Beschreibung

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch zu betreibenden Linearaktor in einem Elektro-Schlagwerkzeug mit einem Läufer und einem Ständer, wobei der Läufer auf ein Werkzeug des Elektro-Schlagwerkzeuges einzuwirken eingerichtet ist. Die Anwendungsgebiete derartiger Elektro-Schlaghämmer sind zum Beispiel Hoch- und Tiefbau, Anlagenbau, Betonwerke, Kunststeinbetriebe, Gießereien, Installationsfirmen, die Bearbeitung von Natur- und Kunststein sowie jeder Art von Mauerwerk und Beton, das Stemmen, Meißeln, Aufbrechen, Graben, Stocken, Klopfen, Stampfen und Entgraten, das Aufbrechen von Beton und Asphalt sowie gerölldurchsetzten Erdreich, das Abbrechen in Beton, Mauerwerk und anderen Baustoffen, das Aufreißen von Straßen und Beton, Asphalt, Teer sowie Holz- und Steinpflaster, das Abstechen von Ton, Lehm, Torf sowie Salzen, das Zerkleinern festgefahrener oder gestampfter Böden, oder das Einrammen von Pfählen und Erdungsstäben.

Stand der Technik

Aus der betrieblichen Paxis sind Aufbruchhämmer bekannt, bei denen nach Betätigung eines Handschalthebels ein Wechselstrom-Universalmotor durch ein Getriebe einen Kurbeltrieb antreibt. Die daraus resultierende rotierende Bewegung eines Kurbeltriebzapfens des Kurbeltriebes wird mit Hilfe eines Pleuels und einem Führungskolben zur geradlinigen Bewegung umgewandelt und durch ein Luftpolster an einen Schlagkolben weitergegeben. Der Schlagkolben schlägt dann direkt auf ein an dem Aufbruchhammer angebrachtes, vom Einsatzzweck abhängiges Werkzeug (Spitzmeißel, Sternprofilmeißel, Flachmeißel, Keilmeißel, Breitmeißel, Spaten, Asphaltschneider, Stampfeinsatz, Stampfstößel, Rammhaube zum Rammen von Pfählen, oder Treibdorn). Eine eingebaute Elektronik-Regelung sorgt für geringen Einschaltstrom und eine konstante Drehzahl des Antriebsmotors.

Aus der DE 10259566 Al ist eine schlagende Elektro-Handwerkzeugmaschine bekannt, bei der längs einer Schlagachse durch einen Elektromotor ein Werkzeug geschlagen wird. Dabei hat der Elektromotor eine quer zur Schlagachse angeordnete Rotorwelle mit einem Rotorblechpaket und einem Motorritzel, welches eine Schlagwerksbaugruppe mit einem Exzenter über ein Schlagwerksgetriebe antreibt. Das Rotorblechpaket ist bezüglich der Schlagachse vollständig diametral zum Schlagwerksgetriebe angeordnet.

Die US 1,871,446 zeigt einen Elektrohammer, bei dem die Ständerspulen in Reihe angeordnet sind und separate, nicht zusammenwirkende Magnetkreise bilden. Im Läufer sind mit den jeweiligen Ständerspulen kooperierende Sekundärspulen vorgesehen.

Technologischen Hintergrund zeigende Schriften sind die US 2,892,140, die DE 10025 371 Al, die DE 30 30 910 Al, und die DE 102 04 8861 Al.

Der Erfindung zugrunde liegendes Problem

Die für viele Anwendungsgebiete, zum Beispiel Abbau- und Abbrucharbeiten von Beton, Mauerwerk und Stein, aber auch bei mittleren und schweren Wanddurchbrüchen, Wandabbrüchen und Nacharbeiten, bei der Bausanierung und im Sanitärbereich, sowie für Abbrucharbeiten am Boden und Durchbrüche am Boden erforderliche Schlagleistung, Einzelschlagenergie und Schlagzahl kann bei relativ niedrigem Gewicht des Elektro-Schlaghammers nur schwer erreicht werden. Außerdem benötigen bekannte Anordnungen viel Bauraum.

Erfindunqsgemäße Lösung

Zur Behebung dieser Nachteile lehrt die Erfindung einen elektrisch zu betreibenden Linearaktor in einem Elektro-Schlagwerkzeug, der durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert ist.

Aufbau, Weiterbildungen und Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung Erfindungsgemäß hat der Linearaktor in dem Elektro-Schlagwerkzeug einen Läufer und einen Ständer, wobei der Läufer wenigstens einen Stapel übereinander angeordneter, dauermagnetischer Stäbe aufweist. Der Ständer ist zumindest teilweise aus einem weichmagnetischen Material gebildet und weist wenigstens ein Zahnpaar mit einander gegenüberstehenden Zähnen auf, von denen jedes Zahnpaar einen Stapel zwischen sich unter Bildung eines jeweiligen Luftspaltes aufnimmt. Der Ständer weist wenigstens zwei magnetisch leitende innere Bereiche auf, die in der Bewegungsrichtung des Läufers voneinander in einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind und jeweils zumindest teilweise von einer im Wesentlichen hohlzylindrischen Spulenanordnung umgeben sind, deren Mittellängsachse etwa quer zu der Bewegungsrichtung des Läufers orientiert ist. In seiner einfachsten Ausgestaltung hat der Läufer einen Stapel übereinander angeordneter, dauermagnetischer Stäbe. Seitlich daneben sind auf einer Seite des Läufers die Spulenanordnung des Ständers sowie die von den Spulenanordnungen umgebenen wenigstens zwei magnetisch leitenden inneren Bereiche angeordnet. Um ein Werkzeug des Elektro-Schlagwerkzeuges zu betätigen, weist der Läufer ein Antriebsglied auf, das über eine lose Kopplung mit dem Werkzeug des Elektro-Schlagwerkzeuges zusammenwirkt, um einen mechanischen Impuls auf dieses zu übertragen.

