-
Die Erfindung betrifft einen Spindelmotor.
-
- Aus
- der DE 41 04 759 C2 ist ein
Spindelmotor bekannt, der in der Art eines Umkehrmotor aufgebaut
ist. Bei Stromausfall ist allerdings ein Drehen der Spindel nur
mit speziellem Werkzeug ausführbar.
Außerdem
sind nur Rollenlager zur Lagerung des Rotors verwendet, die keine
axialen Stützen
darstellen. Darüber
hinaus kann beim Herausdrehen der Spindel aus dem Gehäuse und
nachfolgendem Wieder-Hineindrehen ins Gehäuse Schmutz ins Gewinde der
Spindel gelangen. Die Spindelmutter stellt außerdem ein drehendes Teil dar,
vor dem Bedienpersonal nicht geschützt ist. Des Weiteren hat die
drehende Spindelmutter mit dem nicht drehenden Statorgehäuse, insbesondere
dem Ring 128, berührenden
Kontakt, was zu einem Reibmoment und einer Wärmeerzeugung führt.
-
Aus der Spalte 2, Zeilen 12 bis 15,
der
DE 36 32 285 C2 ist
eine Spindel bekannt, die einen Handgriff aufweist, der zum Drehen
mit der bloßen
Fand ausführbar
ist. Nachteiligerweise ist hierfür
ein zusätzliches
Teil vorgesehen, das zu einem größeren Trägheitsmoment
der Spindel führt.
Allerdings ist nicht angegeben, wie der Handgriff als Teil aufzubauen
ist. Vermutlich ist an die Art eines aufgesetzten Lenkrades oder
dergleichen gedacht.
-
Aus der
JP 06201015 A ist bekannt,
einen Fettspeicher in einer Spindel anzuordnen, aus dem nachteiligerweise
drehzahlabhängig
Schmierstoff in den Verzahnungsbereich gefördert wird.
-
Aus der
DE 2 312 236 A ist ein Schraubenmechanismus
bekannt, bei welchem ein Kolben einen Fettspeicher derart begrenzt,
dass bei Drehung der Spindel das Volumen des Fettspeichers derart verkleinert
wird, dass Fett durch Bohrungen zum Innen- und Außengewinde
strömt.
Allerdings muss der Schraubenmechanismus speziell, insbesondere
von Hand betrieben werden.
-
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 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch
7 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 Spindelmutter an einem axialen Ende aus
dem Gehäuse des
Spindelmotors hervorragt und eine Rändelung zur Erhöhung der
Griffigkeit aufweist, insbesondere damit ein Drehen der Spindel
mit bloßer
Hand ausführbar
wird.
-
Vorteil ist dabei das bessere Aufnehmen
von radialen Kräften
und/oder Belastungen. Außerdem ist
ein Austausch der Spindel mit Spindelmutter schnell, einfach und
unkompliziert durch Lösen
der Verbindungsschrauben von außen
mit einem einzigen Werkzeug ermöglicht.
-
Weiter ist von Vorteil, dass im Notfall,
beispielsweise Stromausfall, oder bei der Fertigung und Montage
die Spindelmotors, insbesondere nach Entfernung des Faltenbalgs,
von Hand drehbar ist. Somit ist die Spindel mittels Handbedienung
linear herausbewegbar. Insbesondere ist vorteilhafterweise 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 einer vorteilhaften Ausgestaltung
weist die Spindel einen Fettspeicher auf 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 der 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 versteckt
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 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.