DE10337529A1

DE10337529A1 - Trommelmotor

Info

Publication number: DE10337529A1
Application number: DE10337529A
Authority: DE
Inventors: Thomas Engel
Original assignee: RULMECA FAA GmbH
Current assignee: RULMECA FAA GmbH
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-08-14
Publication date: 2005-01-13

Abstract

Ein Trommelmotor (10) ist mit einer Antriebseinrichtung (12), einem von der Antriebseinrichtung (12) angetriebenen Getriebe (14) und einer von dem Getriebe (14) angetriebenen Abtriebseinrichtung (16) versehen. Um einen Trommelmotor (10) zu schaffen, bei dem die Vorteile einer kompakten Baueinheit weiterhin beibehalten sind, der aber zugleich vielfältiger zu steuern ist, ist die Antriebseinrichtung (12) als ein mit Permanentmagneten (42) versehener, permanent erregter Gleichstrommotor (34) gestaltet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Trommelmotor mit einer Antriebseinrichtung, einem von der Antriebseinrichtung angetriebenen Getriebe und einer von dem Getriebe angetriebenen Abtriebseinrichtung. Ferner betrifft die Erfindung eine Fördereinrichtung mit einem derartigen Trommelmotor. Demnach bezieht sich die Erfindung auf einen Trommelmotor zum Einsatz für Förderaufgaben allgemein.
Trommelmotoren sind kompakte Antriebe für Fördereinrichtungen, wie beispielsweise Förderbänder, und vereinen in sich ein Getriebe und eine Antriebseinrichtung. Das Drehmoment der Antriebseinrichtung wird von dem Gebtriebe auf ein Trommelgehäuse übertragen, das seinerseits zum Antreiben eines Fördergurtes des Förderbandes dient.

Aus WO 99/18369 ist ein solcher Trommelmotor mit einem Abtriebseinrichtung in Form eines Trommelgehäuses, einem die Abtriebseinrichtung antreibenden Getriebe und einer das Getriebe treibenden Antriebseinrichtung bekannt.

Trommelmotoren sind grundsätzlich seit Jahrzehnten bekannt. Für sie werden bisher als Antriebsmittel Drehstromasynchronmotoren oder Hydraulikmotoren eingesetzt. Aufgrund des bisherigen Standes der Technik sind bei derartigen Antriebsmitteln physikalische Grenzen bei der Wärmeabfuhr im Trommelmotor erreicht. Daher resultiert eine begrenzte umsetzbare Leistung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fördereinrichtung mit einem Trommelmotor zu schaffen, bei dem die Vorteile einer kompakten Baueinheit weiterhin beibehalten sind, der aber zugleich vielfältiger zu steuern und damit flexibler einzusetzen ist. Damit die Anforderungen heutiger moderner automatisierter Produktionsprozesse erfüllt werden können, sind insbesondere sogenannte "intelligente Antriebe" notwendig, die sich nahezu uneingeschränkt regeln lassen.

Die Aufgabe ist mit einem Trommelmotor gemäß Anspruch 1, einer Fördereinrichtung gemäß Anspruch 9 sowie einer Verwendung eines permanent erregten Gleichstrommotors gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Erfindungsgemäß ist der Trommelmotor einer Fördereinrichtung mit einem Gleichstrommotor ausgerüstet, der mit Permanentmagneten versehen und permanent erregbar ist. Ein derartiger permanent erregter Gleichstrommotor kann sehr präzise und vielfältig geregelt und schnell an bestehende Leistungs- und Drehzahlanforderungen angepasst werden. Der Trommelmotor läßt sich insbesondere bei voller Belastung gut regeln. Bei entsprechender Gestaltung des Gleichstrommotors kann dieser zugleich als kompakte Baueinheit zusammen mit einem Getriebe und einem Trommelgehäuse verbaut sein.

Permanent erregte Gleichstrommotoren sind zwar grundsätzlich seit längerem bekannt, jedoch sind solche Motoren bisher nur dort eingesetzt worden, wo niedrige Leistungen gefordert waren. So wurden permanent erregte Gleichstrommotoren beispielsweise für kleine Stellantriebe oder Lüftermotoren verwendet. Trommelmotoren benötigen jedoch erheblich höhere Leistungen, die in der Regel mehr als 5,5 kW betragen.

Es bestand demnach bisher ein Vorurteil, dass permanent erregte Gleichstrommotoren nicht für hohe Leistungen verwendet werden können. Ein Grund für dieses Vorurteil liegt darin, dass permanent erregte Gleichstrommotoren in der Herstellung sehr aufwendig und in weiten Teilen noch in Handarbeit herzustellen sind. So müssen z.B. die vielen Permanentmagnete eines solchen Gleichstrommotors von Hand justiert werden.

