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Die
Erfindung betrifft eine Motorspindel mit einem Stator mit wenigstens
drei Motorspulen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Bislang
sind Hauptantriebe für
Werkzeugmaschinen, insbesondere Motorspindeln, häufig mit elektrischen Drehstrommotoren
ausgerüstet.
Nach wie vor wird die überwiegende
Anzahl dieser Motoren als Drehstrom-Asynchronmotoren ausgeführt.
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Je
nach Anwendung werden diese Motoren im Stern- oder im Dreieck verschaltet,
wobei die Spannung an der Wicklung bei Dreieckschaltung um den Faktor
Wurzel 3 größer ist
als bei Sternschaltung. Das heißt,
bei gleichem Strom kann die Motorleistung mit der Dreieckschaltung
gesteigert werden. Dies ist insoweit ein wesentlicher Vorteil, als
dass die zur Speisung dieser Motoren verwendeten Frequenzumrichter
in der Regel hinsichtlich des maximalen Stromes begrenzt sind.
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Im
Allgemeinen wird bei reiner Sternschaltung der Sternpunkt auf dem
Wickelkopf verbunden und nicht aus dem Gehäuse herausgeführt. Der
Vorteil hierbei ist, dass lediglich drei Kabel aus dem Motorgehäuse herauszuführen sind.
Dies ist entsprechend auch bei einer reinen Dreieckschaltung vorzusehen,
die jedoch normalerweise in der Praxis nicht eingesetzt wird.
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Nachteilig
ist jedoch, dass bei niedrigen Strömen der magnetische Fluss in
den einzelnen Wicklungen bei der Dreieckschaltung deutlich kleiner
als bei der Sternschaltung ist. Das heißt, dass bei niedrigen Strömen (häufig gekoppelt
mit niedrigen Drehzahlen) das erzeugte Drehmoment gewöhnlich sehr niedrig
ist.
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Um
diesen Nachteil zu umgehen, ist bereits bekannt, dass man eine sogenannte
Stern-Dreieckschaltung verwenden kann. Hierbei wird je nach angesteuerter
Drehzahl in der Maschinensteuerung zwischen einer Stern- und einer
Dreieckschaltung umgeschaltet. Diese Umschaltung erfolgt außerhalb der
Motorspindel, z.B. im Schaltschrank.
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Allerdings
benötigt
man für
eine Stern-Dreieckschaltung besonders gestaltete Statoren, bei denen
sechs Kabel der einzelnen Spulenpunkte aus dem Statorgehäuse herausgeführt werden
müssen und
die dann zur Verbindung mit der zugehörigen Schaltung oder Steuereinheit
zur Einstellung des Betriebsmodus entweder im Schaltschrank oder
in anderweitig, z.B. in einem speziellen Klemmkasten, verschaltet
bzw. angeklemmt werden müssen.
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Bei
reinen Stern- oder Dreiecksmotoren hingegen werden die Spulenenden
der Statorspulen intern entsprechend verbunden und nur die drei
erforderlichen Phasen über
Kabelanschlüsse
mit der Energieversorgung gekoppelt.
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Dementsprechend
müssen
für Sternmotoren,
Dreieckmotoren oder Stern-Dreieckmotoren bei ansonsten gleichen
Motorparametern trotzdem jeweils unterschiedlich gestaltete Motoren
hergestellt und entsprechend in die Werkzeugmaschine eingebaut werden.
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Gemäß der
DE 102 31 092 A1 ist
bereits ein kleiner Lüftermotor
als Außenläufermotor
mit geringer Leistung bekannt, der über einen Anschlussstecker
mittels U-förmiger
Brückenelemente
von einer Dreiecks- in eine Sternverschaltung der Motorspulen und
umgekehrt umprogrammierbar ist, so dass sehr flexibel Kundenwünsche bezüglich entsprechend vorkonfektionierter
Stern- oder Dreiecks-Motoren erfüllbar
sind. Ein Betrieb des Lüftermotors
in Stern-Dreieck-Schaltung,
d.h. anfänglich
in Sternschaltung und nach einer gewissen Zeit bzw. bei bestimmter
Drehzahl in Dreieckschaltung, ist mit einem derartig durch die blanken,
metallischen U-Bügel festgelegten
bzw. fest verschalteten Anschlussstecker in keinster Weise realisierbar.
Eine Anwendung derartiger festverschalteter, in jeder Verschaltungsart zwingend
notwendiger Anschlussstecker für
leistungsstarke Motorspindeln ist bereits aus diesem Grund ausgeschlossen.
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Dieser
Anschlussstecker ist permanent am Lüftermotor angeordnet und weist
offene Kontaktstellen auf, an die je nach gewünschter Betriebsart die offen
liegenden, metallischen Brückenelemente
oder Anschlusskabel anzuschließen
sind. Offene metallische Kontaktstellen können in Lüftern durchaus toleriert werden,
da der Lüftermotor
mittig innerhalb eines Lüftergehäuses unzugänglich angeordnet
ist. Ein Einsatz in Werkzeugmaschinen ist jedoch für einen derart
ausgebildeten offenen Anschlussstecker aufgrund entsprechender Umweltbedingungen
ausgeschlossen.