Dabei hat die Erfindung erkannt, dass bei einer solchen Anordnung des Linearaktors die beiden Spulenanordnungen so betrieben werden können, dass der magnetische Fluss durch den einen der beiden magnetisch leitenden inneren Bereiche zu jedem Zeitpunkt im Wesentlichen gegengleich zum magnetischen Fluss durch den anderen magnetisch leitenden inneren Bereich ist. Somit bildet die Gesamtanordnung aus den beiden Spulenanordnungen mit der zugehörigen Ständeranordnung im Zusammenspiel mit den dauermagnetischen Läuferstäben einen in sich geschlossenen Magnetkreis. Mit anderen Worten kann bei der Erfindung der von der einen Spulenanordnung in die eine Richtung induzierte magnetische Fluss von der anderen Spulenanordnung zur gleichen Zeit in die andere Richtung induziert werden, so dass sich der Kreis schließt.

Erfindungsgemäß kann der Läufer zwei oder mehr voneinander in einem vorbestimmten Abstand angeordnete Stapel dauermagnetischer Stäbe aufweisen und die magnetisch leitenden inneren Bereiche des Ständers können zwischen den Stapeln des Läufers angeordnet sein.

Ein weiteres der Erfindung zugrunde liegendes Konzept besteht darin, den die Ankerdurch- flutung bewirkenden Teil des Ständers, nämlich den Spulenbereich mit der Ständerspulenanordnung räumlich aus dem die Kraft des Linearaktors bildenden Teil, nämlich dem Zahnbereich des Ständers "herauszutrennen". Damit kann im Vergleich zu herkömmlichen Linearmotoren, bei denen die Ständerspulen jeweils zwischen zwei Zähnen des Ständers angeordnet sind, eine erheblich höhere Ankerdurchflutung erreicht werden. Dies liegt daran, dass die Spule durch die erfindungsgemäße Gestaltung erheblich weniger räumliche Einschränkungen hat und so auf minimale (ohmsche) Verluste - und damit einhergehende maximale Magnetfeldinduktion - optimiert werden kann. Die Anordnung der Ständerspulenanordnung, deren Mittellängsachse quer zur Bewegungsrichtung des Läufers orientiert ist oder mit anderen Worten im Wesentlichen mit der Mittellängsachse zweier einander gegenüberstehender Zähne eines Zahnpaares fluchtet, ist magnetisch besonders effizient, da der durch eine so orientierte Spule induziert magnetische Fluss durch die zu beiden Stirnseiten der Spule befindlichen Zahnpaare gleichermaßen fließt. Damit wird in beiden Stapeln der dauermagnetischen Stäbe eine übereinstimmende Kraft erzeugt. Dies vermeidet ohne weitere besondere Maßnahmen einen Schräglauf des Läufers.

Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die hohlzylindrische Spulenanordnung einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt gesehen längs ihrer Mittellängsachse M hat. Damit umschließt eine in der Außenkontur im Wesentlichen rechteckige Spule mit einer ebenfalls im Wesentlichen rechteckigen Ausnehmung die jeweiligen magnetisch leitenden inneren Bereiche des Ständers.

Durch die Abmessungen der dauermagnetischen Stäbe in der Bewegungsrichtung des Läufers bzw. die Abmessungen eines Zahns des Ständers in der Bewegungsrichtung des Läufers ist eine Polteilung definiert, die kleiner ist als die Abmessung der Ständerspule in deren Längsrichtung.

Gleichermaßen werden die Kraft bzw. Bewegung hervorrufenden Läufermagnetpol/Ständerzahn-Anordnungen konzentriert, so dass diese nicht durch Ständerspulenanordnungen unterbrochen sind. Dies erlaubt eine sehr kleine Polteilung, welche wiederum eine hohe Kraftdichte bewirkt. Außerdem sind mit der erfindungsgemäßen Anordnung Teilhübe des Läufers möglich.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen ünearaktors besteht darin, dass praktisch nur die magnetisch wirksamen Komponenten (die Dauermagnete) zur trägen Masse des Läufers beitragen, während alle anderen Teile des Aktors (Spulen, magnetischer Rückschluss, etc.) dem Ständer zugeordnet sind. Damit kann ein besonders hohes Verhältnis von durch den Aktor ausgeübter Kraft zu träger Masse erzielt werden.

Durch die sehr einfach gestaltbare (einphasige und hohlzylindrische, zum Beispiel im Querschnitt rechteckige) Anordnung der Ständerspulenanordungen ist es möglich, den Einfluss der auf die Spule wirkenden Rüttelkräfte gering zu halten, so dass Vibrationen der Spule oder Reibung der Spule an der Wandung der Ständerspulenkammer gering sind. Damit ist es möglich, mit minimalem Isolationsmaterial bzw. Auskleidungsmaterial der Ständerspulenkammer auszukommen. Auch dies trägt zur Kompaktheit und Zuverlässigkeit der Gesamtanordnung bei. Außerdem bewirkt der einfache Aufbau eine hohe Leistungsdichte auch bei kleinen Linearaktoren, da der erzielbare Füllfaktor der Ständerspulenkammer (Spulenvolumen in der Ständerspulenkammer bezogen auf das Gesamtvolumen der Ständerspulenkammer) hoch ist.

