DE19953118A1 - Antriebsmodul mit Lager - Google Patents

Abstract

Drehbare luftgelagerte Rundtische zur Aufnahme und zur Positionierung von zu bearbeitenden Werkstücken in eine vorgebbare Position in einer Werkzeugmaschine sind aus einem Elektroantrieb mit einem Stator, einem Rotor und einer dazwischen angeordneten Luftlagereinheit aufgebaut. Wegen der zwischen Rotor und Stator angeordneten Luftlagereinheit fällt das Bauvolumen des Rundtisches verhältnismäßig groß aus; außerdem lassen die Stabilität und die Steifigkeit der Luftlagerung wegen des durch die Luftlagereinheit bedingten großen Abstandes zwischen den Lagerangriffspunkten und der Wirkebene der Drehmomentbildung des Motors zu wünschen übrig. Um ein geringes Bauvolumen des Rundtisches sowie eine ausgezeichnete Stabilität und Steifigkeit der Luftlagerung zu erzielen, sind im Stator (2) Spulen (5) so angeordnet, dass Zwischenräume gebildet werden, in denen Luftdüsen (6) zum Ausblasen von Druckluft vorgesehen sind, um ein Luftlager für den Rotor (3) zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die Spulen (5) so geformt sein, dass in ihrem Innern ein Freiraum gebildet wird, in dem Luftdüsen (6) angeordnet sind, um ein Luftlager für den Rotor (3) zu erzeugen. Das Antriebsmodul kann als Rotationsantrieb oder Linearantrieb ausgeführt sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul mit Lager mit einem Stator und mit einem Rotor.

Luftgelagerte Antriebe werden z. B. in drehbaren luftgelager­ ten Rundtischen eingesetzt, die zum Positionieren eines Werk­ stücks in einer Werkzeugmaschine dienen.

Drehbare luftgelagerte Rundtische sind aus drei Baugruppen, einem Stator, einem Rotor sowie einer zwischen dem Stator und dem Rotor angeordneten Luftlagereinheit aufgebaut. In der Luftlagereinheit sind Luftdüsen zum Ausblasen von Luft vorge­ sehen, um ein Luftlager für den Rotor zu erzeugen. Die Luft­ düsen können als einfache Düsen, als Düsen mit Verteilerkanä­ len oder als verteilte Mikrodüsen ausgeführt sein. Anstatt in der Luftlagereinheit Düsen durch mechanische Bearbeitung zu formen, kann die Luftlagereinheit aus einem porösen Werk­ stoff, wie z. B. aus Sinterbronze oder aus Sinterkohle, her­ gestellt sein.

Diese bekannte Anordnung aus einem Stator, einem Rotor und einer axial übereinander angeordneten Luftlagereinheit ist mit dem ersten Nachteil behaftet, dass ihr Bauvolumen wegen der Luftlagereinheit verhältnismäßig groß ausfällt. Ein zwei­ ter Nachteil liegt darin, dass zwischen der Ebene der Lager­ angriffspunkte des Luftlagers und der Wirkebene der Drehmo­ mentbildung ein Abstand besteht. Dieser verhältnismäßig große Abstand führt bei dynamischer Belastung dazu, dass Torsions- und Kippmomente auftreten, die zusätzlich zu den Lastkräften auf die Luftlagerung einwirken und somit die Stabilität und Steifigkeit des Luftlagers vermindern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Antriebsmodul mit Lager so zu gestalten, dass einerseits sein Bauvolumen erheb­ lich verringert und andererseits die Stabilität und Steifig­ keit des Luftlagers wesentlich erhöht wird.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe sieht vor, dass im Stator Spulen geometrisch so verteilt angeordnet sind, dass Zwi­ schenräume gebildet werden und dass im Stator im Bereich der Zwischenräume Luftdüsen zum Ausblasen von Druckluft vorgese­ hen sind, um ein Luftlager für den Rotor zu erzeugen.

Eine zweite Lösung dieser Aufgabe sieht vor, dass im Stator Spulen mit einem freien Durchbruch im Spuleninnern angeordnet sind und dass im Bereich des Durchbruchs der Spulen im Stator Luftdüsen zum Ausblasen von Druckluft vorgesehen sind, um ein Luftlager für den Rotor zu erzeugen.

