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Die
Erfindung betrifft einen Einbaumotor, insbesondere einen Einbau-Torquemotor
ohne eigene Lagerung.
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Einbaumotoren
sind Motoren, die als Einbaukomponenten geliefert werden. Für eine komplette
Antriebseinheit sind zusätzliche
Bauteile, wie beispielsweise ein Lager und ein Drehgeber notwendig. Insbesondere
weisen Einbaumotoren keine eigene Lagerung auf und sind wellenlos,
da das zu bewegende Teil, d.h. der Rotor, des Einbaumotors zur Anflanschung
an eine Welle vorgesehen ist.
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Torquemotoren
sind hochpolige permanent erregte Drehstrom-Synchronmotoren. Das Drehmoment wird
in der Regel durch einen feststehenden Stator erreicht, der über den
Luftspalt das Drehmoment direkt auf den Rotor überträgt. Bei diesem Antriebskonzept
entfallen mechanische Übertragungselemente,
wie beispielsweise ein Getriebe und damit auch die durch Mechanik
bedingten Ungenauigkeiten. Außerdem
bietet der Torquemotor einen nahezu verschleiß- und wartungsfreien Betrieb.
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Besonders
geeignet sind Torquemotoren für Werkzeugmaschinen
mit Rundtischen oder Schwenkachsen, also beispielsweise High-Speed-Cutting-Bearbeitungszentren
oder beim Formfräsen
mit Schwenkköpfen
in Groß-Bearbeitungszentren.
Darüber
hinaus können
sie eingesetzt werden als Antriebe für schnell hochlaufende Achsen bei
Drehmaschinen, für
dynamische Werkzeugmagazine von Bearbeitungszentren, in der Robotik,
und bei Kunststoff-Spritzmaschinen.
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Insbesondere
bei Direktantrieben in Form von Torquemotoren kommt es durch die
zusätzlich notwendige
Integration kinematischer Sensoren für die Regelung zu Zuordnungsproblemen
bei Konstruktion und Montage. Beispielsweise kann es bei Winkelmesssystemen
mit absoluter Information für die
Kommutierung neben der Auswahl des falschen Lagesensors zu einer
fehlerhaften Platzierung bei der Montage kommen. Dies führt zu Verzögerungen von
Inbetriebnahmen, Fehlern im Betrieb mit der Folge unzureichender
Motorperformance oder gar Schäden.
Ein weiteres Problem kann durch fehlende Justagemöglichkeit
oder Fehljustage der Sensoren entstehen.
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Die
bislang in lagerlosen Einbau-Torquemotoren nicht vorab integrierte
Sensorik für
kinematische Größen behindert
den Einsatz dieser Antriebe in Anwendungen, die bereits eine maschinenseitige Lagerung
haben. Für
diese Anwendungen sind Einbaumotoren ohne eigene Lagerung zwar prinzipiell optimal
geeignet, allerdings werden Motoren mit integrierter Sensorik zur
Erfassung kinematischer Größen aus
Genauigkeitsgründen
nur mit eigener Lagerung gebaut. Bislang ist die Aufgabe der Sensorintegration
bei Verwendung von Einbau-Torquemotoren daher vom Maschinenkonstrukteur
zu bewältigen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Einbaumotor, insbesondere
einen Einbau-Torquemotor bereitzustellen, der integrierte Geber und/oder
Sensoren zur Erfassung kinematischer Größen aufweist.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Der
Einbau-Torquemotor weist einen Rotor, einen Stator und einen Geber
und/oder eine Positioniervorrichtung zur Positionierung von zumindest
einem Geber auf.
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Vorzugsweise
weist der Stator einen Montageflansch auf und die Positioniervorrichtung
ist am Montageflansch angeordnet. Da es sich um einen Einbaumotor
handelt, der i.d.R. einen Montageflansch zur Anflanschung des Motors
an eine Maschine, wie beispielsweise eine Druck- oder Werkzeugmaschine,
aufweist, bietet es sich an, die Positioniervorrichtung in den Montageflansch
zu integrieren. Durch die Integration des Ge bers in den Montageflansch
des Stators bzw. in den Stator, ist der Geber gleichzeitig, beispielsweise
gegen Schmutz oder auch vor Zerstörung bei Montage des Einbaumotors, geschützt. Die
Positioniervorrichtung kann aber auch am Stator angeordnet sein,
für den
Fall, dass der Montageflansch an der Maschine angeordnet ist. Stator
und Montageflansch können
ebenso einstückig
ausgebildet sein.