Jeder Zahn kann erfindungsgemäß in der Bewegungsrichtung des Läufers eine Abmessung aufweisen, die im wesentlichen mit der Abmessung eines dauermagnetischen Stabes in der Bewegungsrichtung des Läufers übereinstimmt, so dass in einer vorbestimmten Stellung des Läufers wenigstens ein Zahnpaar des Ständers mit jeweils einem dauermagnetischen Stab fluchtet.

Vorzugsweise sind in der Bewegungsrichtung des Läufers sind benachbarte Zahnpaare des Ständers relativ zu der Abmessung der dauermagnetischen Stäbe in der Bewegungsrichtung

des Läufers so bemessen, dass, zwischen zwei dauermagnetischen Stäben, die mit zwei einander benachbarten Zahnpaaren des Ständers fluchten, wenigstens ein weiterer der dauermagnetischen Stäbe angeordnet ist.

Erfindungsgemäß können die magnetisch leitenden inneren Bereiche an ihren, dem Läufer zugewandten Ende wenigstens einen der Zähne aufweisen. Im Fall von einem Läufer mit zwei oder mehreren Stapeln haben die zwischen den beiden Stapeln befindlichen magnetisch leitenden inneren Bereiche des Ständers an ihren, den Stapeln des Läufers zugewandten Enden die Zähne.

Weiterhin kann der Ständer wenigstens einen außerhalb des Stapels des Läufers liegenden magnetisch leitenden äußeren Bereich aufweisen, der an seinen, dem Stapel des Läufers zugewandten Ende wenigstens einen der Zähne aufweist.

Im Fall von einem Läufer mit zwei Stapeln kann der Ständer auch zwei außerhalb der beiden Stapel des Läufers liegende magnetisch leitende äußere Bereiche aufweisen, die an ihren, den Stapeln zugewandten Enden die Zähne aufweisen.

Erfindungsgemäß ist der außen liegende Bereich des Ständers zumindest in einem Teilabschnitt im Querschnitt im Wesentlichen kammförmig gestaltet. Dabei bilden die Zähne des Kamms die äußeren (außen liegenden) Zähne der Zahnpaare.

Benachbarte Stäbe eines Stapels haben erfindungsgemäß eine abwechselnde magnetische Orientierung, wobei die Längsachse dieser Orientierung im Wesentlichen mit der Mittellängsachse zweier einander gegenüberstehender Zähne eines Zahnpaares fluchtet.

Erfindungsgemäß kann die Mittellängsachse der Spulenanordnung etwa quer zur Bewegungsrichtung des Läufers orientiert sein. Gleichermaßen kann erfindungsgemäß die Mittellängsachse der Spulenanordnung etwa mit der Mittellängsachse zweier einander gegenüberstehender Zähne eines Zahnpaares fluchten oder zumindest abschnittsweise im Wesentlichen parallel zu ihr orientiert sein. Dies erlaubt eine abgekröpfte Gestaltung der inneren Bereiche des Ständers, zum Beispiel um entsprechenden Montageraum für die Spulenanordnungen zu erhalten.

Der vorbestimmte Abstand zwischen den zwei magnetisch leitenden inneren Bereichen kann in Übereinstimmung mit der Erfindung so bemessen sein, dass er im Wesentlichen mit der

Abmessung einer geraden Anzahl von dauermagnetischen Stäben der beiden Stapel in der Bewegungsrichtung des Läufers übereinstimmt.

Jeweils zwei benachbarte dauermagnetische Stäbe der beiden Stapel des Läufers können erfindungsgemäß durch magnetisch nicht wirksame Abstandshalter in einem vorbestimmten Abstand miteinander verbunden sein. Diese Abstandshalter können ein magnetisch nicht wirksames Leichtmaterial (Aluminium, Titan, Kunststoff - auch mit Glasfaser- oder Kohlefasereinlagerungen - oder dergl.) enthalten. Damit ist die träge Masse des Läufers gering aber seine Stabilität hoch.

Durch die Abmessungen der dauermagnetischen Stäbe in der Bewegungsrichtung des Läufers und die Abmessungen der Zähne des Ständers in der Bewegungsrichtung des Läufers kann erfindungsgemäß eine Polteilung definiert sein, die kleiner ist als die Abmessung der Ständerspulenanordnung in der Bewegungsrichtung des Läufers.

Der/die äußeren Bereich/e des Ständers können erfindungsgemäß zusätzlich oder an Stelle der inneren Bereiche des Ständers wenigstens eine Ständerspule aufweisen.

Die Abmessung der Spulenanordnung des Ständers in Bewegungsrichtung des Läufers kann erfindungsgemäß größer sein als der Abstand zwischen zwei benachbarten Zahnpaaren des Ständers.

Der Ständer (der innere und/oder der äußere magnetisch leitende Bereich) ist wegen des praktisch ausschließlich zweidimensionalen Magnetflussverlaufs durch den Ständer vorzugsweise aus Elektroblechteilen aufgebaut. Es ist jedoch auch möglich, ihn zumindest teilweise als einen weichmagnetischen Formkörper, vorzugsweise aus gepresstem und/oder gesintertem Metallpulver herzustellen.

Erfindungsgemäß bilden die äußeren Bereiche des Ständers zumindest teilweise einen magnetischen Rückschlusskörper.

Durch die hohe Leistungsdichte der erfindungsgemäßen Anordnung können die Querabmessungen des Linearaktors mit den notwendigen Leistungsdaten sehr klein gehalten werden. Dies erlaubt den Einsatz in beengten Bauräumen.

Für die lose Kopplung des erfindungsgemäßen Linearaktors mit dem Werkzeug des Elektro- Schlagwerkzeuges zur Übertragung der Schlagenergie sind die unterschiedlichsten Ausgestal-

tungen möglich. So kann zum Beispiel das Antriebsglied mit einem Schlagteil in Bewegungsrichtung des Läufers längsverschieblich derart getrieblich gekoppelt sein, dass das Schlagteil den mechanischen Impuls auf das Werkzeug des Elektro-Schlagwerkzeuges im Wesentlichen in der Bewegungsrichtung des Läufers übertragen kann.

