DE10335694A1

DE10335694A1 - Antriebseinheit

Info

Publication number: DE10335694A1
Application number: DE2003135694
Authority: DE
Inventors: Georg Zander
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2005-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, die einen Elektromotor mit einem Rotor (1) und einem Stator (2) umfasst. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass der Rotor als Spindelmutter eines Gewindetriebes (5) ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, die einen Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator umfasst.
Bei elektrischen Vorschubantrieben für lineare Achsbewegungen unterscheidet man grundsätzlich zwischen zwei Systemen.

1. Antrieb über einen Motor, der eine Rotationsbewegung erzeugt, die über einen Gewindetrieb in eine lineare Bewegung gewandelt wird
2. Direktantrieb über einen Linearmotor.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem mit Motor und Gewindetrieb.
Für Vorschubantriebe mit Gewindetrieb und Motor sind drei verschiedene Anordnungen von Motor und Gewindetrieb bekannt.
Zum einen ist der Antrieb mit rotierender Spindel bekannt, der in 2 dargestellt ist. Der Antrieb ist mit dem festen Maschinengestell 7 verbunden und bewegt den Teil 12. Ebenso kann Teil 12 fest sein, und der Motor bewegt Teil 7.
Der Antrieb besteht aus den Elementen:
Elektromotor mit Motorgehäuse 4, Rotor 1, Stator 2, Encoder zur Erfassung der Rotorlage 3 und Rotorlagerung 10
Kupplung 13
Lagerung des Gewindetriebes 6
Gewindetrieb mit Spindel 5 und Spindelmutter 11.
Anstelle der Kupplung kann sich zwischen Motor und Gewindetrieb auch ein Getriebe befinden, wenn z.B. aus Platzgründen der Motor nicht in einer Flucht mit dem Gewindetrieb eingebaut werden kann oder eine zusätzliche Übersetzung erforderlich ist.
Des Weiteren ist der Antrieb mit rotierender Spindelmutter bekannt, der mit 3 gezeigt wird. Um Schwingungen der Spindel durch hohe Drehzahlen zu vermeiden, werden Antriebssysteme mit rotierender Spindelmutter gebaut.
Dabei ist der Motor 14 mit einem Teil des Maschinengestells 7 und die Spindel 5 fest mit dem anderen Teil der Maschine verbunden. Es wird Teil 7 gegenüber der Spindel 5 bewegt oder umgekehrt.
Die Übertragung der Bewegung auf die Spindelmutter 11, die mit 6 drehbar in dem festen Maschinengestell 7 gelagert ist, erfolgt über ein Getriebe, das im dargestellten Beispiel aus einem Ritzel auf der Motorwelle 15, einem Zahnriemen 16 und einem mit der Spindelmutter verbundenen Riemenrad 17 besteht.
Die beiden bisher dargestellten Bauformen sind seit längerem bekannt. Ihre Funktion und Wirkungsweise ist beispielsweise in Manfred Weck, Werkzeugmaschinen, Band 3, Verlag Springer Berlin, VDI 2001 beschrieben.
Beide Systeme haben den Nachteil, dass die erreichbare lineare Beschleunigung des bewegten Maschinenteils durch die Massenträgheit der rotierenden Teile des Antriebsystems begrenzt wird. Außerdem wirkt sich die Elastizität in der Verbindung zwischen Motor und Gewindetrieb durch Getriebe oder Kupplungen negativ auf die Steifigkeit des Antriebsystem aus, was zu Schwingungen im Antrieb führen kann.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde in letzter Zeit das in der 4 dargestellte Antriebsystem entwickelt, bei dem der Rotor 1 des Elektromotors als Hohlwelle ausgeführt ist und die Spindelmutter 11 direkt mit dem Rotor verbunden ist (Hohlwellenmotor mit angeflanschter Spindelmutter). Der Rotor ist über die Lagerung 6 drehbar in dem Maschinengestell 7 gelagert, der andere Maschinenteil wird fest mit der Spindel 5 verbunden. Das System ist mit seinen Details in der Druckschrift RD 83 315/2001-09 Rev. 4 „Star-Kugelgewindetriebe mit Hohlwellenmotor, Bosch-Rexroth AG, beschrieben.
Auch die beschriebene neueste Entwicklung stellt noch nicht das Optimum dessen dar, was man sich hinsichtlich der Minimierung der rotatorischen Trägheitsmassen eines Vorschubantriebes vorstellen kann.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit mit minimalen rotatorischen Trägheitsmassen bei hoher Steifigkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit der Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Kern der Erfindung ist, dass der Rotor als Spindelmutter eines Gewindetriebes ausgeführt ist. Der erfindungsgemäße Antrieb, der Spindeldirektantrieb, erfüllt alle Vorzüge hinsichtlich minimaler rotatorischer Trägheitsmassen und maximaler Steifigkeit.

Das elektrische Antriebssystem dient für lineare Achsbewegungen, welches vorzugsweise in Werkzeugmaschinen aber auch in der Fördertechnik oder anderen technischen Anwendungsbereichen zu finden ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend erläutert. Es zeigen:
1 einen Spindeldirektantrieb nach der Erfindung;
2 einen Antrieb mit rotierender Spindel nach dem Stand der Technik;
3 einen Antrieb mit rotierender Spindelmutter nach dem Stand der Technik;
4 einen Hohlwellenmotor mit angeflanschter Spindelmutter nach dem Stand der Technik.
Der in 1 gezeigte Elektromotor, bestehend aus den Teilen Rotor 1, Stator 2, Encodersystem zur Lageerfassung 3 und Gehäuse 4 ist so ausgeführt, dass der Rotor des Motors als Spindelmutter eines Gewindetriebes mit der Spindel 5 ausgeführt ist. Bei dem in der 1 dargestellten Synchronmotor werden die Permanentmagnete 8 des Rotors direkt oder mit einem Zwischenträger auf der Spindelmutter befestigt, z. B. geklebt, wobei die Spindelmutter innerhalb des Motorgehäuses angeordnet ist.
Der Drehgeber zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeiten wird ebenfalls direkt auf der Spindelmutter befestigt, und über die Abtasteinheit 9 werden Rotorlage und Rotordrehzahl erfasst.
Mit dem Lager 6, das mit seinem Innenring ebenfalls direkt auf der Spindelmutter befestigt ist, wird die Einheit im Maschinenteil 7 gelagert. Das andere Maschinenteil wird fest mit der Spindel 5 verbunden.
Durch die direkte Anordnung des Rotors und aller anderen rotierenden Elemente unmittelbar auf der Spindelmutter wird das rotatorische Trägheitsmoment minimiert.
Da sämtliche Verbindungs- oder Übertragungselemente zwischen dem Rotor des Elektromotors und der Spindelmutter fehlen, wird eine optimale Steifigkeit des Antriebs erreicht.
Die Integration der Lagerung 6 in den Motor reduziert die Elemente des Antriebs auf ein Minimum.
Dadurch können neben den verbesserten technischen Eigenschaften auch die Kosten reduziert werden.

Claims

Antriebseinheit, die einen Elektromotor mit einem Rotor (1) und einem Stator (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor als Spindelmutter eines Gewindetriebes (5) ausgeführt ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindetrieb als Kugelgewindetrieb ausgeführt ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor als elektrischer Synchronmotor ausgeführt ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) des Motors sich über eine Lagerung (6) gegen ein Maschinenteil abstützt, gegenüber dem die Spindel (5) verschiebbar ist.