Die Erfindung überwindet das oben genannte Vorurteil und macht sich den Umstand zunutze, daß die durch die verbesserte Regelung erzielten Vorteile die Kostennachteile bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Trommelmotors überwiegen. Insgesamt ist für den Betreiber des erfindungsgemäßen Trommelmotors eine vielfältig nutzbare und über den Betriebszeitraum betrachtet besonders kostengünstige Lösung geschaffen.

Der erfindungsgemäße Trommelmotor weist darüber hinaus den Vorteil auf, daß sein Gleichstrommotor als Bremse genutzt und in jedem beliebigen Drehlage angehalten werden kann. Auf den Einsatz einer Betriebsbremse oder Rücklaufsperre kann daher unter Umständen verzichtet werden. Ferner mit dem erfindungsgemäßen Gleichstrommotor in gewissen Grenzen ein U-Quadranten-Betrieb möglich.

Die erfindungsgemäße Kombination eines permanent erregten Gleichstrommotors mit einer Fördereinrichtung gewährleistet über einen großen Drehzahlbereich eine hohe Dynamik und zugleich ein genau definiertes Drehmoment. Das gewünschte Drehmoment kann für jeden Motortyp spezifiziert werden.

Bisher konnten mit dem Einsatz von Asynchronmaschinen für einen bestimmten Trommeldurchmesser nur begrenzte Leistungen bereitgestellt werden. thermische Grenzen standen einer Leistungserhöhung entgegen. Der erfindungsgemäße permanent erregte Gleichstrommotor weist einen vergleichsweise hohen bzw. besseren Wirkungsgrand auf. Daher können erfindungsgemäß für einen bestimmten Trommeldurchmesser höhere Leistungen erzielt werden.

Durch die besondere Gestaltung des erfindungsgemäßen Trommelmotors wurde die Möglichkeit geschaffen, statt der bisher gebräuchlichen Antriebe (z.B. Asynchronmaschinen) einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor mit Permanenterregung (PM-Motor) einzusetzen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Trommelmotors sind die Permanentmagnete an einem Rotor des permanent erregten Gleichstrommotors angeordnet. Ein derartiger Gleichstrommotor erfordert keine Stromdurchführung zu dem sich drehenden Rotor. Der Gleichstrommotor kann daher verhältnismäßig kostengünstig hergestellt und wartungsarm betrieben werden.

Um eine besonders präzise Regelung des erfindungsgemäßen Trommelmotors zu ermöglichen, ist dessen permanent erregter Gleichstrommotor vorteilhaft mit einem Geber zum Melden der Position des Rotors versehen. Mit einem derartigen System mit Rotorlagenrückführung können in bestimmtem Umfang Positionierungsaufgaben erfüllt werden.

Der erfindungsgemäße permanent erregte Gleichstrommotor ist ferner vorteilhaft mit einem Stator versehen, der mit einer vorzugsweise 6-poligen Statorwicklung ausgebildet ist.

Ein derartiger Stator kann während des Betriebs des Trommelmotors vorteilhaft von einem Servoumrichter zum wahlweisen Bestromen angesteuert werden, wobei die Steuerung insbesondere auf Basis der vom Geber gemeldeten Position des Rotors erfolgen kann.

Alternativ kann der erfindungsgemäße Trommelmotor mit einem permanent erregten Gleichstrommotor gestaltet sein, der mit einem speziell angepassten Servoumrichter als geberloser Motor ausgebildet ist. Eine solche Ausführungsform ist besonders bevorzugt, da sie sehr kostengünstig ist.

Zum Treiben eines Fördergurtes oder Treibriemens der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung ist vorteilhaft die Abtriebseinrichtung mit einem Trommelgehäuse ausgebildet, an dem unmittelbar ein Treibriemens der Fördereinrichtung auf- bzw. angelegt wird.

Ferner ist der Stator des erfindungsgemäßen permanent erregten Gleichstrommotors vorteilhaft an mindestens einem, insbesondere an zwei feststehenden Achszapfen abgestützt. Auf diese Weise kann eine besonders kompakte Ausführungsform geschaffen werden.

