DE10235078A1

DE10235078A1 - Spindelmotor

Info

Publication number: DE10235078A1
Application number: DE10235078A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Wolf; Gerhard Dittes
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: DE10235078B4

Abstract

Spindelmotor, umfassend einen Stator, einen Rotor, der als Hohlwelle ausgeführt ist oder einen Hohlwellenabschnitt aufweist, wobei in der Hohlwelle oder im Hohlwellenabschnitt eine Spindelmutter formschlüssig verbunden ist, und wobei die Spindelmutter ein Innengewinde umfasst, die mit dem Außengewinde einer innerhalb der Spindelmutter vorgesehenen Spindel derart zusammenwirkt, dass die Drehbewegung des Rotors in eine lineare Bewegung der Spindel umsetzbar ist, wobei die Spindel einen Fettspeicher aufweist zur Schmierung des Innengewindes und Außengewindes, wobei der Fettspeicher mittels mindestens einer Bohrung mit dem Berührbereich verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor.
Aus http://www.perma.de/Produkte/produkte.html sind Permadosen bekannt, die in Zeitabständen Schmierstoff abgeben.
Aus http://www.duering-gmbh.de/pdf/servozangen.pdf und http://www.duering-gmbh.de/dateien/pdf.html ist ein Spindelmotor bekannt, dessen Spindel mittels einer Permadose der Firma Permatec mit Schmierstoff versorgt wird. Dabei ist die Permadose mit Schläuchen und weiteren Komponenten mit dem Motor verbunden und gibt, von einer chemischen Reaktion gesteuert – in gewissen Zeitabständen Schmierstoff an den Motor ab. Der Motor weist kostspielige Bohrungen in seinem Gehäuse und/oder Flansch auf zur Durchleitung des Schmierstoffs. Diese Bohrungen sind als Durchgangs- und/oder Querbohrungen durch das Gehäuse oder den Flansch geführt. Weiter sind ausgefräste Umfangsrillen in der Welle um die Spindelmutter notwendig, weil der Schmierstoff um die nicht mitdrehende Spindelmutter gehalten werden muss. Die Spindelmutter selbst muss auch am Umfang an mehreren Stellen angebohrt sein, weil sie sich dreht und somit die Positionen der Bohrungen vom Flansch und von der Spindelmutter zueinander nicht statisch sondern veränderlich sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spindelmotor weiterzubilden, der kostengünstiger herzustellen und zu betreiben ist und eine höhere Dynamik aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Spindelmotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei der Spannvorrichtung sind, dass der Spindelmotor, einen Stator, einen Rotor, der als Hohlwelle ausgeführt ist und/oder einen Hohlwellenabschnitt aufweist, wobei in der Hohlwelle oder im Hohlwellenabschnitt eine Spindelmutter formschlüssig verbunden ist, und wobei die Spindelmutter ein Innengewinde umfasst, die mit dem Außengewinde einer innerhalb der Spindelmutter vorgesehenen Spindel derart zusammenwirkt, dass die Drehbewegung des Rotors in eine lineare Bewegung der Spindel umsetzbar ist, wobei die Spindel einen Fettspeicher aufweist zur Schmierung des Innengewindes und Außengewindes, wobei der Fettspeicher mittels mindestens einer Bohrung mit dem Berührbereich verbunden ist.
Vorteilhafterweise ist bei der Erfindung die Nachschmierung vollständig in den Spindelmotor integriert.
Es werden keine externen Nachschmiervorrichtungen, die im Folgenden als NSV bezeichnet werden, benötigt, wie beispielsweise Permadosen des Standes dder Technik oder dergleichen.
