DE102011012632A1

DE102011012632A1 - Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Winkelsensor

Info

Publication number: DE102011012632A1
Application number: DE102011012632A
Authority: DE
Inventors: geb. Stopa Klaus Stanek; Steffen Weber
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2031-03-01
Also published as: DE102011012632B4

Abstract

Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Winkelsensor, wobei eine Rotorwelle des Elektromotors in einem Gehäuseteil des Elektromotors gelagert ist, wobei eine Welle des Sensors in einem Gehäuseteil des Sensors gelagert ist, wobei das Gehäuseteil des Sensors über ein Drehmomentstützteil an einem Gehäuseteil des Motors, insbesondere Flanschteil, welches mit einem ein Lager der Rotorwelle aufnehmenden Gehäuseteil verbunden ist, festgelegt und/oder verbunden ist, wobei das Drehmomentstützteil in Umfangsrichtung ein steiferes Übertragungsverhalten aufweist als in radialer und/oder axialer Richtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Winkelsensor.
Es ist allgemein bekannt, dass ein Elektromotor mit einer Bremse ausstattbar ist, welche auf die Rotorwelle des Motors wirkt, wenn sie einfällt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung weiterzubilden, wobei
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Antriebsvorrichtung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Antriebsvorrichtung sind, dass die Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Winkelsensor ausgeführt ist,
wobei eine Rotorwelle des Elektromotors in einem Gehäuseteil des Elektromotors gelagert ist,
wobei eine Welle des Sensors in einem Gehäuseteil des Sensors gelagert ist,
wobei das Gehäuseteil des Sensors über ein Drehmomentstützteil an einem Gehäuseteil des Motors, insbesondere Flanschteil, welches mit einem ein Lager der Rotorwelle aufnehmenden Gehäuseteil verbunden ist, festgelegt und/oder verbunden ist,
wobei das Drehmomentstützteil in Umfangsrichtung ein steiferes Übertragungsverhalten aufweist als in radialer und/oder axialer Richtung.
Von Vorteil ist dabei, dass die Messwerterfassung, insbesondere Winkelerfassung, im Wesentlichen ungestört von den von einer Bremse eingebrachten Kraftstößen ausführbar ist.
Denn die Übertragung der Winkelstellung in Umfangsrichtung erfolgt ohne Dämpfung. Nur die störenden radialen und axialen Kraftstöße werden abgedämpft.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen Welle des Sensors und der Rotorwelle eine Kupplung vorgesehen, welche in Umfangsrichtung ein steiferes Übertragungsverhalten aufweist als in radialer und/oder axialer Richtung. Von Vorteil ist dabei, dass die Übertragung der Kraftstöße von der Rotorwelle auf die Welle des Sensors ebenfalls in Umfangsrichtung ungedämpft und in radialer und axialer Richtung gedämpft übertragen wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Drehmomentstützteil im Wesentlichen als Rotationskörper gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Fertigung und eine entsprechend symmetrische Abdämpfung erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Drehmomentstützteil aus Federblech, Gummi, Kunststoff oder dem speziellen Kunststoff PEEK gefertigt,
und/oder dass
das Drehmomentstützteil aus einem Material einstückig gefertigt ist, das eine höhere Elastizität und Dämpfung, insbesondere im Bereich akustischer Wellen zwischen 100 Hertz und 10 Kilo Hertz, aufweist als Aluminium und eine niedrigere Elastizität und Dämpfung, insbesondere im Bereich akustischer Wellen zwischen 100 Hertz und 10 Kilo Hertz, aufweist als Gummi oder Polyethylen. Von Vorteil ist dabei, dass durchgeleitete Kraftstöße abgedämpft werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Drehmomentstützteil einen Z-förmigen, W-förmigen oder sickenförmigen oder mehrfach sickenförmigen Querschnitt auf. Von Vorteil ist dabei, dass durch die Ausrichtung dieses Querschnitts radiale und axiale Kraftstöße stärker abdämpfbar sind als in Umfangsrichtung gerichtete Kraftstöße.