DD300625A7

DD300625A7 - Translationsantrieb mit rotierender gewindespindel

Info

Publication number: DD300625A7
Application number: DD32586589A
Authority: DD
Inventors: Wolfganf Schulze; Peter Lange; Helmut Zacharias
Original assignee: Zentrales Reparatur Und Ausrue
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1992-08-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Translationsantrieb mit rotierender Gewindespindel und Hohllaeufer zur Realisierung linearer Schub- oder Zugbewegungen, wobei der Translationsbewegung gleichzeitig eine Rotationsbewegung ueberlagert ist. Dabei ist die Gewindespindel im Hohllaeufer axial beweglich und formschluessig gelagert und in einer am Staender fest angeordneten Spindelmutter gefuehrt. Fig. 1{Translationsantrieb; Translationsbewegung; Rotationsbewegung; Staender; Spindel; Hohllaeufer; axial beweglich; verdrehsicher; Spindelmutter, feststehend; Asynchronmaschine}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Translationsantrieb mit rotierender Gewindespindel zur Realisierung linearer Schub- oder Zugbewegungen, wobei der Translationsbewegung gleichzeitig eine Rotationsbewegung überlagert ist. Diese ist zur Realisierung zusätzlicher Funktionen nutzbar, so z. B. für Vorschub und Rotation eines Bohrwerkzeuges oder eines Greifwerkzeuges an einem Industrieroboter.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Es ist bereits ein Translationsantrieb mit einer Gewindespindel vorgeschlagen worden, durch den ein linearer Bewegungsablauf

realisierbar ist (Aktenzeichen: WP H 02 K/299462).

Die Gewindespindel ist dabei in einem aus ferromagnetisch homogenem Material bestehenden Hohlläufer angeordnet. Der Hohlläufer ist dann in einem aus n-Wicklungssträngen bestehenden Ständer eingelagert. Das Anwendungsgebiet dieses Antriebes wird dadurch eingeschränkt, daß die Spindel nur eine lineare Bewegung ausführt und

die Rotationsbewegung des Läufers im Inneren des Motors nicht genutzt werden kann. Weiterhin nachteilig ist, daß zur

Aufnahme der axialen Kräfte im Motor ein Drucklager vorhanden sein muß und besondere konstruktive Maßnahmen ergriffen

werden müssen, um die Translationskräfte im Motor aufnehmen zu können, so z.B. Verbindung des vorderen und des hinteren

Lagerschildes durch entsprechend ausgelegte Zuganker. Weiterhin nachteilig ist die komplizierte Versorgung für die im Inneren des Motors liegende Spindelmutter mit Schmierstoff, der

hohe Verschleiß und der hohe Aufwand zur Gewährleistung der Leichtgängigkeit der Spindel.

Ein vergleichbares Funktionsprinzip ist auch bei der DE-OS 2406201 realisiert. Damit treten die schon beschriebenen Nachteile Eine Variante des Translationsbetriebes, bei der Läufer und Spindel identisch sind, weist ebenfalls erhebliche Nachteile auf

bezüglich einer Momentenreduzierung durch effektive Luftspaltvergrößerung, der Notwendigkeit einer genaueren Zentrierungund Führung des Läufers, des Schmierstoffes auf der Läuferoberfläche und des großen Spindeldurchmessers' (AT-PS 319386).

In der DE-PS 2650953 wird ein elektrischer Schub- und Zugmotor beschrieben. Mit dem als Hohlzylinder ausgeführten Rotor ist

eine Spindel fest verbunden. Diese Spindel ist eingelagert in eine axial bewegliche, aber verdrehsicher gelagerte Spindelmuttermit Schubrohr. Bei Drehung des Rotors und damit der Spindel führt dieses Schubrohr eine lineare Schub- oder Zugbewegung

Nachteilig bei dieser Lösung ist der hohe konstruktive und mechanische Aufwand bei der Fertigung dieses Motors. Das Schubrohr führt keine Rotationsbewegung aus und kann damit zusätzliche Funktionen nicht realisieren. Der Motor besitzt keine Ausfahrhublängenbegrenzung und wird deshalb z. B. über Endschalter gesteuert. Zur A< 'inahme der

axialen Kräfte ist ein Zwischenelement vorgeschlagen worden, das die axialen Kräfte vom Rotor über das Zwischenelement zum