Schließlich ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung gemäß der Erfindung der permanent erregte Gleichstrommotor als sogenannter offener Einbaumotor gestaltet, bei dem ein Kühlmedium direkt über eine Wicklung des Gleichstrommotors geleitet wird. Aus dieser Gestaltung ergibt sich zwar die Notwendigkeit, daß wichtige Einbauteile des Gleichstrommotors dem Kühlmedium stand halten müssen, doch wird dieser Umstand durch die Vorteile einer erhöhten Wärmeabfuhr und damit einer resultierenden erhöhten umsetzbaren Leistung mehr als aufgewogen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Trommelmotors anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Trommelmotors und
2 den Schnitt II-II in 1.
In 1 ist ein Trommelmotor 10 im Längsschnitt veranschaulicht. Der Trommelmotor 10 ist mit einer Antriebseinrichtung 12 in Form eines Elektromotors, mit einem Getriebe 14 und mit einer Abtriebseinrichtung 16 zum Treiben eines nicht dargestellten Treibriemens einer Fördereinrichtung bzw. eines Förderbandes gestaltet. Die Baugruppen 12, 14 und 16 sind längs einer Achse 18 angeordnet.
Die Antriebseinrichtung 12 weist zwei feststehende Achszapfen 20 auf, die an den axial äußeren Enden längs der Achse 18 angeordnet sind. Zwischen den Achszapfen 20 befindet sich ein im wesentlichen zylindrisches Innengehäuse 22, das mit den Achszapfen 20 drehfest verbunden ist. Die Antriebseinrichtung 12 weist somit eine feststehende Achse auf, die aus den Achszapfen 20 sowie dem Innengehäuse 22 – also dem feststehenden Teil der Antriebseinrichtung 16 sowie des Getriebes 14 – gebildet ist.
In dem Innengehäuse 22 erstrecken sich vertikal zur Achse 18 zwei Scheiben 24 und 26, die mit dem Innengehäuse 22 drehfest verbunden sind und in deren Zentrum sich jeweils ein Lager 28 bzw. 30 befindet. Das bezogen auf 1 linke Lager 28 ist als Festlager mit Kugeln als Wälzkörper und das bezogen auf 1 rechte Lager als Loslager mit Rollen gestaltet.
Zwischen den beiden Lagern 28 und 30 erstreckt sich ein Rotor 32 eines permanent erregten Gleichstrommotors 34. Der Rotor 32 ist mit einer Motorwelle 36 gestaltet, die in den Lagern 28 und 30 drehbar gelagert ist, die das Lager 28 durchsetzt und die an dem zugehörigen Endbereich außen einen gezahnten Abschnitt 36a aufweist.
Die Motorwelle 36 ist von einem Rotoreisenpaket 38 umgeben, in dem sechs, über den Umfang der Motorwelle 36 verteilte, im Querschnitt (siehe 2) im wesentlichen dreieckige Hohlräume 40 ausgebildet sind. An der radial äußeren Mantelfläche des Rotoreisenpakets 38 ist eine Vielzahl stabförmiger Permanentmagnete 42 angeordnet, von denen jeweils sechs Stück einzelne Schalenabschnitte 44 am Umfang des Rotoreisenpakets 38 bilden. Auf diese Weise sind insgesamt sechs Schalenabschnitte 44 gebildet, die jeweils einzeln einem Hohlraum 40 zugeordnet und radial außerhalb von diesem angeordnet sind.
An der Innenseite des Innengehäuses 22 ist zwischen den Scheiben 24 und 26 ein Stator 46 ausgebildet. Der Stator 46 ist mit einem hohlzylindrischen Eisenpaket 48 gebildet, in dem radial nach innen aufgeweitete Längsnuten 50 ausgeformt sind. In den Längsnuten 50 sind nicht dargestellte Wicklungen zum Bestromen des Stators 46 eingebracht. Zu den Wicklungen führt eine elektrische Leitung 52, die durch den bezogen auf 1 linken Achszapfen 20 hindurchgeführt und außen mit einem elektrischen Anschluss 54 versehen ist.
An der bezogen auf 1 rechten Seite der Scheibe 26 ist am Endbereich der Motorwelle 36 ein Geber 56 angeordnet, mit dem die Drehlage der Motorwelle 36 ermittelt werden kann. Der Geber 56 ist über eine elektrische Leitung 58 ebenfalls mit dem elektrischen Anschluss 54 verbunden.
Das Gebtriebe 14 des Trommelmotors 10 ist mit einer Ritzelwelle 60 gestaltet, die an einem ersten Lager 62 (Rollen-Loslager) und einem zweiten Lager 64 (Kugel-Festlager) radial außerhalb der Motorwelle 36 an dem Innengehäuse 22 gelagert ist und sich parallel zur Motorwelle 36 erstreckt. An der Ritzelwelle 60 ist ein Ritzel 66 drehfest angeordnet, dessen Zähne in den gezahnten Abschnitt 36a der Motorwelle 36 eingreifen. An dem bezogen auf 1 linken Endbereich der Ritzelwelle 60 ist an dieser ein gezahnter Abschnitt 60a ausgebildet. Die Zähne dieses gezahnten Abschnitts 60a greifen in einen radial innen gezahnten Ring 68, der an einer Stirnwand 70 eines Trommelgehäuses 72 drehfest angeordnet ist.
Das Trommelgehäuse 72 bildet die Abtriebseinrichtung 16 des Trommelmotors 10. Das Trommelgehäuse 72 weist ferner eine zweite Stirnwand 74 sowie einen kreiszylindrischen Trommelmantel 76 auf, der sich zwischen den beiden Stirnwänden 70 und 74 längs der Achse 18 erstreckt. Der Trommelmantel 76 ist mit den Stirnwänden 70 und 74 drehfest verbunden, wobei die Stirnwände 70 und 74 ihrerseits jeweils an einem Lager 78 (Rollen-Loslager) bzw. einem Lager 80 (Kugel-Festlager) drehbar an den Achszapfen 20 abgestützt sind. Neben den Lagern 78 und 80 befinden sich axial außen jeweils zwei Dichtringe 82.
Während des Betriebs des Trommelmotors 10 treibt dieser einen nicht dargestellten Treibriemen bzw. ein Förderband einer Fördereinrichtung, wobei der Treibriemen über die äußere Umfangsfläche des Trommelmantels 76 geführt ist. Da die Antriebseinrichtung 12 des Trommelmotors 10 mit einem permanent erregten Gleichstrommotor 34 ausgebildet ist, kann der Trommelmotor 10 insgesamt sehr präzise und vielfältig geregelt und schnell an bestehende Leistungs- und Drehzahlanforderungen angepasst werden. Zugleich ist eine kompakte Baueinheit geschaffen, die auf vielfältige Weise innerhalb einer Fördereinrichtung eingesetzt werden kann.