Schließlich schlägt eine dritte Lösung dieser Aufgabe vor, die erste und die zweite Lösung miteinander zu kombinieren, nämlich im Stator sowohl im Bereich des Spuleninnern als auch im Bereich der Zwischenräume zwischen den Spulen Luftdüsen zum Ausblasen von Druckluft vorzusehen, um ein Luftlager für den Rotor zu erzeugen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch ge­ schickte Wahl der Spulenform oder durch geschickte geome­ trische Anordnung der Spulen im Stator oder durch beides es ermöglicht wird, im Stator Luftdüsen zum Ausblasen von Druckluft vorzusehen. Durch diese erfinderische Maßnahme wird die beim Stand der Technik erforderliche Luftlagereinheit, welche den Nachteil des größeren Bauvolumens sowie der gerin­ geren Stabilität und Steifigkeit des Luftlagers verursacht, überflüssig. Mittels der Erfindung wird daher nicht nur ein wesentlich geringeres Bauvolumen erzielt, sondern der erfin­ dungsgemäße drehbare luftgelagerte Rundtisch zeichnet sich durch ein Luftlager mit erhöhter Stabilität und Steifigkeit aus.

Die Erfindung wird nun anhand des in den Figuren der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben und er­ läutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbei­ spieles der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Stators des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispieles,

Fig. 3 den Stator von unten,

Fig. 4 eine Seitenansicht des Stators,

Fig. 5 den Stator in Draufsicht,

Fig. 6 die Statorscheibe,

Fig. 7 einen Querschnitt durch den Rotor,

Fig. 8 einen Schnitt durch den Stator entlang der Linie AA,

Fig. 9 einen Schnitt durch den Stator entlang der Linie BB,

Fig. 10 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel aus der Fig. 1 und

Fig. 11 den Stator eines Linearantriebs.

Es wird nun das in der Fig. 1 perspektivisch dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Am Gehäuse 4 eines Rundtisches 1 sind ein Druckluftanschluss 15, ein Anschluß 21 für einen im Gehäuse 4 angeordneten Dreh­ geber, ein Anschluß 22 für die Motorstromzuleitung sowie ein Endschalter 23 angeordnet. Der Rotor 3, der drehbar auf dem Gehäuse 4 angeordnet ist, ist auf seiner Oberseite mit mehre­ ren Ausnehmungen 14 zur Reduzierung der Masseträgheit ausge­ stattet. Durch drehen des Rotors 3 werden die zu bear­ beitenden Werkstücke beispielsweise von einem Computerpro­ gramm gesteuert in die jeweils für einen Bearbeitungsschritt erforderliche Position in einer Werkzeugmaschine gebracht.

Es werden nun anhand der Fig. 2 bis 8 der im Gehäuse 4 sit­ zende Stator 2 und der Rotor 3 beschrieben und erläutert.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Stators 2. An der Rückseite der Statorscheibe 7 ist eine Eisenrück­ schlussscheibe 8 befestigt. Auf der Oberseite der Stator­ scheibe 7 sitzt zentral eine Radiallagerbuchse 9. In der Ra­ diallagerbuchse 9 sowie in der Statorscheibe 7 und der Eisen­ rückschlussscheibe 8 sind Luftdüsen 6 angeordnet.

Fig. 3 zeigt den Stator von unten. Es ist deshalb nur die Eisenrückschlussscheibe 8 von unten in Fig. 3 zu sehen. Auf der Rückseite der Eisenrückschlussscheibe 8 sind die Rücksei­ ten der Luftdüsen 6 zu sehen.

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des Stators 2, in der deut­ lich zu erkennen ist, dass an der Unterseite der Statorschei­ be 7 die Eisenrückschlussscheibe 8 befestigt ist und dass zentral auf der Oberseite der Statorscheibe 7 die Radiallagerbuchse 9 sitzt, in der ebenfalls Luftdüsen 6 an­ geordnet sind.

In der in Fig. 5 abgebildeten Draufsicht des Stators 2 sind die Luftdüsen 6 der Statorscheibe 7 sowie die zentral auf der Oberseite der Statorscheibe 7 sitzende Radiallagerbuchse 9 zu sehen.

In der Fig. 6 ist die Statorscheibe 7 mit den Luftdüsen 6 abgebildet.

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch den Stator 2 entlang der Linie AA aus der Fig. 5.