Vorteil ist bei der vorliegenden Erfindung auch, dass die interne NSV kein spezielles Volumen benötigt, sondern in die notwendigen Teile integriert ist, also sozusagen innen vesteckt angeordnet ist. Die nach Stand der Technik bekannten externen NSV dagegen benötigen viel Bauvolumen, bringen zusätzliche Störkanten mit sich, erfordern zusätzliche Leitungen für Schmierstoff, erhöhen die Masse und das Gewicht der gesamten Anordnung. Außerdem wird die Schmierstoffmenge durch chemische Reaktionen gesteuert, die unabhängig von der wirklichen Anforderung der Anwendung, also der Betriebsart, Betriebsweise und Betriebshäufigkeit, funktionieren.
Bei der vorliegenden Erfindung ist auch die Masse der Spindel kleiner als beim Stand der Technik, da die Spindel nun Bohrungen und Fettspeicher aufweist. Die Stabilität bleibe dabei gleich, die Masse und damit auch das Trägheitsmoment der Spindel sinken, wodurch eine höhere Dynamik bei gleicher Leistung erreichbar wird.
Weiterhin sind bei der Erfindung keine zusätzlichen Teile oder Zubehör notwendig. Das Fett wird in der Spindel gehalten. Weitere Behälter, insbesondere externe, entfallen daher. Die Spindel selbst hat also auch die Funktion eines Behälters.
Beim Stand der Technik notwendige Schläuche und Schmiernippel oder Schmieranschlüsse werden auch nicht mehr gebraucht, da das Fett direkt vor Ort ist. Darüber hinaus sind bei der vorliegenden Erfindung die Wege vom Fettspeicher zum Gewindebereich kürzer und somit ist die Fettmenge auf das Notwendige reduzierbar. Daher sind auch die Beschaffungskosten und das Gewicht reduzierbar, was besonders in Schweißroboteranwendungen große Vorteile mit sich bringt. Des Weiteren wird die Fettmenge direkt in den Gewindebereich geführt, weshalb eine viel kleinere Fettmenge benötigt wird.
Vorteiligerweise wird auch die Fertigung der Motorteile kostengünstiger, da lediglich Bohrungen in der Spindel notwendig sind. Der Fettspeicher ist ebenfalls mittels Bohren herstellbar.
Das nach Stand der Technik notwendige Abdichten des Schmierstoffweges vom Fettbehälter, beispielsweise von der Permadose, bis zur Spindel ist nicht mehr notwendig. Somit ist die Erfindung wartungsfreundlicher und zuverlässiger als die nach Stand der Technik bekannten Anordnungen.
Weiter ist von Vorteil, dass eine Steuerung und/oder Regelung der Schmierung einsetzbar ist, die insbesondere vorsieht, wann und wieviel Schmierstoff in den Gewindebereich der Spindel eingebracht werden soll. Die Nachschmierung ist also wunschgemäß ausführbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Spindel eine Längsbohrung und mindestens eine angeschlossene Querbohrung zur Verbindung des Fettspeichers mit dem Berührbereich auf. Von Vorteil ist dabei, dass der Fettspeicher und der Gewindebereich mittels sehr kurzer Wege verbunden sind und somit nur eine geringe Fettmenge in der Vorrichtung insgesamt notwendig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Fettspeicher von einem bewegbar angeordneten Kolben derart begrenzt, dass bei Anfahren von gewissen Linearpositionen der Spindel der Kolben derart das Volumen des Fettspeichers verkleinert, dass Fett durch die Bohrungen zu dem Innen- und Außengewinde strömt. Von Vorteil ist dabei, dass mittels des von einer Steuerung gesteuerten Anfahrens von Positionen die Schmierung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird an zeitlich aufeinander folgenden Zeitpunkten zur Schmierung eine Folge von Linearpositionen der Spindel angefahren, wobei die Linearpositionswerte der Folge monoton steigen. Von Vorteil ist dabei, dass der Fettspeicher in steuerbarer vorhersehbarer Weise wunschgemäß entleerbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung hat die innerhalb der Folge nächst-nachfolgende Linearposition immer denselben konstanten Abstand zu der vorangegangenen. Von Vorteil ist dabei, dass immer die selbe Fettmenge abgebbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden

– die Zeitpunkte aus der Anzahl der Linear-Bewegungen der Spindel in positiver Richtung bestimmt oder
– die Zeitpunkte werden aus der Gesamtlänge der Linear-Bewegungen der Spindel bestimmt oder
– die Zeitpunkte sind in zeitlich konstantem Abstand, insbesondere jeweils 2 Wochen, vorgesehen.

Von Vorteil ist dabei, dass diese Methoden sogar kombinierbar sind und somit eine große Vielfalt von Möglichkeiten der Nachschmierungsweise besteht, die an die jeweilige Anwendung anpassbar ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

1: Gleitbuchse
2: Signalstecker
3: Resolverwelle
4: Leistungsstecker
5: Fettspeicher
6: Spindel
7: Längsbohrung
8: Hohlwellen-Rotor
9: Wicklungskopf des Statorpaket
10: Querbohrung
11: Spindelmutter
12: Faltenbalg
13: Rändelung
14: Gelenkkopf
15: Flansch
16: Kolben
17: Kolbenstift
18: Blechpaket
19: A-seitiges Lager
20: B-seitiges Lager
21: Kontermutter
22: Anlaufscheibe
23: Gewindezapfen
24: Verbindungsschrauben

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Spindelmotor schematisch gezeigt.
Der Spindelmotor umfasst dabei einen Stator, bestehend aus einem Blechpaket 18 und dem zugehörigen Wicklungskopf 9 des Statorpakets. Der Rotor 8 ist als Hohlwelle ausgeführt, wobei der Rotor in einem A-seitigen Lager 19 und einem B-seitigen Lager 20 gelagert ist. Mit dem Rotor ist eine Spindelmutter 11 formschlüssig mit Verbindungsschrauben 24 verbunden.
B-seitig ist eine Bremse und ein eine Resolverwelle 3 umfassender Resolver zur Winkelpositionsbestimmung an den Rotor 8 angeschlossen. Die zugehörigen Signalleitungen des Resolvers führen zum Signalstecker 2, in welchen auch Leitungen eines mit den Statorwicklungen wärmeleitend verbundenen Temperatursensors führen. Die Versorgungsleitungen der Bremse und die zum Stator führenden Leitungen sind in den Leistungsstecker 4 hineingeführt.
Die Spindelmutter 11 weist ein Innengewinde auf, mit dem das Außengewinde einer innerhalb der Spindelmutter 11 und des Rotors 8 vorgesehenen Spindel 6 im Eingriff steht, insbesondere über viele kleine Kugeln, die zwischen Innen- und Außengewinde angeordnet sind. Somit wird die Drehbewegung des Rotors in eine lineare Bewegung der Spindel umsetzbar und mit der Spindel sind Linearpositionen anfahrbar.
Die Spindel weist einen Fettspeicher 5 und eine sich an diesen anschließende Längsbohrung 7 auf. Weiter sind mehrere Querbohrungen mit der Längsbohrung verbunden, wobei die Querbohrungen im Bereich des Außengewindes der Spindel 6 herausführen, insbesondere jeweils in einem Zahngrund des Außengewindes.
Zur B-seitigen Berandung des Fettvolumens im Fettspeicher 5 ist ein bewegbarer Kolben 16 mit einem fest mit diesem verbundenen Kolbenstift 17 vorgesehen. Bei Anfahren des B-seitigen Anschlagbereiches berührt der Kolbenstift 17 die Resolverwelle 3, wodurch eine gewisse Menge Fett durch die Bohrungen in den Gewindebereich der Spindel 6 gedrückt wird. Auf diese Weise sind also Innengewinde der Spindelmutter 11 und Außengewinde der Spindel 6 schmierbar.
Das Anfahren ist hochpräzise ausführbar und wird von der elektronischen Steuerung und/oder Regelung des Spindelmotors bewirkt. Diese Steuerung ist programmierbar und kann daher eine definierte Folge von anzufahrenden Linearpositionen der Spindel 6 vorgeben.
Vorteilhaft wird die Steurung derart programmiert, dass an zeitlich aufeinander folgenden Zeitpunkten zur Schmierung eine Folge von Linearpositionen der Spindel angefahren wird, wobei die Linearpositionswerte der Folge monoton steigen. Somit wird bei jedem dieser Zeitpunkte eine Menge an Fett abgegeben. Wenn die innerhalb der Folge nächstnachfolgende Linearposition immer denselben konstanten Abstand hat zu der vorangegangenen, ist im Wesentlichen immer dieselbe Menge an Fett abgebbar, solange der Fettspeicher noch Vorrat an Fett aufweist.
Da unter Umständen auch bei an Fett entleertem, noch mit Luft gefülltem Fettspeicher beim Anfahren der Kolben den Luftdruck im Fettspeicher erhöhen kann, ist sogar das Fett in den Bohrungen zumindest teilweise noch zum Schmieren abgebbar.
Die genannten Zeitpunkte sind nach verschiedenen Bedingungen bestimmbar, die je nach Anwendung anders auslegbar sind. Beispielsweise werden