10: Trommelmotor
12: Antriebseinrichtung
14: Getriebe
16: Abtriebseinrichtung
18: Achse
20: Achszapfen
22: Innengehäuse
24: Scheibe
26: Scheibe
28: Lager
30: Lager
32: Rotor
34: permanent erregter Gleichstrommotor
36: Motorwelle
36a: gezahnter Abschnitt
38: Rotorpaket
40: Hohlraum
42: Permanentmagnet
44: Schalenabschnitt
46: Stator
48: Eisenpaket
50: Längsnuten
52: elektrische Leitung
54: Anschluss
56: Geber
58: elektrische Leitung
60: Ritzelwelle
60a: gezahnter Abschnitt
62: Lager
64: Lager
66: Ritzel
68: Ring
70: Stirnwand
72: Trommelgehäuse
74: Stirnwand
76: Trommelmantel
78: Lager
80: Lager
82: Dichtring

Claims

Trommelmotor (10) mit einer Antriebseinrichtung (12), einem von der Antriebseinrichtung (12) angetriebenen Getriebe (14) und einer von dem Getriebe (14) angetriebenen Abtriebseinrichtung (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (12) als ein mit Permanentmagneten (42) versehener, permanent erregter Gleichstrommotor (34) gestaltet ist.
Trommelmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (42) an einem Rotor (32) des permanent erregten Gleichstrommotors (34) angeordnet sind.
Trommelmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der permanent erregte Gleichstrommotor (34) mit einem Geber (56) zum Melden der Position des Rotors (32) versehen ist.
Trommelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der permanent erregte Gleichstrommotor (34) mit einem Stator (46) versehen ist, der mit einer vorzugsweise 6-poligen Statorwicklung ausgebildet ist.
Trommelmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Servoumrichter zum wahlweisen Bestromen des Stators (46) des permanent erregten Gleichstrommotors (34) vorgesehen ist, insbesondere auf Basis der vom Geber (56) gemeldeten Position des Rotors (32).
Trommelmotor nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der permanent erregte Gleichstrommotor (34) mit einem speziell angepassten Servoumrichter als geberloser Motor ausgebildet ist.
Trommelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebseinrichtung (12) mit einem Trommelgehäuse (72) zum Treiben eines Treibriemens einer Fördereinrichtung ausgebildet ist.
Trommelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stator (46) des permanent erregten Gleichstrommotors (34) an mindestens einem feststehenden Achszapfen (20) abgestützt ist.
Trommelmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der permanent erregte Gleichstrommotor (34) als sogenannter offener Einbaumotor gestaltet ist, bei dem ein Kühlmedium direkt über eine Wicklung des Gleichstrommotors geleitet werden kann.
Fördereinrichtung mit einem Trommelmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verwendung eines permanent erregten Gleichstrommotors (34) in einem Trommelmotor (10) einer Fördereinrichtung.