und rechtwinkelig zur Stromflussrichtung in den elektrischen Leitern. Durchfließt ein Strom die elektrischen Leiter, wirkt auf den beweglichen Körper die Lorentzkraft und beschleunigt oder verzögert den beweglichen Körper entlang der Längsachse der Vorrichtung. Das magnetische Feld wird durch Spulen mit Eisenkern oder Elektromagnete parallel zur Längsachse der Vorrichtung ausgebildet.

Ein drittes Prinzip beruht auf der Kraftwirkung auf einen Elektromagneten in einem Magnetfeld.

Dieses Prinzip nutzt die sich anziehende oder sich abstoßende Wirkung von Elektromagneten zur Beschleunigung und Verzögerung des beweglichen Körpers. In seiner einfachsten Ausführungsform besteht die Vorrichtung aus drei Spulen, von denen die beiden äußeren Spulen einen Ferritkern aufweisen. Die dritte Spule ist zwischen den beiden äußeren Spulen angeordnet und als Luftspule ausgebildet. Der bewegliche Körper besteht aus einem ferromagnetischen Material und wird von der Luftspule abwechselnd zu der ersten Spule mit Ferritkern und der zweiten Spule mit Ferritkern beschleunigt. Der Stromfluss durch die Beschleunigungsspule wird solange aufrechterhalten, bis der bewegliche Körper die geforderte kinetische Energie aufweist. Die Energieübertragung erfolgt mittels zweier entgegen gerichteter magnetischer Felder zwischen dem beweglichen Körper und der Verzögerungsspule.

Nach der Energieübertragung, insbesondere der Impulsübertragung, wird der Stromfluss in der Verzögerungsspule umgekehrt und der bewegliche Körper wird aufgrund des umgepolten magnetischen Feldes in seine Ausgangsstellung zurückgeführt.

Ein auf diesem Prinzip beruhende Vorrichtung kann als leichtere und platzsparende Aiterative angesehen werden. Der Antrieb des beweglichen Körper kann über gepulste Elektromagnete erfolgen. Der Beschleunigungsweg ist kurz.

Der Einsatz eines elektromagnetischen Antriebs ermöglicht es die Beschleunigung des beweglichen Körpers flexibel zu regeln. Dadurch ist es möglich, während des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Energie des beweglichen Körpers und damit den auf den Energieübertragungsabschnitt übertragenen Impuls zu variieren. Insbesondere die Taktfrequenz der Energieabgabe, insbesondere der Impulsabgabe, und die Intensität der Energieabgabe, insbesondere der Impulsabgabe, lassen sich stufenlos ändern.

So ist es beispielsweise möglich, während des Einbringens einer Spundwand in einen Boden, den Energiebetrag gerade so zu wählen, dass eine Grenzkraft zum Einbringen der Spundwand in den Boden überschritten wird. Da sich diese Grenzkraft mit fortschreitender Eindringtiefe der Spundwand und mit unterschiedlichen Bodenformationen ändert, kann der Energieübertag zwischen zwei Bewegungen des beweglichen Körpers automatisch angepasst werden. Somit wird immer gerade genug Energie in die Vorrichtung geleitet, dass die Grenzkraft überschritten, jedoch keine Energie verschwendet wird.

Zudem ist es aufgrund des Antriebs möglich die Vorrichtung im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen aus dem Stand der Technik gering zu dimensionieren.

Aufgrund der kontaktlosen Übertragung der Energie wird der Verschleiß der Komponenten, insbesondere des beweglichen Körpers und des Strukturanschlusses deutlich verringert, wodurch wiederum Wartungsintervalle und I nstandhaltungskosten reduziert werden.

Ein weiterer Vorteil der kontaktlosen Energieübertragung besteht in den verminderten Schallemissionen. Es kommt zu keinem Aufeinanderprallen von mechanischen Bauteilen und somit zu deutlich weniger Schallemissionen.

Aufgrund der aktiven Beschleunigung des beweglichen Körpers ist es zudem möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer beliebigen Orientierung im Raum zu betreiben. Die Die bekannten Vorrichtungen waren zumeist auf eine vertikale Energieübertragung begrenzt.

Die einzelnen Abschnitte der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie auch die gesamte Vorrichtung, lassen sich modular aufbauen. Das bedeutet, dass insbesondere die einzelnen Abschnitte aus vorkonfektionierten Modulen bestehen, die am Einsatzort lediglich zusammengefügt werden müssen. Die einzelnen Module als solche bestehen weitestgehend aus Standardkomponenten der Industrie. Dies ermöglicht eine vereinfachte spätere Skalierung der Vorrichtung auf andere Modellgrößen unter Verwendung möglichst vieler gleicher Komponenten.

Es hat gewisse Vorteile die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Rammhammer einzusetzen.

Rammhämmer werden unter anderem in maritimer Umgebung betrieben. Daher ist es erforderlich, dass die Vorrichtung im Umgebungskontakt seewasserfest bzw. die elektrischen Komponenten wasserdicht umschlossen sind.

Es hat weitere Vorteile, die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schlagbohrmaschine einzusetzen.

Es hat spezielle Vorteile, die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Abbruchmeißel einzusetzen.

Es hat spezielle Vorteile, die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Pfahlzieher einzusetzen.

Es hat Vorteile, die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schmiedevorrichtung, insbesondere in einem Schmiedehammer einzusetzen.

Es hat einen speziellen Vorteil die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Vibrationswerkzeug einzusetzen.

Es hat einen speziellen Vorteil die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Druckerpresse einzusetzen.

Es hat einen speziellen Vorteil die erfindungsgemäße Vorrichtung in hydraulischen oder pneumatischen Systemen einzusetzen. Weitere Anwendungsgebiete sind nicht ausgeschlossen.

Externe Körper können insbesondere Spundwände, pfähle oder Schmiedehämmer sein. Es Es ist jedoch auch möglich andere Körper mit dem Strukturanschluss oder dem Energieübertragungsabschnitt zu koppeln.