– die Zeitpunkte aus der Anzahl der Linear-Bewegungen oder Hübe der Spindel bestimmt oder
– die Zeitpunkte werden aus der gefahrene Gesamtlänge der Linear-Bewegungen der Spindel bestimmt oder
– die Zeitpunkte werden in zeitlich konstantem Abstand, beispielsweise jeweils zwei Wochen, vorgesehen.

Bei notwendig Werden der Nachschmierung wird die Spindel von der Steuerung auf eine Linearposition gefahren, bei der der Kolben sich an einem axial nicht bewegendem Teil abstüzt. Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist dies die Resolverwelle 3.
Beim nächsten Nachschmiervorgang wird die Spindel 6 auf eine um einen kleinen Betrag weiter außen liegende Linearposition gefahren, sodass der Kolben 16 eine kleine Menge des Fettes des Fettspeichers durch die Bohrungen in der Spindel direkt in den Eingriffsbereich der Spindel 6 und Spindelmutter 11 herausdrückt. Die Fettmenge verteilt sich automatisch durch das anschließende Verfahren der Spindel 6.
Den Vorgang muss man erst dann wiederholen, wenn die Nachschmierung wieder notwendig ist. Dieser Zeitpunkt ist gemäß Programm der Steuerung vorsehbar und einprogrammierbar. Eine Steuerung ist für den Spindelmotor immer vorhanden. Somit ist der zusätzliche Aufwand für die Ausführung der Nachschmierung auf Programmierungen beschränkt.
Die Nachschmierung ist mittels der Steuerung beispielsweise derart vorsehbar und auslösbar, dass sie nach zeitlichen Abständen, wie beispielsweise nach jeder zweiten Woche oder einer entsprechenden Betriebszeit, erfolgt.
Alternativ ist die Nachschmierung auch ab einer kritischen Anzahl von abgeleisteten Hüben ausführbar, wobei diese Anzahl beispielsweise 200.000 beträgt. Der Motor wird jedesmal auf eine, um einen minimalen Betrag, wie beispielhaft 0,05 mm weiter liegende Position gefahren, wobei dies von der genannten Steuerung problemlos und hochpräzise ausführbar ist.
Somit ist bei dem zweiwöchentlichen Nachschmieren bei einer Länge des Fettspeichers von 5mm und einer relativen Distanz der jeweils nachfolgenden Nachschmierposition zur vorangegangenen von 0,05 mm die Fettreserve für 3,8 Jahre ausreichend.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind wesentlich größere Reserven und somit zeitliche Reichweiten vorsehbar, indem andere Dimensionierungen bei der Konstruktion ausgeführt werden.
Der Spindelmotor weist zum Anschluss der jeweiligen Anwendung A-seitig einen Gelenkkopf 14 und B-seitig eine Gleitbuchse 1 auf. Beispielsweise ist somit der Spindelmotor bei einem Schweißzangenroboter vorteilhaft verwendbar. Der Gelenkkopf 14 weist einen Gewindezapfen 23 auf, der in die Spindel 6 hineingeschraubt ist.
Der Faltenbalg 12 dient zum Schutz und Abdichten gegen Verschmutzung und ist einerseits am Flansch 15 und andererseits an der Kontermutter 21 befestigt. Diese Kontermutter 21 ist mit einer Anlaufscheibe 22 aus Kunststoff oder anderen Werkstoffen mit entsprechenden Gleiteigenschaften verbunden, die bei einem bei Fehlbedienung auftretendem Anfahren an den A-seitigen Anschlag ein Festlaufen der Spindelmutter 11 an der Kontermutter 21 verhindert.
Die Spindelmutter ist nach außen derart verlängert und an ihrem A-seitigen, nach außen führenden Endbereich mit einer Rändelung 13 derart ausgeführt, dass im Notfall, beispielsweise Stromausfall, oder bei der Fertigung und Montage die Spindelmotors, insbesondere nach Entfernung des Faltenbalgs 12, von Hand drehbar ist. Somit ist die Spindel 6 mittels Handbedienung linear herausbewegbar. Insbesondere ist bei der Programmierung eines Roboters während des Anlernbetriebs eine Handverstellung der Spindel ausführbar und somit vorteilhafterweise beim Anlernbetrieb kein weiteres Werkzeug oder Betriebsmittel notwendig.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Rotor nicht ganz als Hohlwelle ausgeführt sondern weist nur einen Hohlwellenabschnitt, insbesondere als Sacklochbohrung, auf, wobei dann die Spindelmutter in diesem vorgesehen ist.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist statt Fett ein anderer Schmierstoff vorgesehen. Das Wort Fett der vorliegenden Schrift soll daher immer auch andere Schmierstoffe umfassen, insbesondere Schmierfette, Fließfett, Öle, Schmieröle und alle im Maschinenbau üblichen Schmierstoffe.
Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind statt des Kugelgewindetriebs der 1 ein Planetenrollengewindetrieb oder andere Gewindetriebe verwendbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Spindelmotor als Gleichstrom-, Synchron-, Servo-, Asynchron- oder Reluktanzmotor ausgeführt.