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Zudem
ist der Anschlussstecker als Mehrfachstecker für alle Spulenwicklungsenden
ausgebildet. Dies ist bei den in Motorspindeln vorhandenen elektrischen
Leistungen bzw. Ströme
unter anderem aufgrund der beengten Platzverhältnisse und der notwendigen
elektrischen Isolation derart starker Ströme nicht realisierbar, wie
dies beispielsweise in der
DE
102 35 632 A1 der Anmelderin dargelegt wird.
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Aus
der
US 4,547,69 sind
Elektro-Motoren bekannt, wobei ein Mehrfachstecker für die Energieversorgung
und wiederum fest verschaltete Umschaltstecker vorgesehen sind.
Mit einem ersten Umschaltstecker ist ein entsprechend in Sternschaltung vorkonfektionierter,
erster Motor wahlweise zwischen einfacher Sternschaltung und doppelter
Sternschaltung betreibbar. Dagegen wird bei einem zweiten, in Dreieckschaltung
vorkonfektionierten Motor mit einem anderen bzw. zweiten Umschaltstecker
zwischen einfacher Dreiecksschaltung und doppelter Dreiecksschaltung
umgeschalten. Hiermit soll die Betriebsspannung verdoppelt werden.
Ein Wechsel des Betriebsmodus, d.h. den Elektromotor in Stern- oder
Dreiecksschaltung oder sogar in Stern-Dreiecksschaltung zu betreiben, ist
nicht vorgesehen und auch nicht realisierbar. Vielmehr wird hier
durch die speziell vorkonfektionierten Stecker eine Anpassung an
niedrige (amerikanische) Netzspannungen und an höhere (europäische) Netzspannungen realisierbar.
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Eine
Umschaltung des Motors zwischen Stern- und Dreieckschaltung ist
mit diesen festgelegten bzw. fest verschalteten Umschaltsteckern
nicht zu verwirklichen. Auch mit derartigen, in jeder Verschaltungsart
zwingend notwendigen Umschaltsteckern ist somit ein Betrieb des
Motors in Stern-Dreieck-Schaltung, d.h. anfänglich in Sternschaltung und nach
einer gewissen Zeit bzw. bei bestimmter Drehzahl in Dreieckschaltung,
in keinster Weise realisierbar. Eine Anwendung derartiger festverschalteter Umschaltstecker
für leistungsstarke
Motorspindeln in Werkzeugmaschinen ist somit völlig auszuschließen.
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Auch
bei diesem Stand der Technik werden für den Kabelanschluss jeweils
Mehrfachstecker und Mehrfachkabel unter anderem für die Energieversorgung
des Motors vorgesehen. Mehrfachstecker und Mehrfachkabel sind jedoch
bei Anwendungen bei modernen Motorspindeln mit großer Leistung
und hoher Drehzahl, wobei zum Teil elektrische Ströme von ca.
150 A vorzusehen sind, aufgrund der notwendigen elektrischen Isolierung
der Kabel beim vorhandenen Platzangebot an der Motorspindel und
innerhalb einer Werkzeugmaschine in der Praxis nicht einsetzbar.
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Aufgrund
dessen werden, wie oben bereits kurz angedeutet, gemäß der
DE 102 35 632 A1 der Anmelderin
für jede
stromführende
Anschlussleitung jeweils eine separate Steckverbindung bzw. ein
Einzelkabelanschluss am Spindelgehäuse vorgeschlagen. Diese können entsprechend
stark isoliert werden und sind trotzdem gut handzuhaben. Eine derart ausgebildete
Motorspindel bzw. deren Motorspulen wurde bislang jedoch entweder
in Sternschaltung oder in Dreieckschaltung, insbesondere in Stern-Dreieckschaltung,
im Stator fest vorkonfektioniert. Das heißt, dass ein Stern-Motor lediglich drei, am
Motorspindelgehäuse
nach außen
geführte
Einzelkabelanschlüsse
aufwies, um unter anderem den Aufwand für das Verschalten der Spulen
und des Isolierens der Anschlüsse
zu reduzieren und um mit dem geringen Platzangebot gut auszukommen.
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Dagegen
waren bei Motorspindeln mit einer Stern-Dreieckschaltung sechs, am Motorspindelgehäuse nach
außen
geführte
Einzelkabelanschlüsse vorhanden,
die über
einen Klemmkasten in der Werkzeugmaschine oder über einen separat neben der Werkzeugmaschine
angebrachten Schaltschrank im Betrieb von einer Sternschaltung in
eine Dreieckschaltung umgeschaltet wurden.
