DE102004054836B4

DE102004054836B4 - Elektrische Preßvorrichtung

Info

Publication number: DE102004054836B4
Application number: DE200410054836
Authority: DE
Inventors: Ralf Kosan
Original assignee: Individual
Current assignee: Kroeger Ulrike De
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2024-11-13
Also published as: DE102004054836A1

Abstract

Elektrische Preßvorrichtung (1) mit einem Gehäuse (2), in dem ein als Hohlwellenmotor ausgebildeter Elektromotor (5, 10) aufgenommen ist, dessen hohle Antriebswelle (10) im Bereich eines preßwerkzeugseitigen Endes mit einer drehbar und axial unverschieblich gelagerten Gewindemutter (6) in Antriebsverbindung steht, wobei sich eine Gewindespindel (8), die zum Umwandeln der Drehbewegung des Elektromotors (5, 10) in eine lineare Bewegung eines Preßwerkzeugs mit der Gewindemutter (6) in Eingriff steht, in einer zurückgezogenen Stellung durch die hohle Antriebswelle (10) erstreckt und drehfest und axial verschieblich in dem Gehäuse (2) geführt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Preßvorrichtung, mit einem Gehäuse, in dem ein als Hohlwellenmotor ausgebildeter Elektromotor aufgenommen ist.
Aus der DE 102 51 387 A1 ist eine elektrische Preßvorrichtung bekannt, bei der eine Gewindespindel axial unverschieblich in einem Gehäuse gelagert ist und mit einer Gewindemutter zusammenwirkt, die drehfest und axial verschieblich in dem Gehäuse geführt ist und mit einem Preßwerkzeug verbunden ist.
Aus DE 203 05 789 U1 ist eine elektrische Preßvorrichtung bekannt, bei der der Elektromotor als Hohlwellenmotor ausgebildet ist.
Derartige Vorrichtungen haben sich in der Praxis gut bewährt, weisen allerdings je nach Ausführung eine erhebliche Baulänge und großen Gehäusedurchmesser auf.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine derartige bekannte elektrische Preßvorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Vorrichtung kompakter aufgebaut ist und einen geringeren Gehäusedurchmesser aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Preßvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Dadurch kann der Durchmesser der hohlen Antriebswelle kleiner ausgebildet sein als bei einer Konstruktion gemäß der DE 203 05 789 U1 , da die Hohlwelle lediglich noch die Gewindespindel aufnehmen muß, nicht mehr hingegen Platz für eine verschiebliche Aufnahme der Gewindemutter bieten muß. Des weiteren kann der Durchmesser der Axialführung am preßwerkzeugseitigen Gehäuseende geringer ausgebildet werden, da nicht die Gewindemutter, sondern eine Verlängerung der Gewindespindel herausgeführt werden muß, die einen kleineren Durchmesser als die Gewindemutter aufweist. Somit kann das gesamte Gehäuse im Durchmesser verkleinert werden.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Ausführung eine größere Steifigkeit gegenüber einer Ausknickneigung in radialer Richtung auf, da der zwischen Gewindemutter und Gehäuseende befindliche Abschnitt der Gewindespindel, der mit der vollen Preßkraft beaufschlagt wird, erfindungsgemäß als ein in sich abgeschlossenes, biegesteifes Teil ausgebildet ist, das an bei den Enden gelagert ist. Damit wird auch die Präzision des Preßvorgangs in radialer Richtung verbessert.
Es kann vorgesehen sein, daß die Gewindemutter in einem preßwerkzeugseitigen Ende der hohlen Antriebswelle aufgenommen ist.
Weiter besteht die Möglichkeit, daß die hohle Antriebswelle offene Endbereiche aufweist, an denen Lager angeordnet sind.
Es kann vorgesehen sein, daß die hohle Antriebswelle fest mit der Gewindemutter verbunden ist und mit zwei endseitig angeordneten, vorgespannten Radial-Axialwälzlager- oder Schrägkugellagersätzen gelagert ist, so daß Zug- und Druckkräfte axialspielfrei aufnehmbar sind.
Alternativ kann vorgesehen sein, daß die Gewindemutter mit zwei vorgespannten Radial-Axialwälzlager- oder Schrägkugellagersätzen gelagert ist, so daß Zug- und Druckkräfte axialspielfrei aufnehmbar sind.
Weiter kann vorgesehen sein, daß zwischen der Antriebswelle und der Gewindemutter ein Übersetzungsgetriebe angeordnet ist.