Claims

Spindelmotor, umfassend einen Stator, einen Rotor, der als Hohlwelle ausgeführt ist und/oder einen Hohlwellenabschnitt aufweist, wobei in der Hohlwelle oder im Hohlwellenabschnitt eine Spindelmutter formschlüssig verbunden ist, und wobei die Spindelmutter ein Innengewinde umfasst, die mit dem Außengewinde einer innerhalb der Spindelmutter vorgesehenen Spindel direkt oder indirekt derart zusammenwirkt, dass die Drehbewegung des Rotors in eine lineare Bewegung der Spindel umsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel einen Fettspeicher umfasst zur Schmierung des Innengewindes und Außengewindes, wobei der Fettspeicher mit mindestens einer Bohrung verbunden ist, die im Bereich des Außengewindes der Spindel endet.
Spindelmotor nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel eine Längsbohrung und mindestens eine angeschlossene Querbohrung zur Verbindung des Fettspeichers mit dem Berührbereich aufweist.
Spindelmotor nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung mittels Verbindungsschrauben vorgesehen ist.
Spindelmotor nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fettspeicher von einem bewegbar angeordneten Kolben derart begrenzt wird, dass bei Anfahren von gewissen Linearpositionen der Spindel der Kolben derart das Volumen des Fettspeichers verkleinert wird, dass Fett durch die Bohrungen zu dem Innen- und Außengewinde strömt.
Spindelmotor nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fettspeicher mit mindestens einer Bohrung verbunden ist, die in demjenigen Bereich des Außengewindes der Spindel endet, welcher innerhalb des Bereiches des Innengewindes der Spindelmutter liegt, wenn die Spindel auf eine erste Linearposition gefahren ist.
Spindelmotor nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben der Spindel oder ein mit ihm fest verbundenes Teil einen Anschlag berührt, wenn die Spindel auf die erste Linearposition gefahren ist.
Verfahren zum Betrieb eines Spindelmotors nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zeitlich aufeinander folgenden Zeitpunkten zur Schmierung eine Folge von Linearpositionen mit der Spindel angefahren werden, wobei die Linearpositionswerte der Folge monoton steigen.
Verfahren nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Folge nächst-nachfolgende Linearposition immer denselben konstanten Abstand hat zu der vorangegangenen.
Verfahren nach mindesten einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Zeitpunkte aus der Anzahl der Linear-Bewegungen der Spindel in positiver Richtung bestimmt wird oder – die Zeitpunkte aus der Gesamtlänge der Linear-Bewegungen der Spindel bestimmt werden oder – die Zeitpunkte in zeitlich konstantem Abstand, insbesondere jeweils 2 Wochen, vorgesehen sind.