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Zudem
ist der Platz für
eine Motorspindel in modernen Werkzeugmaschinen sehr begrenzt. Hierbei
ist die Motorspindel nicht nur nach außen, sondern aufgrund der notwendigen
Kühlung
sowie der in der Motorhohlwelle unterzubringenden Lösemechaniken
etc. auch nach innen räumlich
begrenzt ist. Die Anforderungen an hohe Leistung und somit bei begrenzter
Spannung an hohe Ströme
bei hohen Drehzahlen und hohen Drehmomenten der Motorspindeln sind
jedoch in den letzten Jahren ständig
gestiegen. Mit einer weiteren Steigerung dieser Anforderungen an
Motorspindeln für
Werkzeugmaschinen ist auch für
die nächsten
Jahre zu rechnen.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Motorspindel mit einem Stator mit wenigstens drei Motorspulen, wobei
eine Energieversorgung mit drei elektrischen Phasen vorgesehen ist
und wobei der Stator wenigstens sechs freie Anschlüsse zum elektrisch
leitenden Anschließen
von Motorspulenanfängen
und Motorspulenenden der Motorspulen an die drei Phasen aufweist,
vorzuschlagen, wobei vor allem die Herstellung von unterschiedlichsten
Motorspindeln für
eine Sternschaltung oder Dreieckschaltung oder Stern-/Dreieckschaltung
vereinfacht wird.
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Diese
Aufgabe wird, ausgehend von einer Motorspindel der einleitend genannten
Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch
die in den Unteransprüchen
genannten Maßnahmen
sind vorteilhafte Ausführungen
und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend
zeichnet sich eine erfindungsgemäße Motorspindel
dadurch aus, dass die Motorspindel eine Verbindungsvorrichtung zum
elektrisch leitenden Verbinden von wenigstens drei Einzelkabelanschlüssen umfasst,
so dass ein Sternschaltungs-Modus der Motorspulen realisierbar ist.
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Mit
Hilfe einer derart vorteilhaften Verbindungsvorrichtung der Motorspindel
kann ein gemeinsamer Typ einer Motorspindel mit sechs freien Einzelkabelanschlüssen bzw.
Ausgängen
der Motorspulenanfänge
oder Motorspulenenden für
alle möglichen
Verschaltungsarten, d.h. für
eine Sternschaltung, eine Dreieckschaltung oder eine Stern-/Dreieckschaltung,
hergestellt werden. Durch die Montage der Verbindungsvorrichtung
entsteht eine Motorspindel in Sternbetriebsweise. Durch das Entfernen
der Verbindungsvorrichtung kann die Motorspindel wieder in Dreieckschaltung
oder in Stern-/Dreieckschaltung betrieben werden. Gemäß der Erfindung
kann hierdurch eine Erhöhung
der Stückzahlen
vorteilhaft gleich gestalteter Motorspindeln erreicht werden, was
sich kostensenkend auswirkt.
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Darüber hinaus
kann sowohl die Lagerhaltung als auch der Vertrieb bzw. die Auslieferung
entsprechender Motorspindeln bzw. unterschiedlich verschalteter
Motorspindeln deutlich vereinfacht bzw. reduziert werden. Auch dies
senkt die Kosten für
einen entsprechenden Motorspindelhersteller.
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Beispielsweise
können
Motorspindeln mit entsprechenden, sechs freien Einzelkabelanschlüssen erst
unmittelbar bzw. kurz vor Auslieferung als sternverschaltete Motorspindel
oder als stern-/dreieckverschaltete Motorspindel oder gar als dreieckverschaltete
Motorspindel mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung
konfiguriert bzw. festgelegt werden.
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Hierdurch
wird auch eine deutlich höhere Flexibilität bezüglich z.B.
sehr kurzfristiger Kundenwünsche
oder Anforderungen erreicht. Dementsprechend wird mit Hilfe der
Erfindung eine deutlich verbesserte Flexibilität des Motorspindelherstellers
erreicht.
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Weiterhin
entfallen entsprechende Kabel, die bislang gemäß dem Stand der Technik zu
einem zumeist neben, insbesondere an der Wand neben der Werkzeugmaschine
oder z.T. in der Werkzeugmaschine angeordnete Schalt- bzw. Klemmkasten
geführt
und in diesem separat verschaltet wurden. Gemäß der Erfindung wird im Vergleich
zu diesem Stand der Technik eine deutliche Vereinfachung der Verkabelung
bzw. der Montage entsprechender Motorspindeln bzw. Werkzeugmaschinen
sowie eine enorm Platz sparende Energieversorgung der Motorspindel
erreicht.
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Allerdings
sind die Einzelkabelanschlüsse der
Motorspindel zur Energieversorgung aufgrund der flexiblen und Platz
sparenden Anordnungsmöglichkeit
bei modernen, sehr kompakten sowie leistungsstarken mit sehr hohen
Drehzahlen zu betreibenden Motorspindeln von entscheidender Bedeutung.