Durch den Stromfluss lassen sich alle magnetischen Felder der Spulen und/oder Elektro- magnete zeitlich und in ihrer Intensität steuern. Damit kann eine an die Leistungsschalter angeschlossene Speicher-Programmierbare-Steuerung (SPS) den gesamten Bewegungs- prozess aus Beschleunigen, Verzögern und Rückführen automatisch durchführen. Über die Computerschnittstelle der Steuerung können Kraft-Weg-Bilder bedarfsgerecht für die Vorrichtung programmiert werden.

Zur Positionskontrolle entlang des Bewegungsweges des beweglichen Körpers können Lichtschranken oder Hall-Sensoren verwendet werden. Dieses Signal kann genutzt werden, um die Vorrichtung mit einer Teilladung in Form eines verkürzten Beschleunigungsweges durch die Steuerung zu fahren.

Redundante Beschleunigungssensoren helfen bei der Einstellung der erforderlichen Rammgewichtbeschleunigung, geben das Referenzsignal für die Auslegungsbeschleunigung für den Aggregatschutz und ermöglichen einen Rückschluss auf die physikalische Alterung der Vorrichtung.

Eine Druckmessdose im Hydrauliksystem ermittelt den Öldruck über die Zeit. Dies ermöglicht die Auswertung des Impulsbildes und einen Aggregatschutz bei Sollwertübersteigung.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der Beschleunigungsabschnitt zumindest weitestgehend als zylinderförmiger Hohlkörper ausgebildet ist, in dessen Innerem der bewegliche Körper sich entlang einer Längsachse bewegen kann. Der Beschleunigungsabschnitt bildet zusammen mit dem beweglichen Körper einen linearen, elektromagnetischen Antrieb aus. Dabei sind zwei vorteilhafte Varianten für die Anordnung des beweglichen Körpers zu dem Beschleunigungsabschnitt denkbar. Zum einen kann der bewegliche Körper auf der Außenseite des Beschleunigungsabschnitts beweglich gelagert werden oder der bewegliche Körper wird im Inneren des Beschleunigungsabschnitts beweglich geführt. Die Anordnung im Inneren des Beschleunigungsabschnitts hat sich als vorteilhaft erwiesen, da bei einer derartigen Anordnung die Gefahr, dass der bewegliche Körper bei dem Energieübertrag seitlich ausbricht, geringer ist.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der bewegliche Körper zumindest teilweise aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material besteht und/oder wenigstens einen elektrischen Leiter aufweist, der von einem elektrischen Strom durchflössen werden kann.

Um den beweglichen Teil eines linearen, elektromagnetischen Antriebs darstellen zu können, muss der bewegliche Körper selbst zumindest teilweise aus einem magnetischen Material bestehen oder magnetisierbar sein.

Als magnetische Materialien bieten sich permanent- oder ferromagnetische Materialien an. an. Diese sind entweder bereits magnetisch oder lassen sich mittels der externen magnetischen Felder der Beschleunigungselemente magnetisieren.

Es ist auch möglich, den beweglichen Körper als Spule oder als Elektromagneten auszugestalten. Weiterhin kann der bewegliche Körper von elektrischen Leitern durchsetzt sein, die einen Stromfluss senkrecht zum externen magnetischen Feld und zur späteren Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers ermöglichen.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der bewegliche Körper an seinem in Wirkrichtung vorderen Ende einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten mit oder ohne Kern aufweist.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der Energieübertragungsabschnitt ein magnetisierbares Element, insbesondere eine Spule oder einen Elektromagneten mit oder ohne Kern, um- fasst. Die Energieübertragung erfolgt im Energieübertragungsabschnitt kontaktlos. Dazu wird an dem in Wirkrichtung vorderen Ende des beweglichen Körpers ein magnetisches oder magnetisierbares Element mit einer hohen magnetischen Flussdichte angeordnet. Sobald der bewegliche Körper in das magnetische Feld des Energieübertragungselements des Energieübertragungsabschnitts eindringt wechselwirkt das magnetische Feld des beweglichen Körpers mit dem magnetischen Feld des Energieübertragungsabschnitts.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der Energieübertragungsabschnitt eine weitere Spule aufweist, die derart eingerichtet und positioniert ist, dass der bewegliche Körper diese Spule zumindest teilweise durchdringen kann.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die weitere Spule derart eingerichtet ist, dass in der weiteren Spule ein magnetisches Feld induziert wird, wenn der bewegliche Körper die Spule zumindest teilweise durchdringt.

Um die Energieübertragung zu verbessern, ist es möglich eine weitere Spule am Ende des Beschleunigungsabschnitts und vor der Verzögerungsspule des Energieübertragungsabschnitts zu positionieren. Beim Durchdringen dieser Induktionsspule wird in der Spule ein magnetisches Feld induziert. Dieses magnetische Feld weist eine magnetische Polarität auf, die der magnetischen Polarität der Verzögerungsspule entgegengesetzt ist. Folglich wirken zwischen der Induktionsspule und der Verzögerungsspule sich abstoßende magnetische Kräfte.

Es kann vorteilhaft sein, wenn an dem, dem Energieübertragungsabschnitt gegenüberliegenden Ende des Beschleunigungsabschnitts ein Halteabschnitt oder ein weiterer Energieübertragungsabschnitt angeordnet ist.

Die Anordnung eines Halteabschnitts ermöglicht es den beweglichen Körper in einer Ausgangsstellung zu fixieren.

Die Anordnung von weiteren Energieübertragungsabschnitten ermöglicht es die kinetische Energie des beweglichen Körpers nicht nur in einer Richtung zu übertragen, sondern auch die Bewegung der Rückführung des beweglichen Körpers kann dazu genutzt werden, Energie an einen Energieübertragungsabschnitt zu übertragen.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Spule und/oder der Elektromagnet einen Kern, insbesondere einen Ferritkern oder einen Kern aus ferromagnetischem Material, aufweist.