Die Spulenanordnung des Ständers kann dazu eingerichtet sein, durch eine elektronische Steuerung derart bestromt zu werden, dass das Antriebsglied vor einem Auftreffen des Schlagteils auf das Werkzeug oder eine Werkzeugaufnahme in dem Elektro-Schlagwerkzeug seine Bewegung abbremst und das Schlagteil einen vorbestimmten Weg in einer Freiflugphase zurücklegt. Unter Freiflugphase ist dabei eine Bewegung des Schlagteils in Bewegungsrichtung des Läufers verstanden, in der das Schlagteil nicht oder praktisch nicht mehr von dem Antriebsglied auf das Werkzeug oder eine Werkzeugaufnahme in dem Elektro-Schlagwerkzeug befördert wird; vielmehr „fliegt" das Schlagteil infolge einer vorherigen, von dem Läufer durch Antriebsglied auf das Schlagteil ausgeübten, Beschleunigung ohne weitere Antriebskopplung mit dem Läufer auf das Werkzeug oder die Werkzeugaufnahme zu. Mit anderen Worten hat sich das Schlagteil von dem Antriebsteil gelöst. Durch die Freiflugphase des Schlagteils wird eine mechanische Entkopplung des Werkzeugs oder der Werkzeugaufnahme von dem Läufer des Linearaktors im Moment des Auftreffens des Schlagteils auf das Werkzeug oder die Werkzeugaufnahme erreicht. Diese lose Kopplung hat zur Folge, dass die einzelnen Komponenten des Linearaktors, insbesondere dessen Läufer, nicht so stark mechanisch belastet sind.

Die Spulenanordnung des Ständers kann des Weiteren dazu eingerichtet sein, durch eine elektronische Steuerung derart bestromt zu werden, dass das Antriebsglied das Schlagteil in Richtung auf das auf das Werkzeug oder eine Werkzeugaufnahme in dem Elektro-Schlagwerkzeug hin, und von dem Werkzeug oder der Werkzeugaufnahme weg wieder in die Ausgangsposition bewegt.

Um ein Werkzeug des Elektro-Schlagwerkzeug zu betätigen, kann der Läufer auch einen Treibstößel aufweisen, der mit einer Arbeitskammer zusammenwirkt, in der ein Arbeitskolben verschieblich aufgenommen ist, der dazu eingerichtet ist, auf das Werkzeug des Elektro- Schlaghammers zu schlagen, wobei sich in der Arbeitskammer zwischen dem Treibstößel und dem Arbeitskolben ein Arbeitsmedium befindet, so dass bei einer Bewegung des Treibstößels in der Bewegungsrichtung des Läufers der Arbeitskolben eine damit korrespondierende Bewegung ausführt.

Bn Unterschied der erfindungsgemäßen Anordnung zu der oben geschilderten bekannten Anordnung eines Aufbruchhammers ist, dass durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Linearaktors bzw. dessen lose Ankopplung an das Werkzeug des Elektro-Schalgwerkzeuges die zur Umsetzung der Rotationsbewegung des Wechselstrom-Universalmotors in eine geradlinige Bewegung erforderlichen Komponenten (Getriebe, Kurbeltrieb mit Kurbeltriebzapfen, und Pleuel) entfallen.

Dabei kann der Treibstößel zumindest abschnittsweise in die zum Beispiel hohlzylindrisch gestaltete Arbeitskammer hinein ragen. Außerdem ist das Arbeitsmedium vorzugsweise ein kompressibles Medium, z.B. Luft oder ein anderes Gas; es ist jedoch auch möglich, ein in- kompressibles Medium, z.B. Öl, Wasser oder dergl. zu verwenden. Schließlich kann wenigstens ein Anschlag vorgesehen sein, mit dem der Arbeitskolben zusammenwirkt, um die Bewegung des Arbeitskolbens in eine oder beide Richtungen seiner Bewegung zu begrenzen.

Der Arbeitskolben kann in der Arbeitskammer derart angeordnet sein, dass die durch ihn ausgeführte Bewegung etwa längs der Bewegungsrichtung des Läufers orientiert ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die Bewegungsrichtung des Läufers und die Bewegungsrichtung des Arbeitskolben bzw. mit diesem verbundenen Werkzeuges des Elektro-Schlagwerkzeugs nicht kolinear sind sondern einen Winkel miteinander einschließen.

Durch das Arbeitsmedium zwischen dem Treibstößel und dem Arbeitskolben in der Arbeitskammer wird die Energie von dem Linearaktor auf den Arbeitskolben bzw. das Werkzeug übertragen. Dabei wird im Fall eines kompressiblen Mediums eine mechanische Entkopplung des Arbeitskolben bzw. des Werkzeugs von dem Läufer des Linearaktors erreicht. Diese Entkopplung hat zur Folge, dass die einzelnen Komponenten des Linearaktors, insbesondere dessen Läufer, nicht so stark mechanisch belastet sind. Falls eine stärkere Kopplung gewünscht ist, kann dies durch Verwendung eines inkompressiblen Mediums erreicht werden, wobei z.B. durch ein federbelastetes Druckaufnahmegefäß die Kopplung einstellbar ist.

Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und mögliche Abwandlungen werden anhand der nachstehenden Beschreibung erläutert, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist.

Kurzbeschreibunα der Zeichnungen

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearaktors in einem Elektro-

Schlagwerkzeug schematisch in perspektivischem Längsschnitt veranschaulicht.

