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Die
Erfindung betrifft einen Antrieb mit einem Elektromotor nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
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Derartige
Antriebe werden in Werkzeugmaschinen, Robotern und den verschiedensten
Automatisierungseinrichtungen angewendet. Ferner können sie
als Hebezeugantriebe eingesetzt werden. Bei diesen Einsätzen müssen sie
höchsten
Anforderungen bezüglich
Präzision
genügen.
Sie werden häufig mit
drehspielfreien, elektromagnetisch betätigten Bremsen kombiniert,
die die Motorwelle abbremsen, um ein Nachlaufen zu verhindern und
beim Stillstand des Elektromotors die Position zu halten. Solche Elektromotoren
mit Bremsen sind in verschiedenen Varianten auf dem Markt.
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Die
Varianten unterscheiden sich durch die Art der Bremse und durch
ihre Anordnung in Bezug auf die Antriebsseite des Elektromotors.
Bei einer Bremsenart ist ein Flansch mit einer axial angeordneten
Reibfläche
spielfrei auf der Motorwelle befestigt. Auf der Seite der Reibfläche ist
eine axial bewegliche Ankerscheibe angeordnet, die eine Gegenreibfläche aufweist
und über
eine Membranfeder spielfrei mit einem gehäusefesten Elektromagneten verbunden
ist. Bremsfedern drücken
die Reibfläche
der Ankerscheibe gegen die Reibfläche des Flansches, wodurch eine
kraftschlüssige,
spielfreie Verbindung zum Motorgehäuse hergestellt wird.
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Um
die Bremse zu öffnen,
wird eine Magnetspule des Elektromagneten bestromt, so dass die
Ankerscheibe entgegen der Kraft der Federn von dem Elektromagneten
angezogen wird. Um mit relativ kleinen Elektromagneten große Anziehungskräfte zu erzeugen,
ist der axiale Luftspalt zwischen der axial beweglichen Ankerscheibe
und dem Flansch sehr klein, in der Regel wenige Zehntelmillimeter.
Die zulässigen
Einbautoleranzen sind darüber
hinaus noch deutlich kleiner. Daher wird die Bremse üblicherweise
an einem Festlager der Motorwelle positioniert, die an ihrem anderen
Ende in einem Loslager gelagert ist. Ein Festlager ist ein im Gehäuse axial
festgelegtes Lager, während
ein Loslager ein im Gehäuse
axial verschiebbares Lager ist und somit ungleiche Wärmedehnungen
zwischen der Welle und dem Gehäuse
ausgleichen kann.
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Aus
der
DE 38 36 255 A1 ist
ein elektromotorisches Stellelement bekannt geworden, dessen Stellglied über ein
Planetengetriebe und einen Spindeltrieb verschiebbar ist. Eine elektromagnetisch
betätigbare
Klauenkupplung blockiert bei nicht bestromtem Elektromotor den Spindeltrieb.
In gewissen Grenzen tritt bei dieser Anwendung ein tolerierbares Drehspiel
auf.
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Die
DE 35 39 805 C2 zeigt
eine elektromagnetisch betätigbare
Federdruckbremse, die als Stillstandsbremse in einem Stellmotor
eingesetzt wird. Hierbei wird bei abgeschaltetem Motor die Motorwelle
ohne Verdrehspiel festgebremst.
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Die
EP 1 011 188 A1 offenbart
eine vergleichbare Anordnung, bei der die drehspielfreie, elektromagnetisch
betätigbare
Bremse im Elektromotor integriert ist.
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Aus
der
DE 38 40 281 C2 ist
ein Hebezeugantrieb bekannt, bei dem zwischen einem Elektromotor
und einem Planetengetriebe eine magnetisch betätigte Einscheiben-Federdruckbremse
mit zwei Bremsflächen
angeordnet ist. Die Bremsscheibe sitzt fest auf einer Antriebswelle
des Planetengetriebes, die aus mehreren Teilen besteht und über Mitnahmeverzahnungen
oder Passfedern mit der Motorwelle des Elektromotors gekuppelt sind.
Somit ist die Drehmomentübertragung
von der Motorwelle des Elektromotors zur Bremsscheibe nicht spielfrei,
so dass dieser Antrieb für
Anwendungen nicht geeignet ist, bei denen eine genaue Positionierung
erforderlich ist. Ferner beansprucht die Bremse einen relativ großen axialen
Bauraum.