Um die magnetische Feldstärke zu erhöhen kann es sinnvoll sein die Spule und/oder den Elektromagneten mit einem Kern, insbesondere einem Ferritkern, auszustatten.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der beweglichen Körper ein magnetisches Feld aufweist, das dem magnetischen Feld des Energieübertragungsabschnitts entgegengesetzt gepolt ist.

Unter magnetischen Elementen werden insbesondere Permanentmagnete verstanden. Unter magnetisierbaren Elementen werden insbesondere Körper, die zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Material bestehen oder von elektrischen Leitern durchzogen sind, oder Spulen oder Elektromagnete verstanden. Eine Spule oder ein Elektromagnet kann dabei einen Kern aufweisen.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der Strukturanschluss und der externe Körper miteinander kraft- und/oder formschlüssig verbunden sind.

Die an den Energieübertragungsabschnitt abgegebene Energie muss möglichst verlustfrei an den externen Körper übertragen werden. Kraft- und/oder formschlüssige Verbindungen zwischen Strukturanschluss und externen Körper oder Energieübertragungsabschnitt und externen Körper haben sich als vorteilhaft erwiesen.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der bewegliche Körper Führungselemente, insbesondere Führungsmagnete, aufweist, die den beweglichen Körper zumindest innerhalb des Beschleunigungsabschnittes kontaktlos führen. Der bewegliche Körper muss innerhalb des Beschleunigungsabschnitts geführt werden. Um die Energieverluste bei der Beschleunigung des beweglichen Körpers zu minimieren ist es vorteilhaft den beweglichen Körper innerhalb des Beschleunigungsabschnitts kontaktlos zu lagern. Für diesen Zweck hat sich die Lagerung mittels Führungsmagneten als vorteilhaft erwiesen. Dabei werden die Führungsmagnete derart mit dem beweglichen Körper gekoppelt, dass die Führungsmagnete auf der zum Beschleunigungsabschnitt gerichteten Seite einen magnetischen Pol aufweisen, welche dem magnetischen Pol des Beschleunigungsabschnitts in diesem Bereich entspricht. Folglich wirken zwischen dem Führungselement und dem Beschleunigungsabschnitt sich abstoßende magnetische Kräfte. Durch eine entsprechende Anordnung einer Mehrzahl solcher Führungsmagnete um den beweglichen Körper ist es möglich, den beweglichen Körper kontaktlos im Inneren des Beschleunigungsabschnitts zu lagern.

Der Einsatz von Führungsmagneten weist den weiteren Vorteil auf, dass aufgrund der kontaktlosen Lagerung des beweglichen Körpers im Inneren des Beschleunigungsabschnitts auf ein Schmiermittel verzichtet werden kann. Somit sinken die Wartungskosten.

Es kann vorteilhaft sein, wenn zumindest der Beschleunigungsabschnitt eine Kontaktstromschiene oder eine Kabelschleppe aufweist, die, insbesondere mittels eines Schleifkontaktes, mit dem beweglichen Körper elektrisch leitend verbunden ist und den beweglichen Körper mit Strom versorgt.

Sollte der bewegliche Körper elektrische Leiter, eine Spule oder einen Elektromagneten umfassen, so müssen diese Elemente mit Strom versorgt werden. Eine einfache Versorgung dieser Elemente mit Strom ist über eine Kontaktstromschiene oder eine Kabelschleppe möglich. Die Kabelschleppe kann lediglich am beweglichen Körper angeordnet werden.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der Beschleunigungsabschnitt, der Energieübertragungsabschnitt, der Strukturanschluss der beweglichen Körper und/oder das Halteelement in einer Strukturhülle angeordnet sind. Eine Strukturhülle ermöglicht es der Vorrichtung mehr mechanische Stabilität zu verleihen. Folglich können größere Energiemengen in Form von stärkeren Impulsen übertragen werden.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Strukturhülle mit einem Druck größer dem Atmosphärendruck beaufschlagbar ist.

Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Offshore Pfahlgründung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in größeren Wassertiefen eingesetzt. Um den äußeren Druck aufgrund des Wassers ausgleichen zu können, ist es vorteilhaft, die Strukturhülle mit einem Druck zu beaufschlagen, der dem jeweiligen Umgebungsdruck entspricht.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Strukturhülle mit einem Medium, insbesondere einem Kühlmedium, befüllbar ist.

Die magnetischen Eigenschaften eines magnetischen Körpers sind von der Temperatur des magnetischen Körpers abhängig. Um die magnetischen Eigenschaften im Dauerbetrieb weitestgehend konstant zu halten ist es möglicherweise notwendig, die Vorrichtung zu kühlen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung, insbesondere die Strukturhülle und/oder der Beschleunigungsabschnitt von einem Kühlmedium durchflössen werden kann.

Das Medium kann in einem beliebigen Aggregatszustand vorliegen.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Strukturhülle derart eingerichtet und gekühlt ist, dass die in der Strukturhülle angeordneten Magnete und elektrischen Leiter einen supraleitenden Zustand einnehmen.

Die Verwendung von supraleitenden Magneten als Komponenten des linearen, elektromagnetischen Antriebs stellt eine vorteilhafte Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Um solche Magnete in einen supraleitenden Zustand zu versetzen ist es erforderlich die Vorrichtung auf entsprechende Temperaturen abzukühlen.

Es kann vorteilhaft sein, wenn zwischen dem Energieübertragungsabschnitt und dem Strukturanschluss eine Kraftübersetzungsvorrichtung, insbesondere ein mechanisches Getriebe oder eine Pneumatik oder eine hydraulische Presse, anordbar ist.

Eine einfache Möglichkeit die Kraftwirkung auf einen externen Körper weiter zu erhöhen ist es, zwischen dem Energieübertragungsabschnitt und dem externen Körper eine Kraftübersetzungsvorrichtung beispielsweise in Form eines mechanischen Getriebes oder einer Pneumatik oder einer hydraulischen Presse anzuordnen.

