DE19857805A1 - Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb - Google Patents
Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem ElektroantriebInfo
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- H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
- H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
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- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
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- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
Abstract
Lineareinheiten mit Kugelumlaufgewindetrieben werden in vielen Bereichen der Antriebstechnik eingesetzt. Sie ermöglichen eine genaue Positionierbarkeit und haben aufgrund der Abwälzbewegungen eine hohe Lebensdauer. Dabei werden üblicherweise die Spindeln über einen Elektromotor angetrieben. Lange Spindeln weisen aber ein hohes Trägheitsmoment auf und können bei höheren Drehzahlen zum Flattern und unter Druckbeanspruchung zum Knicken neigen. DOLLAR A Die im Hauptanspruch angegebene Erfindung ermöglicht es, den üblichen Aufbau entscheidend zu vereinfachen, die Teilevielfalt zu vermindern und die Dynamik einer Lineareinheit zu erhöhen. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Kombination eines bürstenlosen Hohlwellen-Elektromotors mit einem Kugelgewindetrieb, bei dem die Kugelumlaufspindel durch die Kugelumlaufmutter und den Elektromotor hindurch geführt wird und vorzugsweise die Kugelumlaufmutter durch den Elektromotor angetrieben wird. DOLLAR A Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in einer Verminderung der Trägheitsmomente der rotierenden Massen und der damit verbundenen Steigerung der Dynamik.
Description
Die Erfindung betrifft ein Gerät entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Lineareinheiten werden in vielen Bereichen der Antriebstechnik eingesetzt, um lineare
Stellbewegungen auszuführen. Handelsübliche Lineareinheiten bestehen z. B. aus einer Spindel, einer
Spindelmutter, einer Führungsschiene und einem Elektromotor, der zumeist außerhalb der Einheit
angeordnet ist und direkt oder über ein Getriebe die Spindel in Drehbewegung versetzt. Insbesondere
für sehr lange Spindeln besteht bei höherer Spindeldrehzahl die Gefahr der Flatterneigung und des
Ausknickens bei Druckbelastung. Zudem stehen die großen Trägheitsmomente aller in Rotation zu
versetzenden Elemente einer hohen Dynamik entgegen. Durch das zumeist erforderliche Getriebe sind
Leistungsverluste unumgänglich, zudem kann ein spielbehaftetes Getriebe die Positioniergenauigkeit
beeinträchtigen.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit hoher Dynamik eine lineare Stellbewegung auszuführen.
Diese Aufgabe wird durch ein Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Lineareinheiten werden für Stellbewegungen in vielen Bereichen der Antriebstechnik eingesetzt. Der
elektrische Antrieb bietet aufgrund seiner einfachen Steuer- und Regelbarkeit sowie der hohen
Verfügbarkeit der elektrischen Energie Vorteile gegenüber hydraulischen oder pneumatischen
Antrieben.
Ein einfacher Aufbau läßt sich durch die Integration eines oder mehrerer koaxial zur Spindelachse
angeordneten bürstenlosen Hohlwellen-Elektromotoren erreichen. Dabei treibt der Rotor des Motors
eine Kugelumlaufmutter, die im Rotor integriert oder an diesen angeflanscht ist, an. Die
Kugelumlaufspindel wird koaxial durch die Kugelumlaufmutter und den Antriebsmotor durchgeführt
und rotiert dabei im allgemeinen Fall nicht, könnte aber zur Erhöhung der Dynamik durch einen
weiteren Antriebsmotor ggf. auch mit angetrieben werden.