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Ausgehend
vom Stand der Technik nach der
DE
38 40 281 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit
baulich einfachen Mitteln die Verbindung zwischen einer Motorwelle
und einer Getriebewelle spielfrei zu gestalten, sodass eine präzise Positionierung
der Wellen im Stillstand gewährleistet
ist. Sie wird gemäß der Erfindung
durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Nach
der Erfindung ist ein Elektromagnet mit einer Ankerscheibe zum Betätigen der
Einscheiben-Federdruckbremse auf der Seite des Planetengetriebes
angeordnet, wobei die Bremsscheibe stirnseitig zum Anker hin eine
Bremsfläche
aufweist und zur Motorwelle hin mit einem Kupplungsflansch spielfrei
verbunden ist, der fest auf der Motorwelle sitzt und eine Membranfeder
die Bremsscheibe mit dem Kupplungsflansch verbindet. Dies kann z.
B. dadurch geschehen, dass die Bremsscheibe mit dem Kupplungsflansch
verschraubt ist. Damit ist ein gewisser Winkelversatz zwischen der
Motorwelle und der Getriebewelle möglich. Dabei wird die Membranfeder durch
Befestigungsmittel über
den Umfang wechselweise am Kupplungsflansch und an der Bremsscheibe
befestigt. Erfindungsgemäß ist die
Bremsscheibe gleichzeitig ein Teil der Bremse und ein Teil der Kupplung.
Es werden dadurch Bauteile eingespart und die Baulänge verkürzt. Ferner
erreicht man zum einen eine drehspielfreie Verbindung zwischen der
Motorwelle und der Getriebewelle und zum anderen zwischen der Motorwelle
und der Bremsscheibe.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Anker mittels einer
Membranfeder am Elektromagneten drehspielfrei befestigt ist. Dadurch
wird erreicht, dass nicht nur eine spielfreie Drehmomentübertragung
zwischen der Motorwelle und der Getriebewelle gewährleistet
ist, sondern dass auch ein Spiel zwischen der Ankerscheibe und dem
Elektromagneten vermieden wird, das Geräusche und Verschleiß verursachen
würde.
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Schließlich wird
vorgeschlagen, dass der Elektromagnet auf einem als Loslager ausgebildeten Wellenlager
in Längsrichtung
verschiebbar geführt und über eine
Membranfeder an einer Wand des Getriebegehäuses befestigt ist. Dabei stützt sich
der Elektromagnet unter der Vorspannung der Ringfeder an einem äußeren Lagerring
des Wellenlagers ab, dessen innerer Lagerring sich axial nach außen an der
Motorwelle abstützt.
Die Membranfeder stellt eine drehspielfreie Verbindung zwischen
dem Elektromagneten und dem Getriebegehäuse her, die allerdings eine
axiale Bewegung des Elektromagneten zum Getriebegehäuse zuläßt.
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Um
eine präzise
Stellung des Elektromagneten zur Bremsscheibe zu erhalten, wird
das als Loslager ausgebildete Wellenlager durch die Membranfeder über den
Elektromagneten und die Motorwelle gegen das als Festlager ausgebildete
andere Wellenlager vorgespannt, so dass kein axiales Lagerspiel auftritt.
Ist die Magnetspule durchflutet, wirkt die Vorspannung der Ringfeder
allein, da die Magnetkräfte innerhalb
der Bremse die Kräfte
der Bremsfedern ausgleichen und keine äußeren Kräfte von der Bremse auf die
Lager wirken. Ist die Magnetspule nicht bestromt, wirken die Federkräfte über den
Elektromagneten in die gleiche Richtung wie die Vorspannkraft der
Membranfeder, so dass die Vorspannung verstärkt wird. Dadurch ist gewährleistet,
dass in allen Betriebsbereichen eine ausreichende Vorspannung und
Spielfreiheit gegeben ist. Dadurch kann der Elektromagnet mit der
Ankerscheibe sehr präzise
zur Bremsfläche
der Bremsscheibe justiert werden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt.
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Die
einzige Figur zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Antrieb.
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Der
erfindungsgemäße Antrieb
besitzt einen Elektromotor 1, an dessen Gehäuseflansch 2 ein Bremsgehäuse 4 mit
einem Flansch 5 befestigt ist. An das Bremsgehäuse 4 schließt sich
ein Getriebegehäuse 17 eines
Planetengetriebes 25 an.