Radialwälzlager und dann zum Gehäuse überträgt. Diese Lösung ist aufwendig und die Radialwälzlager sind erhöhten Beanspruchungen und damit einem erhöhten Verschleiß unterworfen. Es werden sogenannte Spindelmotoren angeboten, die aus einem 12- bzw. 6poligen Einphasen- oder Drehstrommotor mit Hohlwelle bestehen. Die Gewindespindel dreht sich angetrieben durch den Rotor innerhalb eines Schubrohres in einer Bronzemutter. Nachteilig ist die konstante unveränderliche Drehzahl und die Baulänge, da die Erzeugung der axialen Bewegung

durch ein Spindelsystem außerhalb des eigentlich antreibenden Motors erfolgt. Außerdem besitzen derartige Antriebe keineselbsttätig wirkende Hublängenbegrenzung (Technische Daten für 100kp Spindelmotor einschließlich Betriebsanleitung).

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit verhältnismäßig geringem Aufwand einen Translationsantrieb mit rotierender Gewindespindel und einem aus ferromagnetisen homogenem Material bestehenden Hohlläufer auf der Basis von Standardasynchronmaschinen zur Erzeugung einer definierten linearen und rotatorischen Antriebsbewegung zu schaffen.

Der Anwendungsbereich soll gegenüber vergleichbaren Lösungen vergrößert, der Aufwand reduziert werden, die Möglichkeiten zur Anpassung an einen technologischen Prozeß verbessert und das Bauvolumen durch in den Motor integrierte Funktionselemente minimiert werden. Es soll ein kompakter Translationsantrieb geschaffen werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Translationsantrieb mit rotierender Gewindespindel zu entwickeln, der die Rotationsbewegung des Läufers unmittelbar, ohne Verwendung zusätzlicher Zwischenglieder, in eine lineare Bewegung und eine überlagerte rotatorische Bewegung umwandalt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gewindespindel im Hohlläufer axial beweglich und formschlüssig gelagert und in einer am Ständer fest angeordneten Spindelmutter geführt ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, daß die Rotationsbewegung des Läufers durch in den Motor integrierte Funktionselemente in eine Translationsbewegung und in eine Rotationsbewegung der Gewindespindel umgesetzt wird.

Eine zweckmäßige Ausführung des Formschlusses ist es, Spindel und Läufer mit gegenüberliegenden ebenen Flächen iu versehen, die eine Mitnahme der Spindel durch den Läufer und die axiale Beweglichkeit der Spindel gewährleisten.

Eine weitere vorteilhafte formschlüssige Ausführung ist eine Nut-Feder-Vorbindung zwischen Spindel und Läufer.

Zur Einfahrhublängenbogrenzung und Sicherung der Einspurung der Spindel wird die Spindel durch eine axial wirkende Druckfeder abgestützt.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, daß ein kompaktes Antriebssystem entsteht, das auch fertigungstechnisch eine günstige Lösung darstellt. Außerdem ist von der Standard-Asynchronmaschine der Ständer mit Wicklung ohne Veränderungen übernehmbar.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden: In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: den Längsschnitt de? Franslationsantriebes mit rotierender Gewindespindel, Fig.2: den Querschnitt des Hohlläufers mit Gewindespindel (Abflachung der Spindel), Fig. 3: den Längsschnitt des Translationsantriebes mit integrierter Druckfeder, Fig.4: den Querschnitt des Hohlläufers mit Gewindespindel (Nut-Feder-Verbindung).

Der Motor besteht aus dem mit einer Drehstromwicklung versehenen Ständer 1 einer Standardasynchronmaschine mit Gehäuse (Fig. 1). Der Ständer 1 ist mit der Spindelmutter 6 versehen, in der die Gewindespindel 5 geführt ist.

Der Hohlläufer 2 besteht aus einem ferromagnetisch homogenem Material (z. B. Kugelgrafit oder Stahl St 38) und ist beidseitig in den Lagerstellen 3 gelagert. Verdrehsicher und axial beweglich mit dem Spiel 8 eingelagert in den Hohlläufer 2 ist die Gewindespindel 5 (Fig.2), die die gegenüberliegenden ebenen Flächen 7 aufweist.