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Vorteilhafterweise
ist eine Messspur am Rotor oder an einem Rotorflansch angeordnet.
Rotor und Rotorflansch können
auch einstückig
ausgebildet sein. Die Messspur stellt die Messfläche des Messobjekts dar, die
der Geber abtastet. Die Anordnung der Messspur ist so ausgeführt, dass
die genaue axiale Position, Rundheit und Zentrierung entsprechend
dem verwendeten Geber gewährleistet ist.
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Der
Montageflansch des Stators und der Rotorflansch, oder alternativ
auch entsprechende Zwischenflansche, sind so ausgebildet, dass sie
Zentrierbünde
aufweisen, so dass Stator und Rotor auf maschinenseitig vorzusehende,
maschinenlagernahe Zentrierbünde
passend zu den Zentrierbünden des
Montageflanschs des Stators und des Rotorflansch aufgesetzt und
verschraubt werden können.
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Aufgrund
der Anordnung des Gebers in den Montageflansch des Stators bzw.
in einen Verbindungsflansch zwischen Motor und Maschine kann die
Rundlaufgenauigkeit der Maschinenlagerung direkt auf die Laufgenauigkeit
des Gebers abgebildet werden. Hierzu sind die Zentrierbünde auf
den motorseitigen Flanschen und auf der Maschinenseite mit ausreichender
Passgenauigkeit für
die vom Geber geforderte Rundlaufgenauigkeit auszuführen. Für den Fall,
dass eine absolute Maßverkörperung
erforderlich ist, so ist diese in erforderlicher Genauigkeit zu
den Magnetpositionen des Rotors justiert, um beispielsweise die
Kommutierung des Motors sicherzustellen.
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Vorzugsweise
ist die Positioniervorrichtung als Ausnehmung, insbesondere zur
zumindest teilweisen Aufnahme des Gebers, ausgebildet. Dazu sind
im Montageflansch des Stators bzw. im Stator eine Ausnehmung in
Form eines oder mehrerer Aufnahmeschächte vorgesehen, die der lagegenauen Fixierung
eines oder mehrerer verwendeter Geber dienen. Der oder die Geber
oder eine entsprechende Geberhalterung wird dabei in die Aufnahmeschächte radial
von außen
eingeschoben und ermöglicht
so eine radiale Führung
zur Motorachse und bietet somit einen Freiheitsgrad zur Einstellung
eines benötigten Abstandes
zwischen Geber und Messspur. Für
den Fall, dass eine absolute Maßverkörperung
erforderlich ist, so sind die Geber definiert genau zur Motorwicklung
ausgerichtet, so dass eine korrekte Kommutierung des Motors sichergestellt
ist. Die Positioniervorrichtung für den Geber kann aber beispielsweise
als Schraube oder Nut-Feder-Verbindung ausgebildet sein.
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Vorzugsweise
weist die Positioniervorrichtung und/oder der Geber einen Anschlag
zur Einstellung des Abstandes zwischen Geber und Messspur auf. Eine
bei der Motorherstellung an einer „Idealwelle" ermittelte optimale
Einstellung des Abstandes ist durch diesen Anschlag am Montageflansch
des Stators bzw. des Stators vordefiniert. Nach der Montage des
eigentlichen Motors wird zum Zweck der Geberjustage der Geber oder
die Geberhalterung über
einen Betätigungsmechanismus,
wie beispielsweise durch radialen Druck gegen eine Rückhaltefeder,
auf diesen Anschlag positioniert und verriegelt. Für eine spätere Demontage
des Motors wird der Geber oder die Geberhalterung einfach durch
Lösen des
Betätigungsmechanismus
und die Federkraft vom Rotor radial weggerückt, wobei der Betätigungsmechanismus
so ausgestaltet ist, dass dies vor der Motordemontage ausgeführt werden
muss, womit verhindert wird, dass der Geber bei der Demontage beschädigt wird.
Die Verriegelung erfolgt durch eine wesentlich steifere Feder oder
durch ein Kraftbegrenzungselement und ist für den Fall einer Kollision
von Messspur und Geber so gestaltet, dass der Geber und die Messspur
nicht zerstört
werden, sondern der Geber zurückgeschoben
wird. Hierzu können
beispielsweise Kontaktflächen
mit Notlaufeigenschaft parallel zu Geber und Messspur vorgesehen
sein, die vor den eigentlichen Messflächen des Ge bers auf Kontakt gehen.
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Vorzugsweise
ist ein Abstandssensor zur Justage des Gebers vorgesehen. Der Abstandssensor
dient zusätzlich
zur Justage des Gebers, insbesondere in dem Fall, dass die Justage
mittels des zuvor beschriebenen Anschlags nicht ausreichend ist. Der
Abstandssensor misst den Abstand bzw. den Luftspalt zwischen Geber
und Messspur, wobei das Signal des Abstandssensors auf einer Anzeige
zur Feinjustage dargestellt wird. Ist der Abstand nicht richtig,
kann dieser dann beispielsweise durch einen Mechanismus zum Verschieben
des Anschlags eingestellt werden.
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Durch
die Justage der Positioniervorrichtung bzw. des Gebers mittels des
Anschlags ist es bereits möglich,
den Motor prinzipiell zu betreiben. Die Feinjustage mittels Abstandssensors
dient zur Optimierung der Messgenauigkeit des Gebers.
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Vorzugsweise
ist der Geber ein Positionsgeber. Es können aber auch weitere Geber
oder Sensoren, wie beispielsweise Beschleunigungsgeber, Geschwindigkeitsgeber
oder Temperatursensor angeordnet sein, wobei mehrere Sensoren in
einer oder mehreren Positioniervorrichtungen angeordnet sein können. Somit
kann auch der Einbaumotor eine oder mehrere Positioniervorrichtung
aufweisen.
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Vorzugsweise
weist der Stator eine integrierte Kühlung auf. Durch die Kühlung des
Stators, die aufgrund der notwendigen Kühlung des Stators ohnehin vorhanden
ist, werden die Geber bzw. Sensoren ebenso gekühlt. Die Kühlungsfunktion für die Geber
bzw. Sensoren dient insbesondere bei Messprinzipien mit Verlustleistung
oder auch Rotorverlusten des Motors der Temperierung der Messelemente.
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Vorzugsweise
ist die Anschlusstechnik des Motors und sämtlicher Sensorik zum Betrieb
des Motors, wobei auch Temperatursensoren vorhanden sein können, in
die Positioniervorrichtung und somit in den Einbaumotor integriert,
wobei eine entspre chende Sensor- und Datenschnittstelle zur digitalen Übertragung
der Geber- bzw. Sensorsignale und Motortyperkennung (elektronisches
Typschild) ausgebildet ist.
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Bei
magnetisch streufeldempfindlichen Messprinzipien können ebenfalls
noch wirbelstromdämpfende
und magnetisch abschirmende Materialen zwischen Geber- bzw. Sensorkomponenten
und Motorkomponenten integriert sein.
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Der
erfindungsgemäße Einbaumotor
bietet eine Lösung
zur einfachen und sicheren Montage und Justage von Einbaumotor und
Geber- bzw. Sensorkomponenten durch eine minimierte Anzahl an mechanischen
Schnittstellen. Die richtige Justage der Geber bzw. Sensoren ist
bereits vor Montage des Motors festgelegt und kann im Montage- oder
Servicefall durch einfachste Bedienung erfolgen. Weiterhin werden
durch die Anordnung der Geber bzw. Sensoren am Einbaumotor spätere mögliche Montagefehler
vermieden. Auch können
die Einbaumotoren vor der Montage separat komplett mit Geber bzw. Sensoren
auf Funktionsfähigkeit überprüft werden.