Die elektrische Isolierung der Anschlüsse benötigt derart viel Raum, dass
ein Mehrfachstecker mit abgehenden bzw. losen (Mehrfach-)Kabeln
nicht realisierbar ist.
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Entsprechend
der Kompaktheit der Motorspindel kann zur Herstellung der Sternschaltung
jedoch eine an der Motorspindel angeordnete Verbindungsvorrichtung
zur Überbrückung von
mehreren Anschlüsse
vorgesehen werden, wobei aufgrund des vorteilhaften Fehlens von
losen bzw. einzelnen Kabeln die elektrische Isolation der einzelnen
Anschlüsse
innerhalb der Verbindungsanordnung sicher gewährleistet werden kann. Hierbei
kann auf das Vorhandensein loser bzw. abgehender einzelner Kabel oder
eines Mehrfachkabels verzichtet werden. Folglich kann durch die
Verbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung
die elektrische Isolation der Einzelkabelanschlüsse bei sehr hohen Strömen bzw.
großen Leistungen
der Motorspindel gewährleistet
werden und trotzdem eine sehr kompakte, Platz sparende Vorrichtung
realisiert werden.
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Vorteilhafterweise
sind die sechs Einzelkabelanschlüssen
als, insbesondere lösbar
verbindbare Stecker oder Buchsen einer Steckverbindung ausgebildet,
so dass vorzugsweise mit einer entsprechend ausgebildeten bzw. passenden
Verbindungsvorrichtung gemäß der Erfindung
ein einfaches Anbringen der Verbindungsvorrichtung an der Motorspindel
bzw. den freien Einzelkabelanschlüssen erreicht wird.
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In
einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind die Einzelkabelanschlüsse an einem
Motorgehäuse,
insbesondere einer Stirnseite des Motorgehäuses und/oder einem Motorgehäuseflansch
angeordnet. Die Anordnung der Verbindungsvorrichtung bzw. der Einzelkabelanschlüsse an der
Stirnseite der Motorspindel ermöglicht
einen kompakten, Platz sparenden Einbau der Motorspindel in der
Werkzeugmaschine, wobei diese eine im Wesentlichen lediglich zylinderförmige Ausnehmung
für die
Motorspindel benötigt.
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Weiterhin
kann durch die stirnseitige Anordnung der Verbindungsvorrichtung
bzw. der Einzelkabelanschlüsse
eine Ringanordnung, vorzugsweise im äußeren Bereich der Stirnseite
des Stators, dieser verwirklicht werden. Hierdurch wird bei begrenztem Platzangebot
an der Motorspindel bzw. in der Werkzeugmaschine ein größtmöglicher
Anschlussbereich für
die Verbindungsvorrichtung und für
die Einzelkabelanschlüsse
generiert. Dementsprechend gut bzw. voluminös kann die Isolierung der Verbindungsvorrichtung
und auch der Einzelkabelanschlüsse
umgesetzt werden, was sich vorteilhaft für die Betriebssicherheit auswirkt.
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Vorzugsweise
sind die Einzelkabelanschlüsse
an einer der Werkzeugaufnahme gegenüberliegenden Stirnseite des
Motorgehäuses
angeordnet. Hierdurch wird erreicht, dass eine erfindungsgemäße Motorspindel
im Wesentlichen ohne spezielle Spindelaufnahmen in bislang handelsüblichen
Werkzeugmaschinen aufgenommen werden können. Das bedeutet, dass entsprechende
Werkzeugmaschinenaufnahmen im Allgemeinen nicht speziell für eine erfindungsgemäße Motorspindel
präpariert
werden müssen.
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Die
der Werkzeugaufnahme gegenüberliegenden
Stirnseite der Motorspindel ist im Allgemeinen besonders leicht
zugänglich,
so dass auch die Einzelkabelanschlussverbindungen entsprechend einfach
hergestellt und gegebenenfalls bei Bedarf wieder entfernt werden
können.
Dies ist unter anderem für
Wartungs- oder Reparaturarbeiten der Motorspindel von Vorteil.
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In
einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die Verbindungsvorrichtung
bzw. der Steckverbinder, insbesondere in Draufsicht bzw. im Querschnitt, im
Wesentlichen als Ringsegment ausgebildet. Hiermit wird erreicht,
dass eine nahezu optimale Anpassung der Verbindungsvorrichtung bzw.
des Steckverbinders an die stirnseitige, ringartige Anordnung der Einzelkabelanschlüsse am Motorspindelgehäuse bzw.
dem Stator erfolgt. Dies ermöglicht
eine besonders kompakte Einheit von Motorspindel mit angebrachter
Verbindungsvorrichtung bzw. Steckverbinder.
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Zudem
kann bei einer ringartigen Anordnung der Verbindungsvorrichtung
bzw. der Einzelkabelanschlüsse
an einer Stirnseite der Motorspindel im zentralen bzw. achsnahen
Bereich der Motorspindel Platz für
die Lösemechanik,
und gegebenenfalls für die
Zufuhr von Betriebsfluiden, z.B. Kühl-/Schmiermittel, etc. in vorteilhafter
Weise geschaffen werden.