Ferner ist zweckmäßig, wenn an der Gewindespindel ein gefederter Anschlag zum Ermitteln einer Nullposition der Wegmessung angeordnet ist. Der Anschlag kann als gefederter Ring auf der Gewindespindel ausgebildet sein.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß Gewindemutter und Gewindespindel als Planetenrollengewindetrieb ausgebildet sind.
Das Übersetzungsgetriebe kann als mehrstufiges Getriebe, z. B. als Planetengetriebe, ausgebildet sein, wobei das Übersetzungsverhältnis i = 2 bis i = 5 sein kann.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß der Elektromotor elektrisch gesteuert ist und einen Winkelkodierer auf der Antriebswelle aufweist, wobei eine Einrichtung vorhanden ist, um den zurückgelegten Weg des Preßwerkzeugs anhand der Winkelsignale des Winkelkodierers, des Übersetzungsverhältnisses eines ggf. vorhandenen Übersetzungsgetriebes und der Gewindesteigung der Gewindespindel zu ermitteln.
Zweckmäßigerweise sieht die Erfindung weiter vor, daß mit der Antriebswelle eine in stromlosem Zustand fassende und unter Strom gelöste Haltebremse verbunden ist.
Es kann zweckmäßig sein, wenn die Gewindespindel ein mehrgängiges Gewinde aufweist, beispielsweise ein fünfgängiges Gewinde.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß der Elektromotor, die Gewindemutter und die Gewindespindel in einem rohrförmigen Gehäuse gelagert sind. Das Gehäuse kann eine äußere zylindrische Spannfläche zum Fixieren der Preßvorrichtung an einer frei wählbaren axialen Spannposition aufweisen. Beispielsweise kann an der Spannfläche ein Doppelkonus-Spannsatz angeordnet sein.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, daß in dem Gehäuse ein Kraftmeßring angeordnet ist.
Die Erfindung sieht weiter vor, daß das Preßwerkzeug mit einer Nutwelle verbunden ist, die in einer Innenhülse einer Axialkugelumlaufführung aufgenommen ist oder dieses bildet.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die hohle Antriebswelle im Bereich eines Endabschnitts mit zwei vorgespannten Radial-Axialwälzlager- oder Schrägkugellagersätzen und im Bereich eines gegenüberliegenden Endabschnitts mit einem Radiallager gelagert ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen ist, in der
1 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Preßvorrichtung zeigt, und
2 eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Preßvorrichtung zeigt.
Eine Preßvorrichtung 1 weist ein mehrteiliges Gehäuse 2 auf, in dem ein Elektromotor 4, eine Gewindemutter 6 und eine Gewindespindel 8 untergebracht sind. Der Elektromotor 4 ist als Hohlwellenantrieb ausgebildet, wobei dessen Stator 5 fest in dem Gehäuse 2 aufgenommen ist, während der als hohle Antriebswelle 10 ausgebildete Rotor axial unverschieblich in dem Gehäuse 2 gelagert ist.
Die Antriebswelle 10 ist drehfest mit der Gewindemutter 6 verbunden, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die aus Antriebswelle 10 und Gewindemutter 6 gebildete Einheit in zwei gegeneinander verspannten Radial-Axiallagern 12, 14 axialspielfrei gelagert ist, so daß sowohl Zug- als auch Druckkräfte aufgenommen werden können. Anstelle je eines Lagers 12, 14 können je zwei oder mehr Lager vorgesehen sein.
Alternativ könnte die Gewindemutter selbst mittels gegeneinander vorgespannter Radial-Axiallager gelagert sein, und die Antriebswelle 10 könnte direkt oder indirekt damit in Antriebsverbindung stehen, beispielsweise über ein zwischengeschaltetes Übersetzungsgetriebe, um die Gewindespindel relativ zur Drehzahl der Antriebswelle schneller oder langsamer anzutreiben.
An einem von der Gewindemutter 6 abgekehrten Ende ist die Antriebswelle 10 mit einem Absolutwertgeber 18 in Form eines Winkelkodierers verbunden, um den Drehwinkel der Antriebswelle zu erfassen und über das Übersetzungsverhältnis des ggf. vorhandenen Übersetzungsgetriebes sowie die Gewindesteigung der Gewindemutter 6 ein Wegsignal zu ermitteln.
Zwischen Antriebswelle 10 und Gehäuse 2 ist ferner eine Haltebremse 16 angeordnet, die in stromlosem Zustand faßt und die Antriebswelle 10 abbremst bzw. in ihrer Position hält, und die gelöst wird, sobald der Elektromotor 4 mit Strom versorgt wird.
Die Gewindespindel 8 steht mit der Gewindemutter 6 in Eingriff und ist axial verschieblich, aber drehfest in dem Gehäuse 2 geführt. Zu diesem Zwecke ist die Gewindespindel 8 mit ei ner Nutwelle 22 verbunden, die in einem von dem Elektromotor 4 abgekehrten Abschnitt des Gehäuses 2 in einem Nutwellenlager 24 axial verschieblich, aber drehfest relativ zu dem Gehäuse 2 geführt ist.
Gewindespindel 8 und Gewindemutter 6 sind bevorzugt als Planetenrollengewindespindeltrieb ausgeführt, so daß eine hochpräzise und reibungsarme Kraftübertragung gewährleistet ist.
Das Nutwellenlager 24 ist zweckmäßigerweise als Axialkugelumlaufführung („Kugelbüchse”) ausgebildet, wobei die Nutwelle 22 in einer Innenhülse davon aufgenommen sein kann oder eine solche bilden kann.
Die Nutwelle 22 ist an ihrem Endabschnitt zur Aufnahme eines nicht dargestellten Preßwerkzeugs ausgebildet, beispielsweise durch Innen- oder Außengewinde und/oder einen Passungs- oder Spannabschnitt.
Das mehrteilige Gehäuse 2 weist einen ersten Gehäuseabschnitt 2a auf, dessen zylindrische Außenfläche eine Außenführung 28 bildet, mit der die Preßvorrichtung für eine bestimmte Preßaufgabe in einer bestimmten Position gespannt werden kann.
In einem zweiten Gehäuseabschnitt 2b ist das zweite Radial-Axiallager 14 aufgenommen, und zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseabschnitt ist ein Kraftmeßring 30 zur Erfassung und Überwachung der ausgeübten Preßkraft angeordnet.
Ein dritter Gehäuseabschnitt 2c dient der Aufnahme des Hohlwellen-Elektromotors 4, während ein vierter Gehäuseabschnitt 2d der Aufnahme des ersten Radial-Axiallagers 12 sowie dem Abschluß des Gehäuses dient.
1 zeigt lediglich eine schematische Aneinanderreihung der einzelnen Gehäuseabschnitte, die selbstverständlich in der Praxis fachgerecht mit Zentrierungen, kraftaufnehmenden Verbindungen usw. versehen sind. Entsprechendes gilt für die sonstigen Verbindungen, die lediglich schematisch angedeutet sind.
Zum Ausführen eines Preßvorgangs kann durch Aktivierung des Elektromotors und Drehung der Gewindemutter die Gewindespindel aus der in 1 dargestellten, ganz zurückgezogenen Stellung in Pfeilrichtung 32 bewegt werden, so daß die Nutwelle 22 und das nicht dargestellte Preßwerkzeug ebenfalls in Pfeilrichtung 32 bewegt werden.
Als nächstes sei auf 2 Bezug genommen, in der eine zweite Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 7 dargestellt ist.
Soweit vorhanden, sind Teile, die mit der Ausführungsform nach 1 funktions- oder wirkungsmäßig übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die im Ganzen mit 1 bezeichnete Preßvorrichtung weist ein mehrteiliges Gehäuse 2 auf, in dem ein Elektromotor 4, eine Gewindemutter 6 und eine Gewindespindel 8 untergebracht sind. Der Elektromotor 4 ist als Hohlwellenantrieb ausgebildet, dessen Stator 5 fest in dem Gehäuse 2 aufgenommen ist, während der als hohle Antriebswelle 10 ausgebildete Rotor axial unverschieblich in dem Gehäuse 2 gelagert ist.
Die hohle Antriebswelle 10 ist mit einem Flanschteil 40 fest verschraubt, beiderseits dessen ein erstes Radial-Axiallager 12 und ein zweites Radial-Axiallager 14 angeordnet ist, die gegeneinander verspannt sind, so daß die aus Flanschteil 40 und Antriebswelle 10 gebildete Einheit axialspielfrei, d. h. spielfrei gegenüber axial wirkenden Zug- und Druckkräften, gelagert ist.
An einem dem Flanschteil 40 gegenüberliegenden Ende ist die Antriebswelle 10 mit einem Radiallager 42 in dem Gehäuse gelagert.
Das Flanschteil 40 ist fest mit der Gewindespindel 8 verschraubt, die sich koaxial durch die hohle Antriebswelle 10 erstreckt und eine Länge aufweist, die sich im wesentlichen nach dem gewünschten Axialhub richtet, der mit der Preßvorrichtung ausführbar sein soll. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Gewindespindel 8 noch ein Stück weit über das dem Flanschteil 40 gegenüberliegende Ende der Antriebswelle 10 hinaus.
Alternativ könnte die Gewindespindel 8 unmittelbar mit gegeneinander vorgespannten Radial-Axiallagern gelagert sein, und die Antriebswelle 10 könnte direkt oder indirekt mit der Gewindespindel in Antriebsverbindung stehen, bspw. über ein zwischengeschaltetes Übersetzungsgetriebe, um die Gewindespindel relativ zur Drehzahl der Antriebswelle schneller oder langsamer anzutreiben.
Die Gewindemutter 6 steht mit der Gewindespindel 8 in Eingriff und ist axial verschieblich, aber drehfest und koaxial zwischen Gewindespindel und Antriebswelle 10 geführt. Zu diesem Zwecke ist die Gewindemutter 6 mit einer Nutwelle 22 verbunden, die in einem von dem Elektromotor 4 abgekehrten Abschnitt des Gehäuses 2 in einem Nutwellenlager 24 axial verschieblich, aber drehfest relativ zu dem Gehäuse 2 gelagert ist.
Gewindemutter 6 und Gewindespindel 8 sind bevorzugt als Planetenrollengewindespindeltrieb ausgebildet, so daß eine hochpräzise, reibungsarme Kraftübertragung gewährleistet ist.
In einem dem Nutwellenlager 24 gegenüberliegenden Endbereich des Gehäuses 2 ist eine fest mit dem Flanschteil 40 verbundene Geberwelle 44 aufgenommen, die mit einem Absolutwertgeber 18 in Form eines Winkelkodierers verbunden ist, um den Drehwinkel der Antriebswelle zu erfassen und über das Übersetzungsverhältnis des ggf. vorhandenen Übersetzungsgetriebes sowie die Gewindesteigung der Gewindespindel 8 ein Wegsignal zu ermitteln.
Zwischen Gehäuse 2 und der Geberwelle 44 wirkend ist außerdem eine Haltebremse 16 angeordnet, die in stromlosem Zustand faßt und die Antriebswelle 10 abbremst bzw. in ihrer Position hält, und die gelöst wird, sobald der Elektromotor 4 mit Strom versorgt wird.
Das Nutwellenlager 24 ist zweckmäßigerweise als Axialkugelumlaufführung („Kugelbüchse”) ausgebildet, wobei die Nutwelle 22 in einer Innenhülse davon aufgenommen sein kann oder eine solche bilden kann.
Die Nutwelle 22 ist an ihrem Endabschnitt zur Aufnahme eines nicht dargestellten Preßwerkzeugs ausgebildet, bspw. durch Innen- oder Außengewinde und/oder einen Passungs- oder Spannabschnitt.
Das mehrteilige Gehäuse 2 weist einen ersten Gehäuseabschnitt 2a auf, dessen zylindrische Außenfläche eine Außenführung 28 bildet, mit der die Preßvorrichtung für eine bestimmte Preßaufgabe in einer bestimmten Position gespannt werden kann. Alternativ kann der erste Gehäuseabschnitt 2a über eine Flanschplatte an einer geeigneten Oberfläche fixiert werden.
In einem zweiten Gehäuseabschnitt 2b ist der Hohlwellen-Elektromotor 4 aufgenommen, und ein dritter Gehäuseabschnitt 2c dient der Aufnahme der Radial-Axiallager 12, 14. Ein vierter Gehäuseabschnitt 2d schließt das Gehäuse ab.
An einer geeigneten Stelle zwischen zwei benachbarten Gehäuseabschnitten, bspw. zwischen den Gehäuseabschnitten 2a, 2b oder 2b, 2c kann zusätzlich ein nicht dargestellter Kraftmeßring angeordnet werden, um die ausgeübte Preßkraft zu erfassen und zu überwachen.
Zum Ausführen eines Preßvorgangs kann durch Aktivieren des Elektromotors 4 und Drehen der Gewindespindel 8 die Gewindemutter 6 aus der in 2 dargestellten, ganz zurückgezogenen Stellung in Pfeilrichtung 32 bewegt werden, so daß die Nutwelle 22 und das damit verbundene, nicht dargestellte Preßwerkzeug ebenfalls in Pfeilrichtung 32 bewegt werden.
Der Vorteil der Erfindung liegt in einer erheblichen Verkürzung der Baulänge, da im dargestellten, zurückgezogenen Zustand die Baulänge des Motors und die Baulänge der Gewindespindel einander überlappen, so daß in axialer Richtung eine erhebliche Verkürzung möglich ist.

Claims

Elektrische Preßvorrichtung (1) mit einem Gehäuse (2), in dem ein als Hohlwellenmotor ausgebildeter Elektromotor (5, 10) aufgenommen ist, dessen hohle Antriebswelle (10) im Bereich eines preßwerkzeugseitigen Endes mit einer drehbar und axial unverschieblich gelagerten Gewindemutter (6) in Antriebsverbindung steht, wobei sich eine Gewindespindel (8), die zum Umwandeln der Drehbewegung des Elektromotors (5, 10) in eine lineare Bewegung eines Preßwerkzeugs mit der Gewindemutter (6) in Eingriff steht, in einer zurückgezogenen Stellung durch die hohle Antriebswelle (10) erstreckt und drehfest und axial verschieblich in dem Gehäuse (2) geführt ist.
Preßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindemutter (6) in einem preßwerkzeugseitigen Ende der hohlen Antriebswelle (10) aufgenommen ist.
Preßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Antriebswelle (10) offene Endbereiche aufweist, an denen Lager (12, 14) angeordnet sind.
Preßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Antriebswelle (10) fest mit der Gewindemutter (6) verbunden ist und mit zwei endseitig angeordneten, vorgespannten Radial-Axialwälzlagersätzen (12, 14) gelagert ist, so daß Zug- und Druckkräfte axialspielfrei aufnehmbar sind.
Preßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindemutter (6) mit zwei vorgespannten Radial-Axialwälzlagersätzen (12, 14) gelagert ist, so daß Zug- und Druckkräfte axialspielfrei aufnehmbar sind.
Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle (10) und der Gewindemutter (6) ein Übersetzungsgetriebe angeordnet ist.
Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gewindespindel (8) ein gefederter Anschlag zum Ermitteln einer Nullposition der Wegmessung angeordnet ist.
Preßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag als gefederter Ring auf der Gewindespindel (8) ausgebildet ist.
Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gewindemutter (6) und Gewindespindel (8) als Planetenrollengewindetrieb ausgebildet sind.
Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsgetriebe als mehrstufiges Getriebe, insbesondere Planetengetriebe, ausgebildet ist, dessen Übersetzungsverhältnis i = 2 bis i = 5 sein kann.
Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (5, 10) elektrisch gesteuert ist und einen Winkelkodierer (18) auf der Antriebswelle (10) aufweist, wobei eine Einrichtung vorhanden ist, um den zurückgelegten Weg des Preßwerkzeugs anhand der Winkelsignale des Winkelkodierers, des Übersetzungsverhältnisses eines ggf. vorhandenen Übersetzungsgetriebes und der Gewindesteigung der Gewindespindel (8) zu ermitteln.
Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (5, 10) schrittmotorartig inkrementweise ansteuerbar ist, so daß der zurückgelegte Weg des Preßwerkzeugs ermittelbar ist.
Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Antriebswelle (10) eine in stromlosem Zustand fassende und unter Strom gelöste Haltebremse (16) verbunden ist.
Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (8) ein mehrgängiges Gewinde aufweist.
Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (5, 10), die Gewindemutter (6) und die Gewindespindel (8) in einem rohrförmigen Gehäuse (2) gelagert sind.
Preßvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) eine äußere zylindrische Spannfläche (28) zum Fixieren der Preßvorrichtung an einer frei wählbaren axialen Spannposition aufweist.
Preßvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (2) ein Kraftmeßring (30) angeordnet ist.
Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßwerkzeug mit einer Nutwelle (22) verbunden ist, die in einer Innenhülse einer Axialkugelumlaufführung (24) aufgenommen ist oder diese bildet.
Preßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Antriebswelle (10) im Bereich eines Endabschnitts mit zwei vorgespannten Radial-Axialwälzlagersätzen und im Bereich eines gegenüberliegenden Endabschnitts mit einem Radiallager (42) gelagert ist.