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden weitere Merkmale und Einzelheiten
der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dabei
sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle
Ausführungsbeispiele übertragbar.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Einbaumotors;
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2 den
erfindungsgemäßen Einbaumotor von 1 in
einer ersten perspektivischen Teilansicht;
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3 den
erfindungsgemäßen Einbaumotor von 1 in
einer zweiten perspektivischen Teilansicht;
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4 den
erfindungsgemäßen Einbaumotor von 1 in
einer dritten perspektivischen Teilansicht;
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5 den
erfindungsgemäßen Einbaumotor von 1 in
einer ersten seitlichen Teilansicht;
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6 den
erfindungsgemäßen Einbaumotor von
FIG in einer zweiten seitlichen Teilansicht.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Einbaumotors 1 sowie
Teile einer Maschine 11, beispielsweise einer Druckmaschine,
von vorn. Der Einbaumotor 1 ist bereits teilweise an die
Maschine 11 angeflanscht. Der Einbaumotor 1, der
insbesondere als Einbau-Torquemotor ausgebildet ist, weist einen
Rotor 2, einen Stator 3 und einen ersten, nicht
gezeigten, Geber 6, der sich in der Geberhalterung 6a befindet,
auf. Der Stator 3 weist den Montageflansch 8 auf
und die Positioniervorrichtung 4 ist am Montageflansch 8 angeordnet.
Die Positioniervorrichtung 4 bzw. die Geberhalterung 6a könnte aber
genauso gut auch am Stator 3 angeordnet sein.
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2 zeigt
den erfindungsgemäßen Einbaumotor 1 von 1 in
einer ersten perspektivischen Teilansicht. Besonders gut ist in 2 zu
erkennen, dass die Positioniervorrichtung 4 als Ausnehmung ausgebildet
ist. Dazu ist im Montageflansch 8 des Stators 3 eine
Ausnehmung in Form eines Aufnahmeschachtes vorgesehen, welcher der
lagegenauen Fixierung des Gebers 6 dient. Der Geber 6 weist
die Geberhalterung 6a auf, die in die Positioniervorrichtung 4 bzw.
Ausnehmung radial von außen
eingeschoben ist.
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3 zeigt
den erfindungsgemäßen Einbaumotor 1 von 1 in
einer zweiten perspektivischen Teilansicht. Diese Teilansicht zeigt
die Messspur 10, die am Rotorflansch 9 angeordnet
ist. Die Messspur 10 könnte
ebenso am Rotor 2 angeordnet sein. Die Messspur 10 stellt
die Messfläche
des Messobjekts, d. h. des Rotors 2, dar, die der Geber 6,
der sich in der Geberhalterung 6a befindet, abtastet. Die
Geberhalterung 6a weist den Betätigungsmechanismus 12 zur
Justage und Verriegelung des Gebers 6 mit der Geberhalterung 6a auf.
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4 zeigt
den erfindungsgemäßen Einbaumotor 1 von 1 in
einer dritten perspektivischen Teilansicht. 4 zeigt,
dass mehrere Geber und/oder Positionseinrichtungen am Einbaumotor 1 vorgesehen
sein können.
Der erste Geber 6 ist beispielsweise ein Positionsgeber
und der zweite Geber 7 ist beispielsweise ein Beschleunigungssensor.
Beide Geber 6 und 7 weisen die Geberhaltungen 6a und 7a auf
und sind jeweils in einer separaten Positioniervorrichtung 4 und 5 angeordnet,
wobei die Positioniervorrichtungen 4 und 5 gegenüberliegend
als Ausnehmung im Montageflansch 8 des Stators 3 angeordnet
sind.
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5 zeigt
den erfindungsgemäßen Einbaumotor 1 von 1 in
einer ersten seitlichen Teilansicht. Die Geberhalterung 6a weist
den Betätigungsmechanismus 12 mit
Rückhaltefeder 13 auf,
mittels derer der Geber 6 in der Geberhalterung 6a auf
den Anschlag 15 justiert und verriegelt wird. Der Anschlag 15 wird
gebildet durch die beiden Stifte 15a und 15b, welche
im Betriebs- bzw. verriegelten Zustand am maschinenseitigen Zentrierbund 14 für den Stator 3 anliegen. 5 zeigt
die entriegelte Position der Geberhalterung 6a, die gekennzeichnet
ist durch einen Sicherheitsabstand zwischen Geber 6 und
Messspur 10.
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6 zeigt
den erfindungsgemäßen Einbaumotor 1 von 1 in
einer zweiten seitlichen Teilansicht. 6 zeigt
den Betriebs- bzw. verriegelten Zustand der Geberhalterung 6a mit
dem Geber 6. Die beiden Anschlagsstifte 15a und 15b liegen
am maschinenseitigen Zentrierbund 14 für den Stator 3 an.