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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Servoantrieb und ein
Verfahren zum Herstellen eines Servoantriebs, der beispielsweise
im Zusammenhang mit Schweißzangen eingesetzt werden kann.
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Baukastensysteme
weisen eine Mehrzahl unterschiedlicher Bausteine auf, die in unterschiedlichen
Variationen zusammengefügt werden können. Eine
Beschreibung von Baukastensystemen für Maschinen findet
sich im Dubbel; Taschenbuch für den Maschinenbau
von Heinrich Dubbel; Springer-Verlag GmbH, 2004.
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DE 698 10 512 T2 beschreibt
eine Nutzung eines Baukastensystems bei Spindelantrieben, um bei
einzelnen Modulen die jeweils zugehörigen Herstellungstechnologien
gezielt und zweckbestimmt anzuwenden. Dadurch wird für
einzelne Komponenten mehr Raum und Konstruktionsfreiheit ermöglicht.
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Die
Nutzung eines Baukastensystems bei E-Servozylindern für
Schweißzangen-Hauptantriebe ist dagegen nicht bekannt.
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Bekannte
Baukastensysteme sind oft schwerer und raumaufwendiger als eine
spezielle Einzelanfertigung. Gerade bei Punktschweißzangen,
die von Robotern bewegt werden müssen, sind jedoch der Bauraum
und das Gewicht die entscheidenden Einschränkungen und
Wettbewerbskriterien. Dies erklärt, warum im Bereich von
Servozylindern noch keine Baukastensysteme eingesetzt werden.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Servozylinder
und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Servozylinders
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Servoantrieb gemäß Anspruch
1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Servozylinders gemäß Anspruch
11 gelöst.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass der
Bauraum und das Gewicht eines Baukastens optimiert werden kann,
wenn die Aufteilung des Baukastens nicht auf für sich eigenständige
Komponenten ausgerichtet ist, sondern darauf, dass eine Funktion
erst durch den Zusammenbau verschiedener Komponenten erreicht wird.
Dabei soll darauf geachtet werden, dass jedes einzelne Gleichteil
entsprechend optimiert wird und die Schnittstellenzonen dabei mit
einbezogen werden. Somit liegt der Kern der Erfindung in der Nutzung
von Gleichteilen.
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Trotz
des einem Baukastensystems widersprechenden Ziels der Bauraum- und
Gewichtsminimierung, ermöglicht es der erfindungsgemäße
Ansatz, einen Baukasten vorteilhaft zur Kostenoptimierung bei Servoantrieben
und insbesondere bei Schweißzangenantrieben zu nutzen.
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Entgegen
bekannter Baukastensystem wird dabei nicht die Nutzung von speziellen
Technologien angestrebt, sondern die Minimierung des Bauraums und
Weiterverwendbarkeit von Komponenten ohne den Fertigungs- und Variantenaufwand
zu erhöhen.
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Dabei
wurde gefunden, dass es bei kostenintensiven Komponenten unter Verwendung
von Gleichteilen möglich ist, beispielsweise Spindelantriebe über
ein Baukastensystem preisgünstig an spezielle Kundenwünsche
und Einsatzfälle anzupassen.
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Durch
das Baukastensystem können die kostenintensiven Komponenten
in größerer Stückzahl und folglich preisgünstiger
hergestellt werden. Gleichzeitig sinkt der Aufwand für
Logistik und Qualitätssicherung.
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Insbesondere
kann durch die Identifizierung eines anwendungsunabhängigen
Gleichteils, z. B. eines Bausatzmotors, diese Komponente besonders kostengünstig
bereitgestellt werden.
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Durch
die Identifizierung von Gleichteilen zwischen verschiedenen Varianten
ist es auch möglich, diese Teile für die betroffenen
Varianten gleichzeitig herzustellen. Dadurch reduzieren sich sowohl die
Rüstkosten als auch die Lagerhaltung. Außerdem können
wegen der größeren Fertigungsstückzahlen einzelne
Komponenten auch mit günstigeren Fertigungsmethoden hergestellt
werden.
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Jedes
gefundene Gleichteil verringert die Lagerhaltung und den Aufwand
an Logistik und Qualitätssicherung. Neue Kundenwünsche
oder Anwendungen lassen sich nicht nur durch Änderung einer einzelnen
Komponente, sondern eventuell auch durch eine neue Kombination bereits
vorhandener Gleichteile bedienen.
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Die
vorliegende Erfindung schafft einen Servoantrieb, mit folgenden
Merkmalen: einer ersten Komponente, die ausgebildet ist, um sowohl
im Zusammenspiel mit einer zweiten Komponente als auch im Zusammenspiel
mit einer dritten Komponente eine erste Teilfunktionalität
des Servoantriebs bereitzustellen; und der zweiten Komponente oder
der dritten Komponente, wobei die zweite Komponente ausgebildet
ist, um zusätzlich eine zweite Teilfunktionalität
des Servoantriebs bereitzustellen und wobei die dritte Komponente
ausgebildet ist, um zusätzlich eine dritte Teilfunktionalität
des Servoantriebs bereitzustellen.
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Der
erfindungsgemäße modulare Aufbau beansprucht wesentlich
weniger Bauraum, als ein Baukastensystem bekannter Art. Dies wird
dadurch erreicht, dass die einzelnen Komponenten des Servoantriebs
erst miteinander zusammengebaut eine Funktionseinheiten bilden.
Beispielseise können die Lager des Motors des Servozylinders
im Bremsenteil und im Sensorteil angeordnet sein.
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Die
zweite Komponente und die dritte Komponente können eine
identische Schnittstelle zu der ersten Komponente aufweisen, so
dass die erste Komponente sowohl mit der zweiten Komponente als auch
mit der dritten Komponente gekoppelt werden kann. Durch die identischen
Schnittstellen sind die zweite und die dritte Komponente austauschbar.
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Beispielsweise
kann zumindest eine der Komponenten einen Motor, ein Lager und/oder
eine Gebereinrichtung umfassen. Auf diese Weise können wesentliche
Funktionseinheiten des Servoantriebs in den erfindungsgemäßen
Aufbau mit einbezogen werden.
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Somit
kann zumindest eine der Teilfunktionalitäten eine Antriebsfunktionalität,
eine Lagerfunktionalität, eine Geberfunktionalität,
eine Bremsfunktionalität und/oder eine Aufhängfunktionalität
umfassen. Somit können erfindungsgemäß wichtige
Funktionseinheiten eines Servoantriebs durch ein Zusammenspiel mehrerer
Komponenten gebildet werden. Dies führt zu einer Einsparung
von Bauraum.
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Beispielsweise
kann die erste Komponente ein Lager, die zweite Komponente einen
Motor mit einer ersten Baugröße und die dritte
Komponente einen Motor mit einer zweiten Baugröße
aufweisen, so dass die erste Teilfunktionalität eine Lagerfunktion, die
zweite Teilfunktionalität eine erste Antriebsfunktion und
die dritte Teilfunktionalität eine zweite Antriebsfunktion
umfasst. Je nach Anwendungsfall können somit unterschiedliche
Motoren im Baukastensystem verbaut werden.
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Dabei
können die erste Baugröße und die zweite
Baugröße unterschiedliche Längen und/oder Durchmesser
definieren.
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Auch
kann die erste Komponente einen Rotor eines Motors und die zweite
Komponente und die dritte Komponente jeweils ein Lagerschild für
den Rotor aufweisen und die erste Teilfunktionalität kann eine
Antriebsfunktion umfassen.
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Dazu
kann die zweite Komponente ferner eine Bremse aufweisen, so dass
die zweite Teilfunktionalität eine Bremsfunktion bereitstellen
kann. Dadurch kann sowohl der Bauraum minimiert werden, als auch
der Fertigungs- und Variantenaufwand.
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Auch
kann die dritte Komponente eine Zylinderaufhängung aufweisen,
so dass die dritte Teilfunktionalität eine Zylinderaufhängung
bereitstellen kann.
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Gemäß einer
Ausgestaltung ist der erfindungsgemäße Servoantrieb
als Schweißzangenantrieb geeignet.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen
eines Servoantriebs, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen
einer ersten Komponente, die ausgebildet ist, um sowohl im Zusammenspiel
mit einer zweiten Komponente als auch im Zusammenspiel mit einer
dritten Komponente eine erste Teilfunktionalität des Servoantriebs bereitzustellen;
Entscheiden, ob der Servoantrieb neben der ersten Teilfunktionalität
eine zweite Teilfunktionalität oder eine dritte Teilfunktionalität
bereitstellen soll; Bereitstellen der zweiten Komponente, wenn der
Servoantrieb die zweite Teilfunktionalität bereitstellen
soll oder Bereitstellen der dritten Komponente, wenn der Servoantrieb
die dritte Teilfunktionalität bereitstellen soll; und Koppeln
der ersten Komponente mit der zweiten Komponente oder der dritten
Komponente.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen
beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung von Komponenten eines Servoantriebs, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung von Komponenten eines Servoantriebs, gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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3 ein
Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Servoantriebs,
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Gleiche
oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden
Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen
sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie
die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem
Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet
werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen
zusammengefasst werden können.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung von Komponenten 101, 103, 105, 107, 109 eines
Servoantriebs, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Erfindungsgemäß sind die Komponenten 101, 103, 105, 107, 109 Teil
eines Baukastensystems. Das Baukastensystem ermöglicht
es, Servoantriebe mit unterschiedlichen Funktionalitäten
bereitzustellen. Bei zumindest einigen der Komponenten 101, 103, 105, 107, 109 kann
es sich um Gleichteile handeln. Mögliche Gleichteile sind
beispielsweise ein Stator, ein Rotor, ein Lager oder eine Welle
des Servoantriebs. Zumindest einige der Komponenten 101, 103, 105, 107, 109 können
eine spezielle Zusatzfunktionalität bereitstellen. Beispielsweise
kann es sich bei den Komponenten 103, 105 um Lagerschilder handeln,
die in unterschiedlichen Ausführungsvarianten vorgesehen
werden können. Unterschiedliche Lagerschilde 103, 105 können
dabei beispielsweise mit einem Drehgeber, mit einer Schwenklagerung, mit
einem Resolver oder mit einer Bremse ausgeführt sein.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel kann es sich bei der Komponente 101 um
einen Motor, bei den Komponenten 103, 105 um Lagerschilde
und bei den Komponenten 107, 109 um Lager des
Servoantriebs handeln. Die Lager 107, 109 des
Motors 101 können dabei beispielsweise im Bremsenteil
oder im Sensorteil des Servoantriebs angeordnet sein. Ferner kann
eine Geberbox als weitere Grundkomponente des Servoantriebs vorgesehen
sein.
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Der
Motor 101 kann einen Stator und eine Drehwelle aufweisen,
die mittels der Lager 107, 109 gelagert werden
kann. Durch eine Bewegung der Drehwelle kann beispielsweise ein
Antrieb für eine Schweißzange bereitgestellt werden.
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Der
Motor 101 kann dabei als Mittelteil zwischen den Lager 107, 109 fungieren.
Die Lager 107, 109 können separat standardisiert
und zu verschiedenen Motoren 101 kombiniert werden.
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Der
Motor 101 kann unterschiedliche Baugrößen
aufweisen, die sich in Durchmesser und/oder Länge unterscheiden
können. Dabei können die Lagerschilde 103, 105 identisch
ausgeführt sein, obwohl sich beispielsweise die Länge
des Motors 101 unterscheiden kann.
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Der
Motor 101 kann erfindungsgemäß als Bausatzmotor
identifiziert werden und ist über verschiedene Anwendungen
und Funktionsvarianten innerhalb einer Leistungsklasse gleich. Der
Motor 101 kann nicht eigenständig funktionieren,
weil er keine Lagerung des Rotors des Motors 101 beinhaltet.
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Die
Lagerung wird von angrenzenden Modulen 107, 109 bereit
gestellt, die noch weitere Zusatzfunktionen erfüllen können.
So kann das A-seitige Lagerschild 103 als weiteres Gleichteil
mit und ohne Bremse, aber auch als Zylinderaufhängung ausgeführt
sein.
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Das
Ziel der Kostenoptimierung wird dadurch erreicht, dass im Baukastensystem,
das mehrere in Funktion, Anwendung und Leistungsklassen verschiedene
Varianten bilden soll, möglichst viele Gleichteile identifiziert
werden. Je mehr Gleichteilezwischen den verschiedenen Varianten
gefunden werden, desto größer ist das Potenzial
der Kostenersparnis. Die Kostenersparnis ergibt sich hauptsächlich
durch die Vergrößerung der Herstellungsstückzahlen
der Gleichteil-Komponenten.
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Durch
die eigenständige Definition eines Gleichteils, z. B. des
Bausatzmotors 101, mittels eines separaten Lasten- und
Pflichtenheftes, kann ein über eine gerade konkrete Anwendung
hinaus weiter nutzbares Produktpotential eröffnet werden.
Das Gleichteil, bzw. der Bausatzmotor 101, kann in noch ganz
anderen Anwendungen oder Projekten eingesetzt und weiter verkauft
werden.
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Entsprechende
Schnittstellen zwischen den Komponenten 101, 103, 105, 107, 109 können
standardisiert sein. So kann eine Schnittstelle zwischen dem Motor 101 und
dem Lagerschild 105 so ausgebildet sein, dass anstelle
des gezeigten Motors 101 ein anderer Motor und anstelle
des gezeigten Lagerschilds 105 ein anderes Lagerschild
eingesetzt werden kann. Durch den Einsatz des anderen Motors bzw.
des anderen Lagerschilds können andere Teilfunktionalitäten
realisiert werden.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung von Komponenten 101, 103, 205, 107, 109 eines
Servoantriebs, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten
Servoantrieb ist das in 1 gezeigte Lagerschild durch
ein anderes Lagerschild 205 ersetzt worden. Das andere
Lagerschild 205 kann im Zusammenspiel mit dem Motor 101 eine
erste Teilfunktionalität bereitstellen, die auch von dem
in 1 gezeigten Lagerschild bereitgestellt werden
kann. Zusätzlich kann das andere Lagerschild 205 eine
zusätzliche Funktionalität bereitstellten, die
sich von einer zusätzlichen Funktionalität des
in 1 gezeigten Lagerschilds unterscheidet. In entsprechender Weise
können auch die übrigen Komponenten 101, 103, 107, 109 durch
entsprechende Ersatzkomponenten mit einem anderen Funktionsumfang
ersetzt werden.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Servoantriebs,
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In
einem ersten Schritt erfolgt ein Bereitstellen 310 einer
ersten Komponente des Servoantriebs. Die erste Komponente kann eine
erste Teilfunktionalität des Servoantriebs bereitstellen,
wenn sie mit einer zweiten Komponente oder einer dritten Komponente
des Servoantriebs zusammenwirkt. Bei der ersten Komponente kann
es sich beispielsweise um einen Motor handeln. Der Motor kann eine
Antriebsfunktionalität nur Bereitstellen, wenn er mit weiteren Komponenten,
beispielsweise einem Lager zusammenwirkt.
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In
einem zweiten Schritt erfolgt ein Entscheiden 312, ob der
Servoantrieb neben der ersten Teilfunktionalität eine zweite
Teilfunktionalität oder eine dritte Teilfunktionalität bereitstellen
soll. Soll als weitere Teilfunktion beispielsweise eine Bremsfunktion bereitgestellt
werden, so kann als weitere Komponente ein Lager oder ein Lagerschild
mit einer Bremse ausgewählt werden. Soll dagegen als weitere
Teilfunktion beispielsweise eine Zylinderaufhängung bereitgestellt
werden, so kann als weitere Komponente ein Lager oder ein Lagerschild
ausgewählt werden, das eine Zylinderaufhängung
bereitstellt.
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Abhängig
von dem Entscheidungsergebnis erfolgt in einem weiteren Schritt
ein Bereitstellen 314 der zweiten Komponente oder aber
der dritten Komponente. So kann die zweite Komponente bereitgestellt
werden, wenn der Servoantrieb die zweite Teilfunktionalität
bereitstellen soll und die dritte Komponente kann bereitgestellt
werden, wenn der Servoantrieb die dritte Teilfunktionalität
bereitstellen soll.
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In
einem nachfolgenden Schritt erfolgt ein Koppeln 316 oder
Zusammenfügen der ersten Komponente mit der zweiten Komponente
oder der dritten Komponente, je nachdem ob die zweite Komponente oder
die dritte Komponente bereitgestellt wurde.
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In
entsprechender Weise können weitere Komponenten ausgewählt
und mit den bereits bestehenden Komponenten zusammengefügt
werden.
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Auch
wenn die Ausführungsbeispiele auf das spezielle Gebiet
eines Elektro-Servo-Zylinders als Hauptantrieb einer Punktschweißzange
gerichtet sind, so ist der prinzipielle Gedanke der Erfindung ganz
allgemein auf jegliche Art von Maschinen übertragbar. Insbesondere
kann sich das Anwendungsgebiet der Erfindung auf Spindelantriebe,
Funktionsmodule und Variantenentwicklungen erstrecken.
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Die
gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt
und können miteinander kombiniert werden. Auch können
weitere Komponenten vorgesehen werden. Sowohl diese weiteren Komponenten
als auch die beschriebenen Komponenten können weitere Teilfunktionen
allein oder aber im Zusammenspiel mit anderen Komponenten ausführen.
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- 101,
103, 105, 107, 109
- Komponenten
eines Servoantriebs
- 205
- Alternative
Komponente des Servoantriebs
- 310,
312, 314, 316
- Schritte
zum Herstellen eines Servoantriebs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Dubbel; Taschenbuch
für den Maschinenbau von Heinrich Dubbel; Springer-Verlag
GmbH, 2004 [0002]