In Rg. Ia ist eine alternative Ausführungsform einer losen getrieblichen Kopplung eines Schlagteils mit dem Läufer schematisch in perspektivischem Längsschnitt veranschaulicht.

In Rg. 2 ist eine Ausführungsform einer Spulenanordnung des erfindungsgemäßen Linearaktors in dem Elektro-Schlagwerkzeug schematisch in perspektivischer Draufsicht veranschaulicht.

In Rg. 3 ist eine Ausführungsform eines Ständers des erfindungsgemäßen Linearaktors in dem Elektro-Schlagwerkzeug schematisch in perspektivischer Draufsicht veranschaulicht.

In Rg. 4 ist eine Ausführungsform eines Stapels aus Magnetstäben des erfindungsgemäßen Linearaktors in dem Elektro-Schlagwerkzeug schematisch in perspektivischer Draufsicht veranschaulicht.

In Rg. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearaktors in dem Elektro-Schlagwerkzeug schematisch in perspektivischem Längsschnitt veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen

In Rg. 1 ist eine erste Ausführungsform eines elektrischen Linearaktors 10 in einem Elektro- Schlagwerkzeug veranschaulicht, der Läufer 16 und einen Ständer 18 hat.

Der Läufer 16 hat zwei voneinander in einem Abstand L angeordnete parallele Stapel 14, 14' aus einer Vielzahl übereinander angeordneter, dauermagnetischer Stäbe 30, 30' mit im Wesentlichen quaderförmiger Gestalt.

Der Ständer 18 ist als weichmagnetischer Formkörper aus gesintertem Eisen-Metallpulver oder aus geschichteten Eisenblechen gebildet. Der Ständer 18 hat mehrere Zahnpaare 22a, 22a'; 22b, 22b'; 22c, 22c'; 22d, 22d'; 22e, 22e'; 22f, 22f mit einander gegenüberstehenden Zähnen 22. Zwischen den Zähnen 22 eines Zahnpaares ist jeweils einer der beiden Stapel 14, 14' unter Bildung eines Luftspaltes 24 bzw. 24' aufgenommen.

Zwischen den beiden Stapeln 14, 14' des Läufers 16 hat der Ständer 18 magnetisch leitende innere Bereiche 50, 50a, die in der Bewegungsrichtung B des Läufers 16 voneinander in einem vorbestimmten Abstand A angeordnet sind. Jeder der beiden inneren Bereiche 50, 50a des Ständers 18 ist jeweils von einer im Wesentlichen hohlzylindrischen Spulenanordnung 60, 60a umgeben. Die Mittellängsachse M der jeweiligen Spulenanordnungen 60, 60a ver-

läuft etwa quer zu der Bewegungsrichtung B des Läufers 16. Die Spulenanordnung 60, 60a ist zum Erzielen eines möglichst hohen Füllfaktors als Kupferbandspule ausgeführt.

Die beiden Spulenanordnung 60, 60a sind so mit Strom zu beaufschlagen, dass sie jeweils ein Magnetfeld in entgegengesetzter Richtung erzeugen. In Fig. 1 erzeugt die obere Spulenanordnung 60 in der gezeigten Stellung des Läufers 16 ein Magnetfeld, das im Wesentlichen längs der Mittellängsachse der Spulenanordnung 60 von links nach rechts orientiert ist, während die untere Spulenanordnung 60a in der gezeigten Stellung des Läufers 16 ein Magnetfeld erzeugt, das im Wesentlichen längs der Mittellängsachse der Spulenanordnung 60 von rechts nach links orientiert ist. Dies wechselt, um den Läufer 16 längs der Bewegungsrichtung B (auf oder ab) zu treiben.

Da jede Spulenanordnung 60, 60a über ihre gesamte Erstreckung den jeweiligen der beiden inneren Bereiche 50, 50a des Ständers 18 vollständig umgibt, kann sie mit maximalem Wicklungsraum ausgefüllt sein. Wie in den Fig. 1 und 2 durch entsprechende Pfeile - bzw. Pfeilspitzen und Pfeilenden - veranschaulicht, sind die beiden Spulenanordnungen 60, 60a so zu bestromen, dass sie in dem mittleren Abschnitt 64, in dem sie aneinander anliegen, jeweils Strom in der gleichen Richtung führen (siehe Fig. 2).

In der gezeigten Anordnung ist der Läufer 16 aus zwei parallel ausgerichteten Stapeln 14, 14' gebildet, dessen Magnetstäbe aus dauermagnetischem Material (zum Beispiel Samarium- Cobalt) gebildet sind. Die einzelnen Magnetstäbe 30 sind bündig übereinander angeordnet, wobei die magnetische Orientierung der Magnetstäbe 30 abwechselnd (vom inneren Bereich des Ständers 18 nach außen und umgekehrt) ausgerichtet ist. Außerdem sind die Magnetstäbe 30 in ihren Abmessungen so gestaltet, dass in einer vorbestimmten Stellung des Läufers 16 einer der Magnetstäbe 30 zwischen zwei Zähnen 22 eines Zahnpaares des Ständers 18 fluchtet. Benachbarte Stäbe 30, 30' eines Stapels 14, 14' haben eine abwechselnde magnetische Orientierung N -> S, S <- N. Jeder dieser Stäbe fluchtet damit in bestimmten Stellungen des Läufers 14 mit Zähnen 22 des Ständers 18, In diesen Flucht-Stellungen fällt auch die Mittellängsachse Z zweier einander gegenüberstehender Zähne 22 eines Zahnpaares im Wesentlichen mit der magnetischen Orientierung des jeweiligen fluchtenden Stabes zusammen. Ersichtlich ist auch die Mittellängsachse M der Spulenanordnung 60 etwa quer zur Bewegungsrichtung des Läufers 16 orientiert und fluchtet etwa mit der Mittellängsachse zweier einander gegenüberstehender Zähne eines Zahnpaares.