Angetrieben von der magnetischen abstoßenden Kraft drückt der Hydraulikstempel in das Hydraulikmedium der hydraulischen Presse. Die hydraulische Presse verstärkt den Impuls der vom beweglichen Körper auf den Energieübertragungsabschnitt übertragen wird um ein Vielfaches und überträgt ihn auf den Strukturanschluss.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können sich auch aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen ergeben, die in der Zeichnung dargestellt sind. Erfindungswesentliche Merkmale können sich auch aus der Anordnung einzelner Bauteile zueinander ergeben. Werden in den Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche Teile.

Kurzbeschreibunq der Zeichnungen

In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Beschleunigungsphase, Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Energieübertragungsphase,

Fig. 3 eine schematische Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Rückführungsphase,

Fig. 4 einen schematischen Ablauf einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Energieübertragungsabschnitten,

Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht durch ein Beschleunigungselement und den in dem Beschleunigungselement angeordnetem beweglichen Körper,

Fig. 6 eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig.7 eine Einzeldarstellung des Beschleunigungsabschnitts der speziellen

Ausführungsform,

Fig. 8 eine Einzeldarstellung des beweglichen Körpers der speziellen Ausführungsform,

Fig. 9 eine Einzeldarstellung der hydraulischen Presse der speziellen Ausführungsform,

Fig. 10 eine weitere Variante der zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit vier Energieübertragungsabschnitten.

Beschreibung bevorzugter Ausführunqsformen

Bei der Verwendung der Begriffe oben und unten wird stets die in den Figuren 1 bis 3 und 6 bis 9 gezeigte Orientierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. einzelner Baugruppen oder Module zugrunde gelegt. Diese begriffliche Definition stellt keine Einschränkung der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer vertikalen Orientierung dar. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine beliebige Orientierung im Raum einnehmen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.

In den Figuren 1 bis 3 wird das Wirkprinzip einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 erläutert. Der elektromagnetische Antrieb in dieser Ausführungsform beruht auf dem Prinzip des stromdurchflossenen Leiters in einem magnetischen Feld. Als Wirkrichtung wird in dieser Ausführungsform eine zur Längsachse 26 parallel und und zum Energieübertragungsabschnitt 14 gerichtete Richtung verstanden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst einen Beschleunigungsabschnitt 12, einen Energieübertragungsabschnitt 14, einen beweglichen Körper 16 sowie einen Strukturan- schluss 18.

Der Beschleunigungsabschnitt 12 ist als stationärer Teil eines linearen, elektromagnetischen Antriebs ausgebildet und weist elektromagnetische Antriebselemente 20 in Form von Beschleunigungsspulen 22 auf. Die Beschleunigungsspulen 22 können einen Kern 24 aufweisen. Entlang der Längsachse 26 der Vorrichtung 10 sind mehrere Beschleunigungsspulen 22 jeweils als Spulenpaare angeordnet, die jeweils einen radialen Abstand zur Längsachse 26 der Vorrichtung 10 aufweisen. Die einzelnen Spulenpaare sind derart zueinander ausgerichtet, dass zwischen den Spulenpaaren ein stationäres, weitestgehend homogenes magnetisches Feld ausgebildet wird.

Das magnetische Feld zwischen den Spulenpaaren steht senkrecht auf der Längsachse 26 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.

Der Energieübertragungsabschnitt 14 umfasst in der gezeigten Ausführungsform eine Verzögerungsspule 28 und eine Induktionsspule 30. Während die Induktionsspule 30 derart ausgebildet ist, dass der bewegliche Körper 16 die Induktionsspule 30 durchdringen kann, weist die Verzögerungsspule 28 im Inneren einen ferromagnetischen Eisenkern 24 auf. Der Energieübertragungsabschnitt 14 schließt sich am unteren Ende des Beschleunigungsabschnitts 12 an diesen an. Der bewegliche Körper 16 stellt den beweglichen Teil des linearen, elektromagnetischen Antriebs dar und weist einen oberen Teil auf, der als Gewicht 32 ausgebildet ist, welches mit elektrischen Leitern durchsetzt ist und einen unteren Teil, welcher aus einem ferro- magnetischen oder permanentmagnetischen Materialbesteht. Die elektrischen Leiter sind innerhalb des oberen Teils des beweglichen Körpers 16 derart angeordnet, dass der Stromfluss durch die elektrischen Leiter senkrecht zur Längsachse 26 der Vorrichtung 10 und senkrecht zum magnetischen Feld der Spulenpaare des Beschleunigungsabschnitts 12 12 erfolgt.

Der Strukturanschluss 18 schließt sich am unteren Ende an den Energieübertragungsabschnitt 14 an und steht mit dem Energieübertragungsabschnitt 14 in Wirkverbindung.

Den Vorgang der Energieübertragung, insbesondre der Impulsübertragung, lässt sich ein drei Verfahrensabschnitt, nämlich eine Beschleunigungsphase, eine Energieübertragungsphase und eine Rückführungsphase unterteilen. Die einzelnen Phasen werden im Folgenden beschrieben.

Vor die Beschleunigungsphase kann sich noch eine Haltephase des beweglichen Körpers 16 vorschalten, die zeichnerisch nicht dargestellt ist, aber kurz beschrieben werden soll.