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Vorteilhafterweise
weist die Verbindungsvorrichtung drei Steckeranschlüsse für drei der
Einzelkabelanschlüsse
auf, die insbesondere mit einem fest fixierten elektrischen Leiterelement
verbunden sind. Hiermit wird z.B. erreicht, dass lediglich mit einem
einzigen Element bzw. einer einzigen Baueinheit die sechs freien
Einzelkabelanschlüsse
in eine vorteilhafte Sternschaltung verschaltet bzw. modifizierbar
sind. Durch eine unlösbare
Fixierung des Leiterelementes innerhalb der Verbindungsvorrichtung wird
die Gefahr einer falschen Betriebsweise beseitigt. Zudem kann die
Verbindungsvorrichtung an der Motorspindel vorzugsweise lösbar fixiert
werden, z.B. mittels Schrauben oder dergleichen.
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Vorzugsweise
ist das Leiterelement als Brücke
zum Überbrücken der
Einzelkabelanschlüsse ausgebildet.
Ein entsprechend als Brücke
ausgebildetes Leiterelement benötigt
keine komplexen bzw. verstellbaren und somit störungsanfälligen Komponenten. Hierdurch
ist die Herstellung entsprechender Verbindungsvorrichtungen gemäß der Erfindung
besonders wirtschaftlich günstig
und störungssicher
realisierbar.
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Vorteilhafterweise
ist im montierten Zustand der Verbindungsvorrichtung das Leiterelement
und die Einzelkabelanschlüsse
von einer elektrischen Isoliereinheit, insbesondere aus Kunststoff
bestehend, ummantelt. Beispielsweise ist eine derart ausgebildete Verbindungsvorrichtung
als einfache, steckbare Baueinheit am Motorspindelgehäuse bzw. der
Stirnseite der Motorspindel montierbar.
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Vorzugsweise
weisen wenigstens die mit der Verbindungsvorrichtung zu verbindenden
Anschlüsse
jeweils ein elektrisches Isolierelement auf, vorzugsweise als Isolationshülse ausgebildet,
wobei durch die Montage der Verbindungsvorrichtung jedes der elektrischen
Isolierelemente jeweils mit der elektrischen Isoliereinheit einen
zumindest in Montage-Richtung ausgerichteten Isolations-Überlapp
ausbildet. Mit dieser Maßnahme
wird erreicht, dass die elektrische Isolierung des Anschlusses durch
das Isolierelement sowohl bei angeschlossenem Einzelkabel als auch
bei aufgebrachtem bzw. angestecktem Steckverbinder bzw. Verbindungsvorrichtung möglichst
optimal ist. Entsprechend vorteilhaft kann das Isolierelement als
Adapter für
die beiden Anschlussverbindungsarten ausgebildet werden, d.h. Anschluss
an ein Einzelkabel oder an die Verbindungsvorrichtung bzw. an den
Steckverbinder.
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Weiterhin
gewährleistet
gerade der in Montage-Richtung ausgerichteten Isolations-Überlapp
eine sichere und vollständige
elektrische Isolation der Verbindung durch die Verbindungsvorrichtung.
Hierbei können
auch Montage- oder Fertigungstoleranzen der exakten Abmessungen
der Isolationskomponenten ausgeglichen werden.
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Bevorzugt
weist jeder der Anschlüsse
der Verbindungsvorrichtung wenigstens einen Isolations-Vorsprung
auf, wobei durch die Montage der Verbindungsvorrichtung jeder der
Isolations-Vorsprünge jeweils
mit den jeweiligen elektrischen Isolierelementen einen Isolations-Überlapp
ausbildet. Hierdurch kann jeder Anschluss sicher und vollständig zur
Umgebung, insbesondere zu einem benachbarten Anschluss, elektrisch
isoliert werden.
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In
einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine
Ummantelung zum feuchtigkeits- und/oder staubdichten Ummanteln des
elektrischen Leiterelementes und der zu verbindenden Anschlüsse vorgesehen.
Gerade bei Anwendungen in Werkzeugmaschinen kann die Funktionsfähigkeit elektrischer
Komponenten bzw. System durch Staub, Dreieck und/oder flüssiges Kühlschmiermittel
oder dergleichen beeinträchtigt
werden. Mit Hilfe dieser vorteilhaften Maßnahme kann die Betriebssicherheit bzw.
die Funktionsfähigkeit
der Motorspindel bzw. der Energieversorgung der Motorspindel sicher
gewährleistet
werden.
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Beispielsweise
kann die Verbindungsvorrichtung mittels einer einzigen Dichtungskomponente
gegenüber
dem Motorspindelgehäuse
bzw. Statorgehäuse
abgedichtet werden. Alternativ oder in Kombination hierzu kann auch
jeder Anschluss für
sich und/oder das Isolationselement mittels einer einzigen Dichtungskomponente
gegenüber
dem Motorspindelgehäuse
isoliert werden. Entsprechend kann wenigstens zwischen dem Statur
und der Verbindungsvorrichtung eine Dichteinheit zum wasserdichten
Abdichten der zu verbindenden Anschlüsse vorgesehen werden.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Dichteinheit für
jeden zu verbindenden Anschluss jeweils wenigstens ein Dichtelement.
Vorzugsweise umfasst das Isolationselement wenigstens eine Dichtungskomponente
für die
Abdichtung gegen die Verbindungsvorrichtung und/oder für die Abdichtung
gegen das Motorspindelgehäuse.
Hierbei kann z.B. die Abdichtung der Isolationselemente gegenüber dem
Motorspindelgehäuse
und der Verbindungsvorrichtung oder dem Einzelkabelstecker in vorteilhafter
Weise umgesetzt werden, was zu einer besonders hohen Betriebssicherheit
bei Anwendungen der Motorspindel gemäß der Erfindung in Werkzeugmaschinen
führt.
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Mit
diesen Varianten der Erfindung kann auch eine Mehrfachfunktion der
Dichtungskomponenten bzw. der Isolationselemente realisiert werden, einerseits
für eine
Anschlussverbindung mit einem Einzelkabel und andererseits für eine Anschlussverbindung
mit der Verbindungsvorrichtung.
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Beispielsweise
sind je Einzelkabelanschluss eine Dichtung bzw. ein O-Ring oder
dergleichen vorgesehen, so dass jeder der Einzelkabelanschlüsse im montierten
Zustand der Verbindungsvorrichtung oder des Einzelkabels sicher
abgedichtet ist, vorzugsweise sowohl gegenüber dem Motorspindelgehäuse und/oder
gegenüber
der Isoliereinheit bzw. der Ummantelung der Verbindungsvorrichtung.
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Generell
wird gemäß der Erfindung
erreicht, dass ein spezieller bzw. separater neben der Werkzeugmaschine
z.B. an einer Wand angeordneter Schaltkasten oder ein in der Werkzeugmaschine
befindlicher Klemmkasten für
die Herstellung einer Sternschaltung bei Motorspindeln mit sechs
freien Ausgängen
bzw. Anschlüssen
entfällt.
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Zudem
ermöglicht
die Erfindung für
unterschiedliche Spindeln gleiche Statoren zu verwenden, so dass
sich die Herstellung bzw. die Verwaltung entsprechender Statoren
entscheidend vereinfacht.
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Die
Spindeln gemäß der Erfindung
werden unabhängig
von der späteren
Verschaltung derart ausgeführt,
dass die sechs Kabelabgänge
bzw. freien Einzelkabelanschlüsse
vorzugsweise als Stecker bzw. Buchsen ausgebildet sind. Für eine Spindelvariante
mit einer Sternschaltung, z.B. für
Umdrehungen von maximal 10.000 Umdrehungen/Minute, wird ein erfindungsgemäßes Steckerteil
bzw. die Verbindungsvorrichtung verwendet, so dass die Sternpunkte
der Motorspulen in vorteilhafter Weise miteinander verbunden sind.
Dagegen weist die entsprechende Motorspindel in Dreieckverschaltung
ca. 14.000 Umdrehungen/Minute auf.
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Für die Stern-/Dreieckvariante
entsprechender Motorspindeln werden die sechs freien Anschlüsse bzw.
die Steckerbuchsen lediglich mit einem Einzelkabel oder dergleichen
verbunden, so dass diese z.B. für
Netzumrichter bzw. Steuer- oder Kontrolleinheiten in vorteilhafter
Weise anschließbar
sind.
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Ausführungsbeispiel
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der
Figuren nachfolgend näher
erläutert.
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Im
Einzelnen zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Sternschaltung
und einer Dreieckschaltung für Drei-Phasen-Systeme,
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2 eine
schematische Draufsicht auf eine Stirnseite einer Motorspindel mit
Steckverbinder gemäß der Erfindung
und
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3 eine
schematische, vergrößerte Schnittdarstellung
in Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Motorspindel.
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In 1 ist schematisch eine Sternschaltung gemäß 1a und
gemäß 1b eine
Dreieckschaltung dreier Phasen U, V, W abgebildet. Eine Motorspindel 4 umfasst
z.B. drei Spulen 1, 2, 3, die jeweils
ein Wicklungsende U2, V2,
W2 sowie einen Wicklungsanfang U1, V1, W1 aufweisen.
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Im
Sternpunkt der Sternschaltung sind drei Wicklungsenden U2, V2, W2 mittels
einem Verbinder 5 elektrisch leitend verbunden. Der Verbinder 5 ist
in 1a schematisch als Strichlinie skizziert.
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Gemäß der Dreieckschaltung
sind die drei Spulen 1, 2, 3 jeweils
mit dem Anfang bzw. Ende einer anderen Spule 1, 2, 3 miteinander
verbunden.