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Drehmomentstützteil topfartig ausgeführt, wobei das Gehäuseteil des Sensors im Topfboden aufgenommen ist und am sich radial erstreckenden Topfboden sich eine axial erstreckende Topfwand anschließt, die in einen Topfkragen mündet, welcher sich in radialer Richtung erstreckt. Von Vorteil ist dabei, dass in Umfangsrichtung eine hohe Steifigkeit erreichbar ist im Gegensatz zur radialen und axialen Richtung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die zwischen Rotorwelle und Welle des Sensors angeordnete Kupplung eine kleinere Dämpfung und Elastizität in Umfangsrichtung auf als in radialer und/oder axialer Richtung. Von Vorteil ist dabei, dass die Messwerterfassung ungestört ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kupplung als Balgkupplung ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache kostengünstige Kupplung einsetzbar ist, die torsionssteif ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Balgkupplung einen zwischen Nabenabschnitten axial zwischengeordneten Balgabschnitt auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Materialien in den Abschnitten optimierbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Nabenabschnitte kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Balgabschnitt verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache kostengünstige Verbindung wählbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Balgabschnitt aus einem anderen Material wie die Nabenabschnitte gefertigt,
insbesondere wobei der Balgabschnitt aus Stahl oder Kunststoff gefertigt ist,
insbesondere wobei die Nabenabschnitte aus Aluminium oder Stahl gefertigt sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Torsionssteifigkeit erreichbar ist, wobei insgesamt ein möglichst geringes Trägheitsmoment erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist statt der Balgkupplung eine Kupplung verwendet, die zwischen den Nabenteilen, insbesondere Aluminium aufweisenden Nabenteilen, ein kunststoffteil aufweist, wobei zwischen einem jeweiligen Nabenteil und dem Kunststoffteil axial orientierte Stifte angeordnet sind, die in Ausnehmungen des Nabenteils und des Kunststoffteils stecken, also kraftschlüssig verbunden sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Welle des Sensors und der Kupplung ein Adapterteil angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass zur Welle des Sensors eine andere mechanische Schnittstelle als zur Rotorwelle oder zur Balgkupplung hin verwendbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Welle des Sensors einen konisch ausgeführten Abschnitt auf, an welchem die Welle des Sensors mit der Rotorwelle und/oder dem Adapterteil verbunden ist,
insbesondere wobei der Konuswinkel und die Materialien derart gewählt sind, dass eine selbsthemmende Verbindung hergestellt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfach herstellbare Verbindung einsetzbar ist, die die Messwerte im Wesentlichen ungestört überträgt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Elektromotor eine elektromagnetisch betätigbare Bremse auf, mit welcher die Rotorwelle des Elektromotors abbremsbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass hohe Kraftstöße beim Einfallen oder Lüften der Bremse einleitbar sind in die Rotorwelle und/oder übers Gehäuseteil des Motors an die Umgebung, ohne dass die Messwerterfassung gestört ist, insbesondere ein kritischer Beschleunigungswert des Sensors überschritten wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Nabenabschnitt der Kupplung mit der Rotorwelle und ein Nabenabschnitt der Kupplung mit der Welle des Sensors oder dem Adapterteil kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache kostengünstige Verbindungstechnik anwendbar ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein Schnitt durch den axialen Endbereich eines Elektromotors gezeigt, wobei ein Winkelsensor über eine Balgkupplung mit der Rotorwelle 1 verbunden ist und mittels eines Drehmomentstützteils 9 abgestützt ist.
In der 2 ist eine zugehörige Schrägansicht gezeigt.
In der 3 ist eine andere Schrägansicht auf den verbundenen Sensor gezeigt.
In der 4 ist eine Schrägansicht auf den Sensor gezeigt.
In der 5 ist das Drehmomentstützteil 9 näher gezeigt.
In der 6 ist die Balgkupplung in Schrägansicht gezeigt.
Die Rotorwelle 1 ist über zumindest ein Lager in einem Gehäuseteil 2 des Elektromotors gelagert. Am axialen Endbereich der Rotorwelle 1 ist eine Balgkupplung angeordnet, die mittels eines Nabenabschnitts 6 mit der Rotorwelle 1 kraftschlüssig verbunden ist. Der Nabenabschnitt 6 ist beispielhaft aus Aluminium ausgeführt und stoffschlüssig mit einem Balgabschnitt 5 verbunden, der auf seiner dem Nabenabschnitt 6 axial abgewandten Seite wiederum mit einem Nabenabschnitt 4 verbunden ist. Auch dieser Nabenabschnitt ist beispielhaft aus Aluminium ausgeführt.
Der Balgabschnitt 5 ist aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff ausführbar und mit den Nabenabschnitten (4, 6) stoffschlüssig verbunden.