Die Eisenrückschlussscheibe 8 ist mittels Schraubverbindungen 17 mit der Statorscheibe 7 verbunden.

In der Fig. 9 ist ein Querschnitt des Stators 2 entlang der Linie BB in der Fig. 5 dargestellt.

In der auf der Oberseite der Eisenrückschlussscheibe 8 befes­ tigten Statorscheibe 7 sind Nischen 10 zur Aufnahme von Spu­ en 5 vorgesehen. Die Radiallagerbuchse 9 kann beispielsweise mit der Statorscheibe 7 verklebt sein.

In der Fig. 7 ist der Rotor 3 im Querschnitt gezeigt. In die Oberseite des Rotors 3 sind mehrere Ausnehmungen 14 einge­ arbeitet. Auf der Unterseite des Rotors 3 sind Magnete 11 in einer Nut 19, vorzugsweise Permanentmagnete, vorgesehen. In die Unterseite ist außerdem zentral eine zentrale Buchse 12 zur Aufnahme der Radiallagerhülse 9 des Stators 2 eingearbei­ tet. Im Zentrum des Rotors 3 sitzt die Mitnehmerachse 13 ei­ nes nicht gezeigten Drehgebers.

Fig. 10 zeigt das in Fig. 1 abgebildete Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt. In der Fig. 10 ist daher der Zusammenbau des erfindungsgemäßen Rundtisches aus dem Gehäuse 4, dem Stator 2 und dem Rotor 3 ersichtlich.

Die Mitnehmerwelle 13 eines Drehgebers 18 sitzt zentral im Rotor 3.

Auf der Unterseite des Rotors 3 sind gegenüberliegend den Spulen S des Stators 2 Magnete 11 in der Nut 19 angeordnet. Die Radiallagerbuchse 9 des Stators 2 ragt in eine zentrale Buchse 12 des Rotors 3. Die Eisenrückschlussscheibe 8 des Stators 2 ist mittels Schraubverbindungen 20 mit dem Gehäuse 4 verbunden.

Beim Stator 2 bewirkt die Eisenrückschlussscheibe 8 den Ei­ senrückschluss des Magnetkreises, während der Eisenrück­ schluss des Magnetkreises beim Rotor 3 durch den Rotor selbst erfolgt, weil er aus Stahl hergestellt ist. Vorzugsweise sind Permanentmagnete 11 in die Nut 19 des Rotors 3 eingesetzt. Der vom Stator 2 und seinen Spulen 5 sowie vom Rotor 3 und seinen Magneten 11 gebildete Elektromotor ist ein Servomotor bspw. permanenterregter Synchro- oder Gleichstrommotor mit dem sich der Rotor 3 in genau wählbare Positionen drehen lässt, um, wie bereits erwähnt, ein zu bearbeitendes Werk­ stück genau in die vorgesehene Bearbeitungsposition in einer Werkzeugmaschine zu bringen.

Durch Ausblasen von Druckluft aus den Düsen 6 der Stator­ scheibe 7 gegen die Unterseite des Rotors 3, wird ein axiales Luftlager erzeugt, das den Rotor 3 im Schwebezustand hält. Durch Ausblasen von Druckluft aus den Luftdüsen 6 der Radial­ lagerbuchse 9 wird ein radiales Luftlager erzeugt, das den Rotor 3 zentriert.

Die Fig. 11 zeigt den Stator 2 mit Luftdüsen 6 eines Linear­ antriebes.

Weil das erfindungsgemäße Antriebsmodul keine separate Luft­ lagereinheit benötigt, fallen seine Bauhöhe und somit sein Bauvolumen verhältnismäßig gering aus. Der Luftspalt zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 kann sehr klein gewählt werden. Außerdem bewirken die sehr klein dimensionierten Luftspalten zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 einerseits sowie zwi­ schen der Radiallagerbuchse 9 des Stators 2 und der zentralen Buchse 12 des Rotors 3 andererseits eine wesentlich höhere Stabilität und Steifigkeit des Luftlagers als es beim Stand der Technik wegen der erforderlichen Luftlagereinheit möglich ist.