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Bei
beiden Schaltungen werden die drei Phasen U, V, W vorzugsweise mit
einem nicht näher
dargestellten Netzumrichter verbunden.
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In 2 wird
gezeigt, dass die Motorspulenanfänge
U1, V1, W1 sowie die Motorspulenenden U2, V2, W2 als freie Anschlüsse bzw.
als Steckerbuchsen an einer Stirnseite der Motorspindel 4 angeordnet bzw.
ausgebildet sind. Gemäß der Definition
der vorliegenden Erfindung weist ein Gehäuse 7 der Motorspindel 4 die
sechs Anschlüsse
bzw. die Wicklungsanfänge
U1, V1, W1 sowie Wicklungsenden U2,
V2, W2 auf.
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Weiterhin
veranschaulicht 2, dass ein Steckerteil 6 den
Verbinder 5 zum elektrisch leitenden Verbinden der Wicklungsenden
U2, V2, W2 aufweist. Zudem sind die Wicklungsanfänge U1, V1, W1 als
Steckerbuchsen stirnseitig an der Motorspindel 4 angeordnet.
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Das
Steckerteil 6 bewirkt eine Sternschaltung der Spulen 1, 2, 3,
so dass die Spulenanfänge U1, V1, W1 in
nicht näher
dargestellter Weise mittels Stecker aufweisenden Kabeln z.B. zu
einem Netzumrichter geführt
werden können.
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Darüber hinaus
wird gerade in 2 deutlich, dass es sich bei
den sechs Anschlüssen
bzw. Spulenenden um im Wesentlichen sechs identische Einzelkabelanschlüsse 10 handelt.
Dementsprechend kann die Motorspindel 4 in einem Betriebsmodus
mit Hilfe von sechs Einzelkabelstecker 11 angeschlossen
bzw. mit Energie versorgt werden, d.h. insbesondere mittels einem
nicht näher
dargestellten Schalt-/Klemmschrank
oder dergleichen. Bei einer derartigen Verschaltung kann dann die
Motorspindel 4 in einer Dreieckschaltung oder in einer
Stern-/Deieckschaltung betrieben werden.
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Gewöhnlich werden
derartig konfigurierte Motorspindeln 4 in einer bevorzugten
Sterndreieckschaltung betrieben, wobei die Umschaltung mittels einer
vorteilhaften Kontrolleinheit bzw. in einem entsprechenden Schaltschrank
erfolgt. Hierbei wird vorzugsweise in einer Anlaufphase die Motorspindel
in Sternverschaltung bis zu einer bestimmten Drehzahl hochgefahren
und dann auf Dreieckverschaltung umgeschaltet, um mit einer besonders
hohen Drehzahl bzw. Leistung arbeiten zu können.
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Dagegen
ist jedoch die Motorspindel 4 gemäß 2 in einer
Sternverschaltung konfiguriert, da die Spulen- bzw. die Wicklungsenden
U2, V2, W2 mit Hilfe des Steckerteils 6 elektrisch
leitend verbunden sind, wie dies in 1a schematisch
dargestellt ist. Dementsprechend sind die Wicklungsanfänge U1, V1, W1 mit
Hilfe von Einzelkabelstecker 11 mit der Energieversorgung
bzw. einem entsprechenden Schalt-/Klemmschrank oder dergleichen
elektrisch verbunden.
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Vorzugsweise
werden sowohl die Einzelkabelstecker 11 mittels Fixierelemente,
vorzugsweise Schrauben, am Motorspindelgehäuse 7 sicher fixiert. Entsprechend
wird auch das Steckerteil 6 mittels Fixierelemente bzw.
Schrauben 12 am Motorspindelgehäuse 7 fest fixiert.
Demzufolge wird sich weder das Steckerteil 6 als auch die
Einzelkabelstecker 11 im Betrieb selbsttätig lösen, so
dass die Betriebssicherheit der Motorspindel 4 gewährleistet
ist.
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In 3 ist
schematisch das Steckerteil 6 seitlich im Schnitt abgebildet.
Hierbei wird deutlich, dass es sich beim Verbinder 5 um
ein einfaches elektrisches Leiterelement handelt, womit die jeweiligen Anschlüsse bzw.
Spulen miteinander verbunden bzw. überbrückt werden. Das Steckerteil 6 weist
Kunststoffisolierungen 8, 9 auf, womit der elektrisch
leitende Verbinder 5 wirkungsvoll nach außen elektrisch
isoliert ist.
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Der
Aufbau bzw. die Anordnung des Steckerteils 6 am Motorspindelgehäuse 7 wird
gerade in 3 deutlich. Die Wicklungsanfänge U1, V1, W1 bzw.