Zwischen zwei benachbarten Magnetstäben 30 eines Stapels 14, 14' sind zur Verringerung der trägen Masse des Läufers 16 magnetisch nicht wirksame, ebenfalls quaderförmige Ab-

standshalter 34, 34' aus Kunststoff, zum Beispiel aus kohlefaserverstärktem Kunststoff eingefügt. Die zueinander benachbarten Dauermagnetstäbe 30 und die magnetisch nicht wirksamen Abstandshalter 34, 34' sind fest mit einander verbunden. Mit anderen Worten befinden sich im beweglichen Teil des Aktors (dem Läufer) keine Magnetfluss leitenden Teile (wie zum Beispiel Fluss-Leitstücke), sondern nur Dauermagnete, die stets optimal im magnetischen Feld angeordnet sind. Diese Anordnung hat auch den Vorteil einer Gewichtseinsparung. Sofern quaderförmige Stäbe aus dauermagnetischem Material nicht mit ausreichender magnetischer Feldstärke zur Verfügung stehen, ist es erfindungsgemäß auch möglich, die Stäbe aus Dauermagnetsegmenten so zusammenzusetzen, dass ein (von innen nach außen oder umgekehrt) gerichtetes Magnetfeld quer zur Bewegungsrichtung des Läufers 16 entsteht.

Der Ständer 18 hat des Weiteren zwei außerhalb der beiden Stapel 14, 14' des Läufers 16 liegende, magnetisch leitende äußere Bereiche 52 52', die wegen der praktisch ausschließlich zweidimensionalen Magnetflussführung bevorzugt als Eisenblechpakete hergestellt sind. Es ist jedoch ebenfalls möglich, diese als weichmagnetische Formkörper aus gesintertem Eisen- Metallpulver zu formen. Diese außen liegenden Bereiche 52, 52' des Ständers 18 im Querschnitt im Wesentlichen kammförmig gestaltet und haben an ihren, den Stapeln 14, 14' des Läufers 16 zugewandten Enden Zähne 22, die in ihrer Form den Zähnen der innen liegenden Bereiche 50, 50a des Ständers 18 spiegelbildlich. entsprechen.

Zwischen den magnetisch leitenden inneren Bereichen 50, 50a liegt ein vorbestimmter Abstand A, der so bemessen ist, dass er im Wesentlichen mit der Abmessung einer geraden Anzahl (in der gezeigten Ausführungsform sind es zwei) von dauermagnetischen Stäben 30, 30' der beiden Stapel 14, 14' (mit zugehörigen Abstandshaltern) in der Bewegungsrichtung B des Läufers 16 übereinstimmt. Die Länge der außen liegenden, im Querschnitt kammförmig gestalteten Bereiche 52, 52' des Ständers 18 ist so bemessen, dass den Magnetstäben des Läufers 16 zugewandte, korrespondierende Zähne 22 an beiden Enden jeweils einem Magnetstab unterschiedlicher Orientierung gegenüberstehen. Mit anderen Worten fluchten in einer bestimmten Stellung des Läufers die Zähne 22 des Zahnpaares 22d mit einem nach außen orientierten Magnetstab, während die Zähne 22 des korrespondierenden Zahnpaares 22c mit einem nach innen orientierten Magnetstab fluchten. Entsprechendes gilt für die Zähne 22 des Zahnpaares 22e, die mit den Zähnen 22 des Zahnpaares 22b korrespondieren, so-wie für die Zähne 22 des Zahnpaares 22f, die mit den Zähnen 22 des Zahnpaares 22a korrespondieren. Damit bilden die äußeren Bereiche 52 des Ständers 18 einen magnetischen Rückschlusskörper. In der Fig. 1 sind die kammförmigen Bereiche der äußeren Bereiche 52, 52' des Ständers 18 als drei einzelne ineinander gesteckte C-förmige Joche veranschaulicht. Es ist jedoch auch möglich, die beiden äußeren Bereiche 52, 52' des Ständers 18 jeweils als

Paket aus einstückigen weichmagnetischen kammförmigen Blechen, die jeweils die Zähne aufweisen, zu gestalten. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung der/des äußeren Bereiche/s des Ständers 18 liegt darin, dass praktisch kein magnetischer Streufluss in die Umgebung abgegeben wird.

Zur besseren Veranschaulichung ist in Rg. 3 der Ständer 18 mit seinen inneren 50, 50a und äußeren Bereichen 52, 52' freigestellt gezeigt. Dabei ist einer der äußeren Bereichen 52' und der obere innere Bereich 50 weggelassen. In der Zeichnung nicht veranschaulicht, aber im Bereich der Erfindung liegt es, dass die äußeren Bereiche 52, 52' des Ständers 18 zusätzlich oder an Stelle der inneren Bereiche 52 des Ständers 18 wenigstens eine Ständerspule aufweisen. Ersichtlich ist die Abmessung der Spulenanordnung 60, 60a in Bewegungsrichtung des Läufers 16 größer ist als der Abstand zwischen zwei benachbarten Zahnpaaren des Ständers 18.

In Rg. 5 ist eine zweite Ausführungsform eines elektrischen Linearaktors 10 veranschaulicht. Dabei bezeichnen in den vorherigen Rg. verwendete Bezugszeichen Teile oder Komponenten mit gleicher oder vergleichbarer Funktion oder Wirkungsweise und sind daher nachstehend nur in so weit erneut verläutert, als ihre konkrete Ausgestaltung, Funktion oder Wirkungsweise von der oben beschriebenen abweicht.

Bei dieser Ausführungsform hat der Läufer 16 einen Stapel 14 aus einer Vielzahl übereinander angeordneter, dauermagnetischer Stäbe 30 mit im Wesentlichen quaderförmiger Gestalt. Der Ständer 18 ist als weichmagnetischer Blechpaketstapel gebildet. Der Ständer 18 hat mehrere Zahnpaare 22a ... 22f mit einander gegenüberstehenden Zähnen 22. Zwischen den Zähnen 22 eines Zahnpaares ist der Stapel 14 unter Bildung eines Luftspaltes 24 bzw. 24' aufgenommen,

Auf der einen Seite des Stapels 14 des Läufers 16 (in Rg. 5 auf der rechten Seite) hat der Ständer 18 zwei magnetisch leitende innere Bereiche 50, 50a, die in der Bewegungsrichtung B des Läufers 16 voneinander in einem vorbestimmten Abstand A angeordnet sind. Jeder der beiden inneren Bereiche 50, 50a des Ständers 18 ist jeweils von einer im Wesentlichen hohl- zylindrischen Spulenanordnung 60, 60a umgeben. Diese beiden inneren Bereiche 50, 50a des Ständers 18 bilden praktisch die Schenkel eines liegenden "U", dessen Verbindungsjoch- durch einen magnetisch leitenden äußeren Bereich 52' gebildet ist. Mit anderen Worten ist bei dieser Ausführungsform der zweite Stapel des Läufers weggelassen und das Statoreisen durchgehend geformt. Der außerhalb des Läufers 16 liegende außen liegende Bereich 52 des Ständers 18 ist im Querschnitt im Wesentlichen kammförmig gestaltet und hat an seinen,

dem Stapeln 14 des Läufers 16 zugewandten Ende Zähne 22, die in ihrer Form den Zähnen der innen liegenden Bereiche 50, 50a des Ständers 18 spiegelbildlich entsprechen.

Auch bei dieser Ausführungsform liegt zwischen den magnetisch leitenden inneren Bereichen 50, 50a ein vorbestimmter Abstand A, der so bemessen ist, dass er im Wesentlichen mit der Abmessung einer geraden Anzahl (in der gezeigten Ausführungsform sind es zwei) von dauermagnetischen Stäben 30, 30' der beiden Stapel 14, 14' (mit zugehörigen Abstandshaltern) in der Bewegungsrichtung B des Läufers 16 übereinstimmt. Gleichermaßen ist die Länge der im Querschnitt kammförmig gestalteten Bereiche 52, 52' des Ständers 18 so bemessen, dass den Magnetstäben des Läufers 16 zugewandte, korrespondierende Zähne 22 an beiden Enden jeweils einem Magnetstab unterschiedlicher Orientierung gegenüberstehen.

Vorstehend sind einphasig zu betreibende Linearaktoren beschrieben. Es ist jedoch auch im Bereich der vorliegenden Erfindung, ein zwei- oder mehrphasige Anordnung des Linearaktors zu gestalten um eine gleichmäßigere Leistungsaufnahme des Linearaktors zu erzielen. Dazu sind die Zähne eines weiteren Statorensystems mit zugehörigen Spulen entsprechend dem/ den vorgesehenen Phasenversätzen der elektrischen Antriebsleistung geometrisch entlang des Magneten des Läufers versetzt zu positionieren.

Der Läufer 16 ein stangenförmiges Antriebsglied 15, das an seinem freien Ende (in Rg. 1 unten) ein Langloch 15a hat. In das Langloch 15a greift in Bewegungsrichtung B des Läufers 16 längsverschieblich ein Stab 19 mit einem an seinem freien Ende (in Rg. 1 unten) ausgebildeten, gegengleichen Langloch 19a ein. Der Stab 19 ist mit einem kreiszylindrischen Schlagteil 21 aus hochfestem Stahl verbunden. Durch die beiden mit ihren Langlöchern 15a, 19a ineinander fassenden Enden ist das Schlagteil 21 mit dem Läufer 16 derart getrieblich gekoppelt, dass das Schlagteil 21 auf ein mit dem Bezugszeichen 23 angedeutetes Werkzeug des Elektro-Schlaghammers in der Bewegungsrichtung B einen mechanischen Impuls übertragen kann.

Dabei liegen während einer „Schubphase" ein freies Ende v des Antriebsgliedes 15 sowie eine innere Stelle u dessen Langloches 15a jeweils an einer inneren Stelle v' des Langloches 19a des Stabes 19 bzw. an einem freien Ende u' des Stabes 19 an. Dann wird durch entsprechendes Ansteuern der Spulenanordnung des Ständers 18 ein Verlangsamen oder Abbremsen des Läufers 16 bewirkt, so dass die Schubberührung zwischen dem Stab 19 und dem Antriebsgliedes 15 sich löst; das Schlagteil befindet sich in einer „Freiflugphase", in der es keine Beschleunigung mehr erfährt. Die Freiflugphase ist beendet, wenn das von dem Läufer 16 in Richtung auf das Werkzeug 23 des Elektro-Schlaghammers beschleunigte Schlagteil 21

auf die diesem zugewandte Stirnfläche 23a des Werkzeugs 23a trifft. Dadurch wird das Werkzeug 23 des Elektro-Schlaghammers in der Bewegungsrichtung des Schlagteils 21 (in Fig. 1 nach unten) beschleunigt. Anschließend wird das Schlagteil 21 von dem Antriebsglied

15 wieder zurück gezogen (in Rg. 1 nach oben), wobei hierzu die jeweiligen entgegengesetzten inneren Stellen w und w' der Langlöcher 15a und 19a aneinander anliegen.