In diesem Sinne wirkt auch die nunmehr mögliche Verringerung des Abstandes zwischen der Ebene der Lagerangriffspunkte und der Wirkebene der Drehmomentbildung. Die Luftdüsen können als einfache Düsen oder Düsen mit Verteilerkanälen oder Mikrodü­ sen ausgeführt sein. Anstatt Luftdüsen in die Statorscheibe 7 und in die Radiallagerbuchse 9 einzuarbeiten, können diese beiden Teilstücke aus einem porösen Material, wie z. B. aus Sinterbronze oder Sinterkohle, hergestellt sein. Die Luftdü­ sen sind vorteilhafterweise aus Metall, z. B. aus Messing, Aluminium oder Stahl hergestellt.

Die Erfindung ist sowohl für Rotations- als auch Linearan­ triebe geeignet.

Bezugszeichenliste

1

Rundtisch

2

Stator

3

Rotor

4

Gehäuse

5

Spule

6

Luftdüsen

7

Statorscheibe

8

Eisenrückschlussscheibe

9

Radiallagerbuchse

10

Nische

11

Magnete

12

Zentrale Buchse

13

Mitnehmerwelle

14

Ausnehmungen

15

Druckluftanschluß

17

Schraubverbindung

18

Drehgeber

19

Nut im Rotor

20

Schraubverbindung

21

Anschluß für Drehgeber

22

Anschluß für Motorstromzuleitung

23

Endschalter

Claims (13)

1. Antriebsmodul mit Lager mit einem Stator (2) und einem Rotor (3) dadurch gekennzeichnet, dass im Stator (2) Spulen so geometrisch angeordnet sind, dass Zwischenräume gebildet werden, die mit Luftdüsen (6) zum Ausblasen von Luft versehen sind, um ein Luftlager für den Rotor (3) zu erzeu­ gen.

2. Antriebsmodul mit Lager mit einem Stator (2) und einem Rotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass im Stator (2) Spulen (5) mit einem freien Durchbruch im Spuleninnern angeordnet sind und dass im Bereich des Durchbruchs der Spu­ len (5) im Stator (2) Luftdüsen (6) zum Ausblasen von Druck­ luft vorgesehen sind, um ein Luftlager für den Rotor (3) zu erzeugen.

3. Antriebsmodul mit Lager mit einem Stator (2) und einem Rotor (3) nach Anspruch 1 und 2.

4. Antriebsmodul mit Lager nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er Elektroantrieb als Rotationsantrieb ausgeführt ist.

5. Antriebsmodul mit Lager nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektroantrieb als Linearantrieb ausgeführt ist.

6. Antriebsmodul mit Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) aus einer Statorscheibe (7), einer an deren Rückseite befestigten Eisenrückschlussscheibe (8) und einer auf deren. Vorderseite zentral sitzenden Radiallager­ buchse (9) aufgebaut ist, dass in der Statorscheibe (7) Ni­ schen (10) zur Aufnahme von Spulen (5) vorgesehen sind, dass der Rotor (3) als Scheibe mit an ihrer Unterseite in einer Nut (19) angeordneten Magneten (11) und mit einer zentralen Buchse (12) zur Aufnahme der Radiallagerbuchse (9) der Statorscheibe (7) ausgeführt ist, dass in der Statorscheibe (7) Luftdüsen (6) zum Ausblasen von Druckluft vorgesehen sind, um ein axiales Luftlager für den Rotor (3) zu erzeugen, und dass in der Radiallagerbuchse (9) ebenfalls Luftdüsen (6) zum Ausblasen von Druckluft vorgesehen sind, um ein radiales Luftlager für den Rotor (3) zu erzeugen.

7. Antriebsmodul mit Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (5) als Kasten- oder Ringspulen mit einem freien Innenraum ausgeführt sind.

8. Antriebsmodul mit Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdü­ sen (6) als Einzeldüsen, als Einzeldüsen mit Verteilerkanälen oder als verteilte Mikrodüsen ausgeführt sind.

9. Antriebsmodul mit Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) im Bereich der Luftdüsen (6) aus einem porösen Werkstoff hergestellt ist.

10. Antriebsmodul mit Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) aus einem porösen Werkstoff hergestellt ist.

11. Antriebsmodul mit Lager nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Werkstoff Sinterbronze oder Sinterkohle ist.

12. Antriebsmodul mit Lager nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüsen (6) aus Metall hergestellt sind.

13. Antriebsmodul mit Lager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüsen (6) aus Messing, Aluminium oder Stahl her­ gestellt sind.