Die integrale Anordnung der Antriebskomponenten erfordert wenig Bauraum. Das Trägheitsmoment
aller rotierenden Massen ist im Vergleich zu allen herkömmlichen Bauweisen geringer, was zur
Erhöhung der Dynamik beiträgt. Die Lineareinheit kann z. B. in Teleskopbauweise oder als
Linearführung mit Schlitten ausgeführt werden, wobei bei letzterer der Antrieb im Schlitten angeordnet
ist. Im System kann durch Zugvorspannung der Kugelumlaufspindel das Axialspiel deutlich verringert
werden, was der Positioniergenauigkeit zugute kommt. Zudem wird durch die Vorspannung der Gefahr
des Knickens bei sehr langen Spindeln entgegen gewirkt. Bei Verwendung von bürstenlosen
Elektromotoren kann eine bei diesen Motoren bauartbedingt z. T. schon vorhandene Sensorik bzw. eine
in der Motorregelung integrierte Logik zur Erfassung der Rotorlage für eine inkrementale Wegmessung
verwendet werden, was zu einer weiteren Vereinfachung und Kostenersparnis führt. Durch
Verwendung von bürstenlosen Antrieben ist das System nahezu verschleißfrei und damit besonders
unempfindlich, langlebig und wartungsarm. Bei feststehender Spindel ist außerdem eine besonders
einfache Integration von Kraftmeßsensoren möglich.
Verschiedene Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen 1 und 2 dargestellt und werden im
folgenden näher beschrieben.
Bild 1 Prinzipieller Aufbau der hochdynamischen Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb:
Bild 2 Mögliche Ausführungsarten und Bewegungsverhältnisse.
Die Lineareinheit nach Anspruch 1 besteht aus einem Kugelgewindetrieb, bestehend aus
Kugelumlaufspindel und Kugelumlaufmutter und mindestens einem bürstenlosen Elektromotor, der im
wesentlichen aus Rotor und Stator mit Lagerung sowie ggf. einer zusätzlichen Sensorik besteht und bei
welchem der Rotor mit der Kugelumlaufmutter des Kugelgewindetriebes drehstarr verbunden ist
(Bild 1).
Lineareinheiten können allgemein z. B. als Teleskop- oder Schiene/Schlitten-Einheit ausgeführt
werden. Allen Ausführungen gemein ist, daß eine lineare Relativbewegung in Achsrichtung zwischen
Spindel und Mutter ausgeführt wird. Prinzipiell ist es dabei zunächst einmal gleichgültig, ob die
Spindel oder die Mutter axial festgehalten werden, oder ob beide Elemente axial bewegbar sind (vgl.
Bild 2a-d).
Claims (9)
1. Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb, bestehend aus einem
Kugelumlaufgewindetrieb im wesentlichen bestehend aus Kugelumlaufspindel und
Kugelumlaufmutter, und einem bürstenlosen Hohlwellen-Elektromotor, im wesentlichen bestehend
aus Rotor und Stator mit Lagerung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelumlaufmutter des Kugelumlaufgewindetriebes unmittelbar
oder über ein annähernd koaxiales Hohlwellengetriebe mit dem Rotor des bürstenlosen Hohlwel
len-Elektromotors verbunden ist und die Kugelumlaufspindel durch die Kugelumlaufmutter und den
Rotor des bürstenlosen Hohlwellen-Elektromotors hindurch geführt wird.
2. Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelumlaufspindel durch mindestens einen weiteren
Antriebsmotor angetrieben wird.
3. Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelumlaufspindel vorgespannt wird.
4. Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Wegmeßsystem in die Lineareinheit integriert ist.
5. Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine beim bürstenlosen Hohlwellen-Elektromotor bauartbedingt
vorhandene Sensorik zur Erfassung der Rotorlage für eine inkrementale Wegmessung verwendet
wird.
6. Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Motorelektronik integrierte Logik zur Erfassung der
Rotorlage für eine inkrementale Wegmessung verwendet wird.
7. Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in die Lineareinheit ein Kraftmeßsensor integriert ist.
8. Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit in Teleskopbauweise ausgeführt ist.
9. Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit in Schiene/Schlitten-Bauweise ausgeführt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998157805 DE19857805A1 (de) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb |
Applications Claiming Priority (1)
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DE1998157805 DE19857805A1 (de) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19857805A1 true DE19857805A1 (de) | 2000-06-21 |
Family
ID=7891137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1998157805 Withdrawn DE19857805A1 (de) | 1998-12-15 | 1998-12-15 | Hochdynamische Lineareinheit mit integriertem Elektroantrieb |
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