Die Gewindespindel 5 ist in der Ausgangslage für das Arbeitsspiel an einer im Hohlläufer 2 angeordneten Buchse 9 geführten Druckfeder 4 abgestützt (Fig. 3). Die Gewindespindel 5 ist über die Nut-Feder-Verbindung 10 mit dem Spiel 8 im Hohlläufer 2 gelagert (Fig.4), so daß eine Hublängenbegrenzung und ein Einfädeln der Gewindespindel 5 in die Gewindemutter 6 in der Ausgangslage gewährleistet ist.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Wird der Hohlläufer 2 durch Anlegen einer Dreiphasenspannung an die Ständerwicklungen in Rotation versetzt, dreht sich die Gewindespindel 5 infolge der verdrehsicheren Lagerung (Fig. 2 und Fig.4) mit gleicher Drehzahl.

Die Translationskraft Ft und die Translationsgeschwindigkeit Vt werden dabei im Zusammenwirken der rotierenden Gewindespindel 5 mit der am Gehäuse befestigten Spindelmutter 6 erzeugt. Es wird somit gleichzeitig eine translatorische und eine rotatorische Bewegung erzeugt. Die Translationsgeschwindigkeit Vt der Gewindespindel und die Translationskraft F_T wird bestimmt durch die Drehzahl des Hohlläufers 2 und die Steigung der Gewindespindel 5. Neben der translatorischen Bewegung wird zusätzlich eine überlagerte rotatorische Bewegung erzeugt (Mr, n_R).

Die Gewindespindel 5 kann dabei konstruktiv an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden. Die translatorische Bewegung wird ermöglicht durch die axiale Beweglichkeit der Gewindespindel 5 innerhalb des Hohlläufers 2.

Durch die Verwendung des Hohlläufers 2 aus ferromagnetischem, homogenem Material anstelle eines Kurzschlußläufers wird die Drehzahl-Drehmomentencharakteristik der Asynchronmaschine derart verändert, daß das Maximalmorr. ent beim Anlauf auftritt und dann kontinuierlich bei steigender Drehzahl abnimmt. Dadurch werden bei ein- bis dreiphasiger Ständerspannungsverstellung durch'leistungselektronische oder elektrische Stellglieder günstige Möglichkeiten zur Verstellung dit Translationskraft, der Translationsgeschwindigkeit und der Drehzahl erreicht. Bedingt durch den Verlauf der Kennlinie und ihrer leichten Stellbarkeit werden für bestimmte Anwendungsfälle günstige Antriebslösungen erreicht.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:

1. Kompaktes Antriebssystem bei minimiertem Bauvolumen durch in den Motor integrierte Funktionselemente

2. Günstige Stellmöglichkeiten zur Veränderung der Translationsgeschwindigkeit, der Drehzahl und der Antriebskraft mit geringen technischen Mitteln

3. Verwendung von Standardbauteilen von Asynchronmaschinen

4. Einfache Fertigung der notwendigen Baugruppen mit konventionellen Zerspanungstechnologien

5. Steigende Antriebskräfte bei sinkenden Drehzahlen und Maximalkraft im Stillstand

6. Selbsthemmung der Gewindespindel bei Energieausfall

7. Möglichkeit der Nutzung der Rotationsbewegung für Funktionserweiterungen

8. Geringer Anlaufstrom

9. Bei Rücklauf tritt die Spindel aus der Mutter aus (Rücklaufbegrenzung) und selbständiges Wiedereinführen der Mutter beim Anlauf des Rotors

In Betracht gezogene Druckschriften: DE-PS 2650953 DE-OS 2406201 AT-PS 319386

Claims

1. Translationsantrieb mit rotierender Gewindespindel, die in einem aus ferromagnetisch homogenem Material bestehenden Hohlläufer angeordnet und mit diesem so verbunden ist, da sie sich mit ihm mitdreht, wobei der Hohlläufer in einem mit η-Wicklungen versehenen Ständer eingelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel im Hohlläufer formschlüssig und axial beweglich gelagert und in einer am Ständer fest angeordneten Spindelmutter geführt ist.

2. Translationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formschluß durch gegenüberliegende ebene Flächen im Hohlläufer und an der Gewindespindel erfolgt.

3. Translationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formschluß über eine Nut-Feder-Verbindung erfolgt.

4. Translationsantrieb nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Gewindespindel über eine in einer im Hohlläufer angeordneten Buchse geführten Druckfeder abgestützt ist.