In der Haltephase befindet sich der bewegliche Körper 16 in einem Halteabschnitt, der analog zum Beschleunigungsabschnitt 12 ausgebildet, von diesem jedoch separat steuerbar ist. Aufgrund der Ausrichtung der elektrischen Leiter und der magnetischen Felder der Spulen wirkt auf den beweglichen Körper 16 die Lorentzkraft. In der Haltephase ist der Stromfluss durch die Haltespule und die elektrischen Leiter des beweglichen Körpers 16 gerade so groß, dass sich die auf den beweglichen Körper 16 wirkenden Kräfte zu Null addieren.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Energieübertragung in einer Ausgangsstellung vor der Beschleunigungsphase. In der Ausgangsstellung befindet sich der bewegliche Körper 16 entweder im Bereich des Halteabschnitts oder im Bereich des oberen Endes des Beschleunigungsabschnittes 12. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Spulen entsteht ein magnetisches Feld zwischen den Spulenpaaren. Durch das Anlegen einer weiteren elektrischen Spannung an die elektrischen Leiter des beweglichen Körpers 16, wirkt auf den beweglichen Körper 16 die Lorentzkraft. In der Ausgangslage kann der Stromfluss durch den beweglichen Körper 16 und/oder die Beschleunigungsspulen 22 derart gewählt werden, dass sich die auf den beweglichen Körper 16 wirkenden Kräfte zu Null addieren.

Um den beweglichen Körper 16 zu beschleunigen, wird der Stromfluss durch den beweglichen Körper 16 oder die Beschleunigungsspulen 22 umgekehrt. Folglich ändert sich die Ausrichtung der Lorentzkraft und der bewegliche Körper 16 wird entlang der Wirkrichtung der Vorrichtung 10 beschleunigt.

Sobald der bewegliche Körper 16 mit seinem unteren Ende in das magnetische Feld eines Spulenpaares eintaucht, wird der elektrische Strom durch dieses Spulenpaar abgeschaltet. Der bewegliche Körper 16 wird nun von dem darunterliegenden Spulenpaar angezogen und es besteht nicht die Gefahr, dass der bewegliche Körper 16 durch das magnetische Feld, in das er gerade eingetaucht ist, abgebremst wird.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Energieübertragung in einer Energieübertragungsstellung in der Energieübertragungsphase.

Die Verzögerungsspule 28 wird von einem elektrischen Strom durchflössen und erzeugt somit ein magnetisches Feld. Die Verzögerungsspule 28 ist derart ausgerichtet, dass die magnetischen Feldlinien weitestgehend parallel zur Wirkrichtung der Vorrichtung 10 ausgerichtet sind.

Am unteren Ende des Beschleunigungsabschnitts 12 dringt der untere Teil des beweglichen Körpers 16 zunächst in die Induktionsspule 30 ein und induziert in dieser ein magnetisches Feld. Dieses induzierte magnetische Feld der Induktionsspule 30 ist dem magnetischen Feld der Verzögerungsspule 28 entgegengerichtet. Es entsteht ein magnetostischer Zustand, der die gleichpoligen Spulen bzw. Elektromagnete sich gegenseitig abstoßen lässt.

Im weiteren Verlauf der Bewegung des beweglichen Körpersl 6 dringt dieser in das magnetische Feld der Verzögerungsspule 28 ein. Der untere Bereich, der aus einem ferromag- netischen oder permanentmagnetischen Material besteht, weist ein magnetisches Feld auf, welches dem magnetischen Feld der Verzögerungsspule 28 entgegengerichtet ist. Folglich wirken zwischen dem beweglichen Körper 16 und der Verzögerungsspule 28 sich abstoßende magnetische Kräfte, die einen kontaktlosen Energieübertrag des beweglichen Körpers 16 auf die Verzögerungsspule 28 in Form eines Impulses ermöglicht.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Energieübertragung in der Rückführungsphase.

Nachdem die Energie über die Induktionsspule 30 und den Impulsübertrag an die Verzögerungsspule 28 und den Strukturanschluss 18 übertragen wurde, wird der Stromfluss durch die elektrischen Leiter des beweglichen Körpers 16 umgekehrt und der bewegliche Körper 16 bewegt sich analog zur Beschleunigungsphase in seine Ausgangsstellung zurück.

In der Figur 4 wird das Wirkprinzip einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 erläutert. Entgegen der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 3 weist die zweite Ausführungsform an beiden Enden des Beschleunigungsabschnitts 12 einen Energieübertragungsabschnitt 14 auf. Folglich weist die Vorrichtung 10 in dieser Ausführungsform zwei entgegengesetzte Wirkrichtungen auf, die jeweils parallel zur Längsachse 26 und zu jeweils einem Energieübertragungsabschnitt 14 ausgerichtet sind.

Der Energieübertragungsabschnitt 14 umfasst in der gezeigten Ausführungsform jeweils lediglich eine Verzögerungsspule 28.

Der bewegliche Körper 16 weist bei der zweiten Ausführungsform an beiden Enden entlang der Längsachse 26 der Vorrichtung 10 einen Bereich auf, welcher aus einem ferro- magnetischen oder permanentmagnetischen Material besteht. Der dazwischen liegende Bereich ist mit elektrischen Leitern durchsetzt.

Die sonstigen Ausführungen bezüglich der ersten Ausführungsform gelten in analoger Weise auch für die zweite Ausführungsform.

Die einzelnen Phasen der Energieübertragung sind in den Figuren 4 a) bis 4 d) dargestellt.

In der in Fig. 4 a) dargestellten Phase fließt durch die in der Figur dargestellte rechte Verzögerungsspule 28 ein Strom und erzeugt ein magnetisches Feld, dessen Feldlinien weitestgehend parallel zur Wirkrichtung der Vorrichtung 10 ausgerichtet sind. Der bewegliche Körper 16 wird mittels der Antriebselemente 20 des Beschleunigungsabschnitts 12 in Richtung der rechten Verzögerungsspule 28 beschleunigt.

In der in Figur 4 b) dargestellten Phase dringt der bewegliche Körper 16 in das magnetische Feld der rechten Verzögerungsspule 28 ein. Der rechte Bereich des beweglichen Körpers 16, der aus einem ferromagnetischen oder permanentmagnetischen Material besteht, weist ein magnetisches Feld auf, welches dem magnetischen Feld der rechten Verzögerungsspule 28 entgegengerichtet ist. Folglich wirken zwischen dem beweglichen Körper 16 und der Verzögerungsspule 28 sich abstoßende magnetische Kräfte, die einen kontaktlosen Energieübertrag des beweglichen Körpers 16 auf die rechte Verzögerungsspule 28 in Form eines Impulses ermöglicht.