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Der
Elektromotor 1 treibt mit seiner Motorwelle 3 eine
Getriebewelle 16 an, die mittels eines als Loslager ausgebildeten
Wellenlagers 18 und eines als Festlager ausgebildeten Wellenlagers 19 in
dem Getriebegehäuse 17 gelagert
ist. Am Ende der Getriebewelle 16 ist ein Sonnenrad 22 angeformt,
das mit Planetenrädern 23 kämmt. Diese
greifen in die Verzahnung eines am Getriebegehäuse 17 befestigten
oder angeformten Hohlrads 24 ein. Das Planetengetriebe 25,
das das Sonnenrad 22, die Planetenräder 23 und das Hohlrad 24,
können
mehrere Stufen aufweisen, von denen in der Zeichnung nur eine dargestellt
ist.
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In
dem Bremsgehäuse 4 ist
eine elektromagnetisch betätigte
Einscheiben-Federdruckbremse 6 untergebracht. Sie besitzt
einen Elektromagneten 7 mit einer Magnetspule 8.
Der Elektromagnet 7 ist auf dem äußeren Lagerring des Wellenlagers 18 geführt und
mittels einer Membranfeder 20 spielfrei mit einer Gehäusewand
des Getriebegehäuses 17 oder Bremsgehäuses 4 verbunden.
Dazu ist die Membranfeder 20 durch mehrere, auf den Umfang
verteilte Schrauben 21 wechselweise an der Gehäusewand des
Getriebegehäuses 17 und
an dem Elektromagneten 7 befestigt.
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An
der der Gehäusewand
des Getriebegehäuses 17 gegenüberliegenden
Stirnseite des Elektromagneten 7 ist eine axiale bewegliche, über eine Membranfeder 13 drehfest
und spielfrei mit dem Elektromagneten 7 verbundene Ankerscheibe 9 vorgesehen.
Bremsfedern 12, die im Elektromagneten 7 untergebracht
sind, wirken über
die Membranfeder 13 in gleicher Richtung wie diese auf
die Ankerscheibe 9 und pressen diese gegen eine Reibfläche 11,
die am äußeren Rand
einer Bremsscheibe 10 angeordnet ist. Die Bremsscheibe 10 sitzt
fest auf der Getriebewelle 16 und bildet gleichzeitig einen
Teil einer spielfreien Kupplung, die die Motorwelle 3 mit
der Getriebewelle 16 verbindet. Ein Kupplungsflansch 15, der
auf der Motorwelle 3 festsitzt, bildet den anderen Teil
der spielfreien Kupplung. Der Kupplungsflansch 15 und die
Bremsscheibe 10 sind zweckmäßigerweise über eine Membranfeder 14 spielfrei
miteinander verbunden, wobei die Membranfeder 14 einen
gewissen axialen Versatz und Winkelversatz der Motorwelle 3 zur
Getriebewelle 16 ausgleichen kann. Bei geringen Fertigungstoleranzen
besteht die Möglichkeit, die
Bremsscheibe 10 und den Kupplungsflansch 15 unmittelbar
miteinander fest, aber lösbar
zu verbinden. Dadurch dass die Bremsscheibe 10 gleichzeitig ein
Bremselement und ein Kupplungselement darstellt, sind nur wenige
Bauteile erforderlich, und es ergibt sich eine geringe axiale Baulänge.
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- 1
- Elektromotor
- 2
- Gehäuseflansch
- 3
- Motorwelle
- 4
- Bremsgehäuse
- 5
- Flansch
- 6
- Einscheiben-Federdruckbremse
- 7
- Elektromagnet
- 8
- Magnetspule
- 9
- Ankerscheibe
- 10
- Bremsscheibe
- 11
- Reibfläche
- 12
- Bremsfeder
- 13
- Membranfeder
- 14
- Membranfeder
- 15
- Kupplungsflansch
- 16
- Getriebewelle
- 17
- Getriebegehäuse
- 18
- Wellenlager
- 19
- Wellenlager
- 20
- Membranfeder
- 21
- Schraube
- 22
- Sonnenrad
- 23
- Planetenrad
- 24
- Hohlrad
- 25
- Planetengetriebe