Wicklungsenden U2, V2,
W2 können
gemäß der Erfindung
mit Hilfe des Steckerteils 6 bzw. dessen Verbinder 5 elektrisch
leitend verbunden bzw. überbrückt werden,
so dass eine vorteilhafte Sternverschaltung der Spulen der Motorspindel 4 realisiert wird.
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Bei
den bei Motorspindeln üblichen
Rahmenbedingungen, das heißt
Leistungen von etwa 10 kW oder mehr, bei Strömen von durchaus 150 A und
einer notwendigen bzw. vorgeschriebenen Spannungsfestigkeit von
bis zu 2.200 V, ist die Isolation des Steckerteils 6 bzw.
der Einzelkabelanschlüsse 10 mit
ansonsten im Alltag gebräuchlichen
Motoren ist nicht vergleichbar.
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Dementsprechend
ist die Isolierung 8 als auch die Isolierung 9 in
vorteilhafter Weise aus Kunststoff. Das Steckerteil 6 wird
beispielsweise derart hergestellt, dass Steckhülsen 13 in die Isolierung 8 eingebracht
werden und über
ein Fixierelement bzw. eine Schraube 14 an den metallischen
Verbinder 5 angeschraubt werden.
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Zur
Herstellung einer 100% wasser-/feuchtigkeitsdichten Ummantelung
des Steckerteils 6 wird in vorteilhafter Weise die Isolierung 9 um
den Verbinder 5 gegossen bzw. wird die Isolierung 9 in
die entsprechende Ausnehmung der Isolierung 8 gegossen.
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Darüber hinaus
sind zwei Dichtelemente 15, 16 bzw. Ohrringe vorzugsweise
aus Elastomermaterial vorgesehen, um auch im montierten Zustand
des Steckerteils 6 eine vollständige Wasser-/Feuchtigkeitsabdichtung
der Einzelkabelanschlüsse
zu realisieren. D.h. insbesondere wird das Steckerteil 6 gegenüber dem
Motorspindelgehäuse 7 mittels
der Dichtungen 15, 16 abgedichtet. Hierbei dichtet
die Dichtung 16 das Steckerteil 6 gegen ein Isolierelement 17 bzw.
Isolierhülse 17 ab.
Weiterhin ist das Isolierelement 17 mittels der Dichtung 15 gegenüber dem
Spindelgehäuse 7 abgedichtet.
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Die
Isolierhülse 17 ist
am Motorspindelgehäuse 7 fest
verbaut, insbesondere mittels einer Presssitzfixierung fixiert.
Die Isolierhülse 17 bildet nicht
nur eine wasser-/feuchtigkeitsdichte
Anordnung für
das Steckerteil 6, sondern auch eine wasser-/feuchtigkeitsdichte
Anordnung für
die Einzelkabelstecker 11 bei entsprechender Einzelkabel-Verschaltung.
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Wie
in 3 weiterhin deutlich wird, weist das Steckerteil 6 einen
zylinderringförmigen Überlapp 18 bzw.
einen Überstand
auf, der mit der Isolierhülse 17,
die vorzugsweise ebenfalls aus isolierendem Kunststoff besteht,
eine lückenlose
Isolation der Einzelkabelanschlüsse 10 in
axialer Richtung gewährleistet.
Das heißt,
dass eine elektrische Isolation der Einzelkabelanschlüsse 10 längs einer
Achse 19 vollständig
bzw. lückenlos
und somit sicher gewährleistet
ist. Die Achse 19 stellt zugleich die Montage- bzw. Demontage-Steckrichtung
des Steckerteils 6 dar.
-
Weiterhin
ist das Steckerteil 6 derart ausgebildet, dass dies auch
quer zur Achse 19 mit der Isolierhülse 17 überlappend
ist, so dass auch hier eine lückenlose
elektrische Isolation bzw. Ummantelung der Anschlüsse 10 realisiert
wird.
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Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel
wird ersichtlich, dass ein einfaches Bauteil stirnseitig an die
Motorspindel 4 gesteckt werden kann, um eine Motorspindel 4 mit
sechs freien Einzelkabelanschlüssen 10 für eine Sternschaltung
zu konfigurieren. Ohne das Steckerteil 6 ist dieselbe Motorspindel 4 aufgrund
der sechs freien Einzelkabelanschlüsse 10 mit einer Dreieck-
oder Stern-Dreieckschaltung
betreibbar.
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- 1
- Spule
- 2
- Spule
- 3
- Spule
- 4
- Motorspindel
- 5
- Verbinder
- 6
- Steckerteil
- 7
- Motorspindelgehäuse
- 8
- Isolierung
- 9
- Isolierung
- 10
- Kabelanschluss
- 11
- Kabelstecker
- 12
- Schraube
- 13
- Hülse
- 14
- Schraube
- 15
- Dichtung
- 16
- Dichtung
- 17
- Isolierhülse
- 18
- Überlapp
- 19
- Achse
- U,
V, W
- Phase
bzw. Wicklung
- U1, V1, W1
- Wicklungsanfang
- U2, V2, W2
- Wicklungsende