Anschließend wird der Strom durch die rechte Verzögerungsspule 28 abgeschaltet und der Stromfluss durch die elektrischen Leiter des beweglichen Körpers 16 umgekehrt.

In der in Fig. 4 c) dargestellten Phase fließt durch die in der Figur dargestellte linke Verzögerungsspule 28 ein Strom und erzeugt ein magnetisches Feld, dessen Feldlinien weitestgehend parallel zur Wirkrichtung der Vorrichtung 10 ausgerichtet sind. Der bewegliche Körper 16 wird mittels der Antriebselemente 20 des Beschleunigungsabschnitts 12 in Richtung der linken Verzögerungsspule 28 beschleunigt. In der in Figur 4 d) dargestellten Phase dringt der bewegliche Körper 16 in das magnetische Feld der linken Verzögerungsspule 28 ein. Der linke Bereich des beweglichen Körpers 16, der aus einem ferromagnetischen oder permanentmagnetischen Material besteht, weist ein magnetisches Feld auf, welches dem magnetischen Feld der linken Verzögerungsspule 28 entgegengerichtet ist. Folglich wirken zwischen dem beweglichen Körper 16 und der Verzögerungsspule 28 sich abstoßende magnetische Kräfte, die einen kontaktlosen Energieübertrag des beweglichen Körpers 16 auf die linke Verzögerungsspule 28 in Form eines Impulses ermöglicht.

Anschließend wird der Strom durch die linke Verzögerungsspule 28 abgeschaltet und der Stromfluss durch die elektrischen Leiter des beweglichen Körpers 16 umgekehrt.

Figur 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch einen Beschleunigungsabschnitt 12 und den in dem Beschleunigungsabschnitt 12 angeordneten beweglichen Körper 16 einer weiteren Ausführungsform. In der gezeigten Ausführungsform weisen sowohl der Beschleunigungsabschnitt 12 als auch der bewegliche Körper 16 einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken auf.

Die elektromagnetischen Antriebselemente 20 des Beschleunigungsabschnitts 12 sind als Beschleunigungsspulen 22 ausgebildet. Die Längsachsen der Beschleunigungsspulen 22 sind dabei parallel zu den Seitenflächen des beweglichen Körpers 16 ausgerichtet. In den Beschleunigungsspulen 22 ist ein ferromagnetischer Kern 24 in Form eines rechteckigen Rings mit abgerundeten Ecken angeordnet. Die Beschleunigungsspulen 22 werden dabei derart von einem elektrischen Strom durchflössen, dass die angrenzenden Bereiche des Kerns 24 sich als Nord- bzw. als Südpol eines Magneten ausbilden. Zwischen diesen beiden Polen wird ein stationäres, weitestgehend homogenes magnetisches Feld ausgebildet.

Das magnetische Feld zwischen den Polen steht senkrecht auf der Längsachse 26 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.

Um den beweglichen Körper 16 mit elektrischer Energie zu versorgen, weist der Beschleunigungsabschnitt 12 auf seiner Innenseite Kontaktstromschienen 34 parallel zur Längsachse 26 der Vorrichtung 10 auf. Die stromabnehmenden Kontakte werden am beweglichen Körper 16 angeordnet.

Der bewegliche Körper 16 stellt den beweglichen Teil des linearen, elektromagnetischen Antriebs dar und weist einen oberen Teil auf, der als Gewicht 32 ausgebildet ist, welches mit elektrischen Leitern durchsetzt ist und einen unteren Teil, welcher aus einem ferro- magnetischen oder permanentmagnetischen Materialbesteht. Die elektrischen Leiter sind innerhalb des oberen Teils des beweglichen Körpers 16 derart angeordnet, dass der Stromfluss durch die elektrischen Leiter senkrecht zur Längsachse 26 der Vorrichtung 10 und senkrecht zum magnetischen Feld der Pole des Beschleunigungsabschnitts 12 erfolgt.

Darüber hinaus weist der bewegliche Körper 16 in den Bereichen der abgerundeten Ecken Ecken Führungsmagnete 36 in Form von Permanentmagneten auf. Diese Führungsmagnete 36 weisen auf den Außenflächen die gleichen magnetischen Pole wie der umgebende Kernbereich auf. Folglich wirken zwischen dem Führungsmagneten 36 und den Kernen 24 des Beschleunigungsabschnitts 12 sich abstoßende magnetische Kräfte, die eine kontaktlose Führung des beweglichen Körpers 16 innerhalb des Beschleunigungsabschnitts 12 ermöglichen.

Die Figuren 6 bis 9 zeigen eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, wobei die Figuren 7 bis 9 Einzeldarstellungen einzelner Baugruppen bzw. Module sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ist in Abschnitte unterteilt, welche wiederum unterschiedliche Baugruppen bzw. Module beinhalten. Die einzelnen Baugruppen bzw. Module und Ihre Komponenten werden im Folgenden genauer beschrieben.

Die gezeigte Ausführungsform umfasst einen Beschleunigungsabschnitt 12, einen Energieübertragungsabschnitt 14, eine hydraulische Presse 38, einen Strukturanschluss 18 sowie einen beweglichen Körper 16. Zudem weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ein Steuerungsmodul (nicht gezeigt) auf. Die einzelnen Module werden mittels reversiblen Verbindungen, insbesondere Schraub- und/oder Klemmverbindungen, miteinander verbunden. Dies ermöglicht eine einfache Instandhaltung. Der Beschleunigungsabschnitt 12 und die hydraulische Presse 38 werden bevorzugt mit einer geflanschten Schraubverbindung miteinander befestigt. Alle Verbindungsflansche weisen mindestens ein Dichtelement auf.

Die Verbindungen entlang der Längsachse 26 der Vorrichtung 10 sollen bei Zugkräften formschlüssig und bei Druckkräften kontaktschlüssig ausgebildet sein.

Alle Baugruppen bzw. Module weisen Lastanschlagspunkte 44 auf, um eine Handhabung mit Hebezeug, insbesondere Kränen, zu ermöglichen.

Das Steuerungsmodul zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist außerhalb der Strukturhülle 40 angeordnet. Zudem verfügt die Strukturhülle 40 über diverse Stromanschlüsse.

Ideal ist ein kreisrunder Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 entlang der Längsachse 26 in allen Abschnitten. Ein rechteckiger, quadratischer oder hexagonaler Querschnitt ist nur dann gerechtfertigt, wenn dieser Kostenvorteile für Herstellung und Instandhaltung mitbringt.

Figur 7 zeigt eine Einzeldarstellung des Beschleunigungsabschnittes 12 der Ausführungsform gemäß Fig. 6. Der Beschleunigungsabschnitt 12 ist nach Art eines Hohlzylinders ausgeformt und weist eine äußere Strukturhülle 40 auf. Im Inneren der Strukturhülle 40 ein Richtrahmen angeordnet, auf welchem Antriebselemente 46 in Form von Permanentmagneten angeordnet sind. Jeder Permanentmagnet ist mittels einer fixierbaren Stellschraube an dem Richtrahmen angeordnet und kann mittels dieser Stellschrauben exakt ausgerichtet und fixiert werden.

Bei der Anordnung des Richtrahmens in der Strukturhülle 40 ist darauf zu achten, dass horizontale Lasten auf den Richtrahmen weitestgehend vermieden werden, um die Abstände zwischen den Beschleunigungselementen und dem beweglichen Körper 16 entlang der Längsachse 26 des Beschleunigungsabschnitts 12 konstant zu halten. Zwischen dem Richtrahmen und der Strukturhülle 40 findet eine magnetische Entkopplung statt.

Am oberen Ende des Beschleunigungsabschnittes 12 ist ein Revisionsdeckel 42 zur Wartung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 reversibel an der Strukturhülle 40 angeordnet. Der Revisionsdeckel 42 wird mittels einer Flansch- oder Schraubverbindung reversibel an der Strukturhülle 40 befestigt. Am Revisionsdeckel 42 sind zwei Lastanschlagspunkte 44 parallel zueinander angeordnet. Die Lastanschlagspunkte 44 sind derart zur Längsachse 26 der Vorrichtung 10 angeordnet, dass bei einem Transport der Vorrichtung 10 mittels dieser Lastanschlagspunkte 44 die Vorrichtung 10 im Lot steht. Das bedeutet insbesondere, dass während des Transportes die Längsachse 26 der Vorrichtung 10 und die Lastrichtung parallel zueinander ausgerichtet sind.

Zudem weist die Strukturhülle 40 zwei seitlich angeordnete Lastanschlagspunkte 44 auf. Die Lastanschlagspunkte 44 sind derart ausgeprägt, dass ein Anschluss an einen Mäkler oder einen Adapter zur Mäklerführung möglich ist. Die Längsachse 26 des Beschleunigungsabschnitts 12 und die Lastrichtung stehen im Fall des Hebens über die seitlichen Lastanschlagspunkte 44 der Strukturhülle 40 senkrecht aufeinander.

Die Strukturhülle 40 weist zudem wasserdichte Durchtrittsöffnungen, insbesondere Schotts, auf, durch die Strom- und/oder Signalkabel in die Vorrichtung 10 eingeführt und Hydraulikschläuche aus der Vorrichtung 10 heraus geführt werden können.

Um den beweglichen Körper 16 mit elektrischer Energie zu versorgen, weist der Richtrahmen auf seiner Innenseite Kontaktstromschienen 34 parallel zur Längsachse 26 der Vorrichtung 10 auf. Die stromabnehmenden Kontakte werden am beweglichen Körper 16 angeordnet.

Figur 8 zeigt eine Einzeldarstellung des erfindungsgemäßen beweglichen Körpers 16 der Ausführungsform gemäß Fig. 6. Der bewegliche Körper 16 umfasst ein Gewicht 32, ein Antriebselement 46 und mehrere Energieübertragungselemente 48. Die Antriebs- und die Energieübertragungselemente 46 sind reversibel, insbesondere mittels Schraubverbindungen, an dem Gewicht 32 angeordnet. Die Energieübertragungselemente 48 sind als Elektro- oder Permanentmagnete ausgebildet und befinden sich am unteren Ende des beweglichen Körpers 16.

Im seitlichen Bereich des Gewichts 32 ist ein Antriebselement 46 in Form einer Spule angeordnet. Durch die Wahl eines günstigen Abstand und der Anordnung eines nichtmagnetischen Materials zwischen Antriebselement 46 und Energieübertragungselementen 48 wird sichergestellt, dass sich die Magnetfelder von Energieübertragungselement 48 und Antriebselement 46 nicht nachteilig in Ihrer Funktion beeinflussen.

Um den beweglichen Körper 16 mit elektrischer Energie zu versorgen, weist das Gewicht 32 auf seiner Außenseite Stromkontakte auf, die derart ausgebildet sind, dass diese mit der Kontaktstromschiene 34 des Beschleunigungsabschnittes 12 einen elektrisch leitenden Kontakt ausbilden. Um die Stromkontakte vor Verschleiß zu schützen, sind die Stromkontakte feder- und/oder rollengelagert. Alternativ kann der bewegliche Körper 16 eine Kabelschleppe aufweisen.

Figur 9 zeigt eine Einzeldarstellung einer erfindungsgemäßen hydraulischen Presse 38 der der Ausführungsform gemäß Fig. 6, die es ermöglicht die Krafteinwirkung auf den externen Körper 16 zu verstärken.

Die hydraulische Presse 38 umfasst einen mit Hydraulikmedium gefüllten Pressenkörper 50. Der Pressenkörper 50 wird an seinem oberen und unteren Ende jeweils von wenigstens einem beweglichen Hydraulikzylinder 52 durchdrungen. Auf den dem Pressenkörper 50 abgewandten Enden der Hydraulikzylinder 52 ist eine Schubplatte 54 bzw. eine Lastverteilerplatte 56 angeordnet. Die Lastverteilplatte ist an den Schubstangen der Hydraulikzylinder 52 des Lastausgangs 58 auswechselbar angebracht und mit dem Strukturan- schluss 18 gekoppelt. Aufgrund der reversiblen Verbindung zwischen Lastverteilerplatte 56, Hydraulikzylinder 52 und Strukturanschluss 18 ist es möglich unterschiedliche Struk- turanschlüsse 18, insbesondere Rammprofilwerkzeuge, von verschiedenen Herstellern mit der Lastverteilerplatte 56 zu verbinden.

Auf der Oberseite der Schubplatte 54 sind Energieübertragungselemente 60 in Form von Permanentmagneten angeordnet, die derart eingerichtet sind, dass diese Energieübertragungselemente 60 des Energieübertragungsabschnitts 14 mit den Energieübertragungselementen 48 des beweglichen Körpers 16 wechselwirken. Es ist zudem möglich eine Verzögerungsspule 28 auf der Oberseite der Schubplatte 54 anzuordnen.

Die Schubplatte 54 nimmt den Impuls des beweglichen Körpers 16 auf und verteilt die Kräfte auf die Hydraulikzylinder 52 am Lasteingang 62 der hydraulischen Presse 38.

Um den Vorschubweg zu optimieren kann eine Absperrung einzelner Zylinder des Lastausgangs 58 vorgenommen werden, damit bei kleineren Widerstandskräften des Bodens der Vorschubweg vergrößert werden kann.

Der Pressenkörper 50 wird mittels reversiblen Verbindungen, insbesondere mittels geflanschten Schraubverbindungen, an der Strukturhülle 40 des Beschleunigungsabschnitts 12 befestigt. Alle Verbindungen weisen ein Dichtelement auf. An den Pressenkörper 50 kann ein separater Druckzylinder mit elektrischem Stellantrieb angeordnet werden, welche den Vordruck in der Presse 38 regelt. Die hydraulische Presse 38 verfügt ebenfalls über Lastanschlagspunkte 44 für den Transport des Moduls.

Eine möglicherweise vorteilhafte Ausgestaltung der hydraulischen Presse 38 sieht vor, dass die hydraulische Presse 38 mit einem Druckentlastungssystem ausgestattet wird. Das Das Druckentlastungssystem verfügt über ein in der Vorspannung regelbares Entlastungsventil, dessen Öffnungsdruck voreingestellt werden kann. Es enthält auch eine Pumpe zum Rückfördern des Hydraulikmediums in den Pressenkörper 50. Der Pressenkörper 50 ist mit einem Blindflansch zur Aufnahme einer Druckmessdose ausgestattet. Es sind insgesamt zwei Anschlüsse nach außen für ein externes, zusätzliches Hydraulikmodul (Shock Surge Generator) vorzusehen, die in die hydraulische Presse 38 Hydraulikmedium einspeisen und entnehmen können. Figur 10 zeigt eine weitere Variante der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.

Der bewegliche Körper 16 weist bei der weiteren Variante der zweiten Ausführungsform an beiden Enden entlang der Längsachse 26 der Vorrichtung 10 jeweils eine Trägerplatte 64 auf, wobei die Ausdehnung der Trägerplatte 64 senkrecht zur Längsachse 26 der Vorrichtung 10 größer ist, als der Querschnittsdurchmesser des Beschleunigungsabschnitts 12. Auf jeweils beiden Seiten jeder Trägerplatte 64 sind Energieübertragungselemente 48 des beweglichen Körpers 16 angeordnet.

Die gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 umfasst vier Energieübertragungsabschnitte 14, wobei jeder Energieübertragungsabschnitt 14 Energieübertragungselemente 60 aufweist. Zudem ist an jedem Energieübertragungsabschnitt 14 eine Presse 38 angeordnet.

Im Gegensatz zu der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 4 ermöglicht die Anordnung von zwei zusätzlichen Energieübertragungsabschnitten 14 parallel zum Beschleunigungsabschnitt 12 und von dessen Außenflächen seitlich beabstandet, eine Doppelwirkung der Energieübertragung in jeder Bewegungsrichtung des beweglichen Körpers 16. Folglich wird die kinetische Energie des beweglichen Körpers 16 gleichzeitig über zwei separate Energieübertragungsabschnitte 14 abgegeben.

Die sonstigen Ausführungen bezüglich der ersten und zweiten Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 4 gelten in analoger Weise auch für die weitere Variante der zweiten Ausführungsform. Bezugszeichenliste

(ist Teil der Beschreibung)

10 Vorrichtung

12 Beschleunigungsabschnitt

14 Energieübertragungsabschnitt

16 beweglicher Körper

18 Strukturanschluss

20 Antriebselement des Beschleunigungsabschnitts

22 Beschleunigungsspule

24 Kern

26 Längsachse

28 Verzögerungsspule

30 Induktionsspule

32 Gewicht

34 Kontaktstromschiene

36 Führungsmagnet

38 Kraftübersetzungsvorrichtung

40 Strukturhülle

42 Revisionsdeckel

44 Lastanschlagspunkt

46 Antriebselement des beweglichen Körpers

48 Energieübertragungselement des beweglichen Körpers

50 Pressenkörper

52 Hydraulikzylinder

54 Schubplatte

56 Lastverteilerplatte

58 Lastausgang

60 Energieübertragungselement des Energieübertragungsabschnitts

62 Lasteingang

64 Trägerplatte