Das Werkzeug 23 des Elektro-Schlaghammers und das Schlagteil 21 sind zumindest teilweise in einem mit dem Bezugszeichen 25 angedeuteten Führungsrohr - im Gleitsitz - aufgenommen. Der Weg des Werkzeugs 23 des Elektro-Schlaghammers ist durch eine Stufe 25a in dem Führungsrohr begrenzt, so dass während des Zurückziehens des Schlagteils 21 von dem Werkzeug 23 diese beiden sich auch in Bewegungsrichtung des Läufers 16 voneinander räumlich trennen. Anstelle des gestuften Führungsrohres 25 sind jedoch auch andere Ausgestaltungen, z. B. Führungsschienen mit entsprechenden Wegbegrenzungsanschlägen 25a für das Werkzeug 23 des Elektro-Schlaghammers möglich.

Anstelle der in Fig. 1 veranschaulichten Ausgestaltung einer losen getrieblichen Kopplung des Schlagteils 21 mit dem Läufer 16 über das Antriebsglied 15 und die Stange 19 mit ihren beiden ineinander greifenden Enden sind auch andere Ausführungsformen möglich. Dazu ist beispielhaft in Fig. Ia eine lose Kopplung veranschaulicht, die ebenfalls ein Beschleunigen des Schlagteils 21 durch den Läufer 16 in Richtung auf das Werkzeug 23 bzw. eine Werkzeugaufnahme hin, eine Freiflugphase des Schlagteils 21 bis zu dessen Auftreffen auf das Werkzeug 23, sowie ein Rückholen des Schiagteils 21 von dem Werkzeug 23 weg ermöglicht. Mit Fig. 1 übereinstimmende oder gleichwirkende Komponenten tragen dabei übereinstimmende Bezugszeichen.

Die Spulenanordnung des Ständers 18 ist mit einer nicht weiter veranschaulichten elektronische Steuerung elektrisch verbunden und wird von dieser derart bestromt, dass der Läufer

16 vor einem Auftreffen des Schlagteils 21 auf das Werkzeug 23 oder eine Werkzeugaufnahme in dem Elektro-Schlaghammer seine Bewegung abbremst und das Schlagteil 21 einen vorbestimmten Weg in einer Freiflugphase zurücklegt.

Nachdem der Impuls von dem Schlagteil 21 auf das Werkzeug 23 oder die Werkzeugaufnahme in dem Elektro-Schlagwerkzeug übertragen worden ist so dass das Werkzeug einen Vorschub in Bewegungsrichtung ausführt, kann die Spulenanordnung 60, 60a durch eine elektronische Steuerung derart bestromt werden, dass der Läufer 16 das Schlagteil 21 in entgegengesetzter Richtung (zurück) zieht. Dabei bewegt der Läufer 16 das Schlagteil 21 auf das Werkzeug oder die Werkzeugaufnahme in dem Elektro-Schlagwerkzeug hin mit einer

ersten Geschwindigkeit, und mit einer zweiten, geringeren Geschwindigkeit von dem Werkzeug 23 oder der Werkzeugaufnahme weg.

Der Läufer in einer anderen, ebenfalls beispielhaften Ausgestaltung der losen Kopplung kann auch mit einem Treibstößel versehen sein, der in eine im Wesentlichen kreiszylindrische Arbeitskammer hineinragt und in dieser durch eine Dichtung im Dichtsitz in Bewegungsrichtung des Läufer gleitend verschiebbar ist. In der Arbeitskammer befindet sich außerdem ein Arbeitskolben, der ebenfalls in Bewegungsrichtung des Läufers gleitend verschiebbar ist. Der Arbeitskolben kann damit auf ein Werkzeug des Elektro-Schlagwerkzeuges schlagen, das in einer Werkzeugaufnahme - z.B. durch Einstecken, ein Rasten, oder dergl. - gehalten ist. In der Arbeitskammer befindet zwischen dem Treibstößel und dem Arbeitskolben ein Arbeitsmedium, zum Beispiel in Form von Luft, so dass bei einer Bewegung des Treibstößels in der Bewegungsrichtung B des Läufers der Arbeitskolben eine entsprechende - wenn auch abgefederte - längsgerichtete Stoßbewegung auf die Werkzeugaufnahme ausführt. Das "Luftkissen" zwischen dem Treibstößel und dem Arbeitskolben verhindert praktisch eine unmittelbare Rückwirkung von einem Rückschlag des Werkzeuges auf den Läufer.

Die Wand der zylindrischen Arbeitskammer kann mit einem stufenförmigen Anschlag versehen sein, um die Bewegung der Werkzeugaufnahme zu begrenzen, so dass während des Zurückziehens des Treibstößel der Arbeitskolben sich von dem Werkzeug in Bewegungsrichtung des Läufers voneinander räumlich trennen. Anstelle einer gestuften rohrförmigen Arbeitskammer sind jedoch auch andere Ausgestaltungen, z. B. Führungsschienen mit entsprechenden Wegbegrenzungsanschlägen für das Werkzeug des Elektro-Schlagwerkzeuges möglich.

Die erläuterten Ausführungsformen eignen sich besonders um den geforderten Hub des Werkzeuges von etwa 10 - 200 mm mit der erforderlichen Einzelschlagenergie von etwa 3 bis zu etwa 150 Joule und einer Schlagzahl von ca. 150 - 3000 pro Minute in relativ schmalen Bauraum zu realisieren.

Es versteht sich für einen Fachmann, dass einzelne Aspekte oder Merkmale der vorstehend beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen auch untereinander kombinierbar sind.