Die Balgkupplung ist vorteiligerweise torsionssteif. Jedoch ist die Balgkupplung für axiale oder radiale Stöße elastisch ausgeführt.
Auf diese Weise wird also die Winkelstellung der Rotorwelle 1 ohne wesentliche Änderung an den Winkelsensor übertragen, axiale oder radiale Stöße werden jedoch stärker abgedämpft. Infolge des geringen Trägheitsmoments werden die Drehmomentstöße, also ruckartige Veränderungen in Umfangsrichtung, ebenfalls im Wesentlichen unverändert durchgeleitet.
Auf der von der Rotorwelle 1 abgewandten Seite der Balgkupplung ist diese mit ihrem Nabenabschnitt 6 kraftschlüssig mit einem Adapterteil 7 verbunden. Dieses ist wiederum auf der der Balgkupplung abgewandten axialen Seite mit der im Sensorgehäuse 8 gelagerten Welle des Sensors verbunden. Hierbei ist ein zylindrischer Wellenabschnitt 41 der Welle des Sensors in einer entsprechenden Bohrung im Adapterteil 7 aufgenommen, so dass die Welle gut geführt ist. Ein konischer Wellenabschnitt 40 ist in eine entsprechend konisch geformte Bohrung im Adapterteil 7 aufgenommen, wobei der Konuswinkel derart gewählt ist und auf das Material des Wellenabschnitts 40 zusammen mit dem Material des Adapterteils 7 abgestimmt ist, dass die Verbindung selbsthemmend ist. Dabei ist als Material jeweils vorzugsweise Stahl verwendet.
Das Gehäuseteil des Elektromotors ist mit einem Flansch 3 verbunden, der den axialen Endbereich des Motors abschließt. Das Sensorgehäuse 8 ist über ein Drehmomentstützteil 9 mit dem Flansch 3 verbunden. Dabei ist das Sensorgehäuse in eine mittig angeordnete Ausnehmung am Drehmoment eingefügt. Das Drehmomentstützteil 9 ist mittels Schrauben 20 mit dem Flansch 3 verbunden.
Das Drehmomentstützteil 9 ist aus einem Material gefertigt, welches elastischer als Aluminium ist und weniger elastisch als Gummi und/oder NBR oder Polyethylen.
Im Vergleich zu Aluminium ist also die Dämpfung stärker.
Das Drehmomentstützteil 9 ist topfartig ausgeführt, wobei durch die Ausformung radial und axial gerichtete Stöße abgedämpft werden. Hierzu ist die Topfform mit einem Kragen 52 versehen, durch welchem die axial ausgerichteten Schrauben 20 führen. Der Kragen 52 ist also in radialer Richtung aufgeweitet.
Der Topfboden 50 des Drehmomentstützteils 9 ist als geschlossene sich radial und in Umfangsrichtung erstreckende Fläche ausgeführt und somit torsionssteif. Die Topfwandung erstreckt sich in axialer Richtung.
Somit ist also ungefähr ein Z-förmiger Querschnitt des Drehmomentstützteils 9 vorhanden, der eine Abdämpfung von radialen und axialen Kraftstößen bewirkt.
Unter Winkelsensor wird auch ein Winkelgeschwindigkeitssensor verstanden.
Das Drehmomentstützteil 9 ist vorzugsweise im Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt.
Erfindungsgemäß ist also der Elektromotor mit einer elektromagnetisch betätigbaren Federdruckbremse ausführbar, so dass die beim Einfallen oder Lüften der Bremse entstehenden Kraftstöße in radialer, axialer und in Umfangs-Richtung die Bestimmung der Winkelstellung der Rotorwelle 1 durch den Sensor nur wenig oder gar nicht beeinflussen. Somit sind sogar Beschleunigungen bis über 100 oder 1000 g abfangbar. Denn die Balgkupplung dämpft die von der Rotorwelle auf die Welle des Sensors übertragenen Stöße und die Drehmomentstütze dämpft die vom Flansch 3 ans Sensorgehäuse übertragenen Stöße ab.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird statt einer Balgkupplung eine andere torsionssteife Kupplung eingesetzt, welche die axialen und/oder radialen Stöße stärker abdämpft als die Torsionsstöße, also Stöße in Umfangsrichtung.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Topfboden 50 nicht geschlossen ausgeführt sondern mit Speichen, so dass das Drehmoment vom Sensorgehäuse zum Flansch 3 über die Speichen des Drehmomentstützteils 9 geleitet wird. Die Speichen erstrecken sich dabei in radialer Richtung. Die Speichen sind in Umfangsrichtung vorzugsweise über mehr als 10° und weniger als 120° ausgedehnt. Die Speichen sind mit dem restlichen Drehmomentstützteil 9 einstückig ausgeformt.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind die Nabenabschnitte (4, 6) der Balgkupplung formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Rotorwelle 1 beziehungsweise mit der Welle des Sensors verbunden.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die Drehmomentstütze aus Federblech ausgeführt oder aus Gummi oder aus dem speziellen Kunststoff PEEK.
Bezugszeichenliste

1: Rotorwelle
2: Gehäuseteil
3: Flansch
4: Nabenabschnitt
5: Balgabschnitt
6: Nabenabschnitt
7: Adapterteil
8: Sensorgehäuse
9: Drehmomentstützteil
20: Schraube
40: konischer Wellenabschnitt
41: zylindrischer Wellenabschnitt
50: Topfboden
51: Topfwand
52: Topfkragen

Claims

Antriebsvorrichtung mit einem Elektromotor und einem Winkelsensor, wobei eine Rotorwelle des Elektromotors in einem Gehäuseteil des Elektromotors gelagert ist, wobei eine Welle des Sensors in einem Gehäuseteil des Sensors gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil des Sensors über ein Drehmomentstützteil an einem Gehäuseteil des Motors, insbesondere Flanschteil, welches mit einem ein Lager der Rotorwelle aufnehmenden Gehäuseteil verbunden ist, festgelegt und/oder verbunden ist, wobei das Drehmomentstützteil in Umfangsrichtung ein steiferes Übertragungsverhalten aufweist als in radialer und/oder axialer Richtung.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Welle des Sensors und der Rotorwelle eine Kupplung vorgesehen ist, welche in Umfangsrichtung ein steiferes Übertragungsverhalten aufweist als in radialer und/oder axialer Richtung.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentstützteil im Wesentlichen als Rotationskörper gefertigt ist.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentstützteil aus Federblech, Gummi, Kunststoff oder dem speziellen Kunststoff PEEK gefertigt ist und/oder dass das Drehmomentstützteil aus einem Material einstückig gefertigt ist, das eine höhere Elastizität und Dämpfung, insbesondere im Bereich akustischer Wellen zwischen 100 Hertz und 10 Kilo Hertz, aufweist als Aluminium und eine niedrigere Elastizität und Dämpfung, insbesondere im Bereich akustischer Wellen zwischen 100 Hertz und 10 Kilo Hertz, aufweist als Gummi oder Polyethylen.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentstützteil einen Z-förmigen, W-förmigen oder sickenförmigen oder mehrfach sickenförmigen Querschnitt aufweist.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentstützteil topfartig ausgeführt ist, wobei das Gehäuseteil des Sensors im Topfboden aufgenommen ist und am sich radial erstreckenden Topfboden sich eine axial erstreckende Topfwand anschließt, die in einen Topfkragen mündet, welcher sich in radialer Richtung erstreckt.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen Rotorwelle und Welle des Sensors angeordnete Kupplung eine kleinere Dämpfung und Elastizität in Umfangsrichtung aufweist als in radialer und/oder axialer Richtung.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung als Balgkupplung ausgeführt ist oder dass die Kupplung zwischen zwei Nabenteilen, insbesondere Aluminium aufweisenden Nabenteilen, ein Kunststoffteil aufweist, insbesondere wobei zwischen einem jeweiligen Nabenteil und dem Kunststoffteil axial orientierte Stifte zur Drehmomentübertragung angeordnet sind, die in Ausnehmungen des Nabenteils und des Kunststoffteils gesteckt sind, also jeweils kraftschlüssig verbunden sind.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Balgkupplung einen zwischen Nabenabschnitten axial zwischengeordneten Balgabschnitt aufweist.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenabschnitte stoffschlüssig mit dem Balgabschnitt verbunden sind.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Balgabschnitt aus einem anderen Material wie die Nabenabschnitte gefertigt ist, insbesondere wobei der Balgabschnitt aus Stahl oder Kunststoff gefertigt ist, insbesondere wobei die Nabenabschnitte aus Aluminium gefertigt sind.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Welle des Sensors und der Kupplung ein Adapterteil angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle des Sensors einen konisch ausgeführten Abschnitt aufweist, an welchem die Welle des Sensors mit der Rotorwelle und/oder dem Adapterteil verbunden ist, insbesondere wobei der Konuswinkel und die Materialien derart gewählt sind, dass eine selbsthemmende Verbindung hergestellt ist.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor eine elektromagnetisch betätigbare Bremse aufweist, mit welcher die Rotorwelle des Elektromotors abbremsbar ist.
Antriebsvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nabenabschnitt der Kupplung mit der Rotorwelle und ein Nabenabschnitt der Kupplung mit der Welle des Sensors oder dem Adapterteil kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist.