DE4423902A1 - Konzentrischer Getriebemotor - Google Patents

Description

Stand der Technik

Antriebe zum Erzeugen rotierender Bewegungen bestehen regel­ mäßig aus Motor, Getriebe, Kupplung. Die Reihenfolge wird be­ stimmt durch die jeweilige Antriebsaufgabe. Der Motor ist aus­ nahmslos ein herkömmlicher Innenläufer. Dementsprechend sind die anderen Antriebskomponenten aufgebaut.

Alle Antriebskomponenten sind koaxial aneinandergereiht, so daß Antriebe entstehen, die sehr lang sind im Vergleich zum Durchmesser. Sie benötigen folglich konstruktiv viel Raum. Das ist bei einer Vielzahl von Anwendungen hindernd. Beeinträch­ tigt Einsatz und Service. Außerdem sind diese Lösungen durch erhöhten Bauaufwand teuer. Das ist der Aufwand zum Verbinden der Komponenten, die jeweils eigenen Lagerungen jeder Kompo­ nente, bestehend aus dem eigentlichen Lagerelement und dem erforderlichen Fertigungsaufwand für die Lager, sowie der Auf­ wand, die lange Konstruktion ausreichend steif zu gestalten. Eine typische Anwendung solcher Antriebe werden verwendet an elektrisch betriebenen Rundtischen oder Linearachsen, aber auch an Gelenkarmen von Robotern.

Am Rundtisch stört der angeflanschte Getriebemotor, gleich, ob er vertikal nach unten (Bauform V) oder horizontal angeord­ net ist. Er stört immer.

Beim Antrieb der Linearachsen steht die Antriebseinheit immer im rechten Winkel von der Achsrichtung ab. Auch hier stört der Antrieb immer.

Angetriebene Robotergelenkarme sind üblich aufeinandergesetzt und durch einen koaxial aufgebauten (Getriebe-) Motor ange­ trieben. Im Schwenkbereich des Gelenkes ist durch diese Kon­ struktion die Zugänglichkeit zur Handlingstelle der Roboter­ hand im Innern von Gehäusen erheblich reduziert. Der vom Ge­ lenk mit Antrieb beanspruchte Bewegungsraum ermittelt sich aus der projizierten Fläche der beiden Arme plus des Antrie­ bes, multipliziert mit dem Schwenkradius. An dieser einfachen, überschläglichen Betrachtung wird deutlich, wel­ che konstruktiven Reserven vorhanden sind, daß aber auch bis­ her allgemein gültige Regeln verlassen werden müssen, um bes­ sere Lösungen zu erarbeiten.

Zu diesem Erarbeiten neuer Lösungen sind auch neue Wege des Zusammenarbeitens der Hersteller der bisherigen Einzelkompo­ nenten erforderlich. Es ist in vielen Fällen schon sehr wirt­ schaftlich und förderlich, wenn durch Kooperation bisher nur schwer zu umgehende Rechtslagen und Besitzstände neue Wege begehbar werden.

Beispiel

Durch Zusammenarbeit eines Herstellers für ein pa­ tentiertes Getriebe und eines neuartigen Motors kann ein Ge­ triebemotor entstehen mit mehr Vorteilen als die Summe der Ansprüche beider Anmeldungen darstellt. (Synergieeffekt).

Aufgabenstellung

Gesucht ist ein konzentrischer Getriebemotor, bei dem Motor und Getriebe eine konstruktive Einheit darstellen, bei Ent­ fall von Kupplungen und Bauteilen, die nur dem Überleiten des Drehmomentes aus einer Komponente in eine andere des Ge­ samtantriebes dienen. Unerheblich ist dabei auch, ob es sich beim Motor um einen Innenläufer oder Außenläufer handelt.

Zum einfacheren Verständnis wird im weiteren auf einem Au­ ßenläufermotor aufgebaut und abgehandelt. Die dargelegten Gedanken gelten sinngemäß auch für einen Innenläufer und dessen Konstruktion.

Dieser konzentrische Getriebemotor verfügt über elektronische Bauelemente zur Drehzahlüberwachung und zum Zählen der Um­ drehungen bzw. Teile einer Umdrehung.

Lösung der Aufgabe

Bekannt sind Umlaufgetriebe. Das bekannteste ist das Plane­ tengetriebe. Bekannt sind auch Umlaufgetriebe mit exzentrisch gelagertem Umlaufkörper.

Diese Getriebe werden als Hohlwellengetriebe ausgeführt. In diese Hohlwelle wird der Außenläufermotor eingebaut. Dabei ist der Außenläufer gleichzeitig - wie im Beispiel Planeten­ getriebe - Sonnenrad. Bei Umlaufgetrieben mit exzentrisch ge­ lagertem Umlaufkörper ist eben dieser Umlaufkörper gleichzei­ tig Außenläufer des zentrisch eingebauten Elektromotors.

Bild 1 zeigt schematisch das Planetengetriebe. Dieses Getrie­ be ist so ausgeführt, wie es Bild 2 zeigt. Im Sonnenrad des Getriebes der Antriebsmotor eingebaut als Außenläufer. Im ge­ zeichneten Beispiel des Bildes 2 als permanenterregter Motor. Bild 3 zeigt schematisch ein weiteres Umlaufgetriebe mit ex­ zentrisch gelagertem Umlaufkörper. Auch dieses Getriebe ist so ausgeführt, daß der Außenläufer den für das Getriebe erfor­ derlichen Exzenter besitzt. Es ist unwesentlich, ob dieser Exzenter aufgesetzt ist oder mit dem Außenläufer aus einem Stück gefertigt ist. (Bild 4).

Darüber hinaus gibt es weitere Umlaufgetriebe, die in eben dieser Weise modifizierbar sind.

Alle diese Getriebe besitzen verschiedene Laufcharakteristi­ ken, einige können nahezu spielfrei hergestellt werden. So­ mit erlaubt die Erfindung den Einsatz dieser konzentrischen Getriebemotoren sowohl im allgemeinen Maschinenbau als auch im Präzisionsmaschinenbau.

Wirtschaftliche Vorteile

Kompakte Bauweise durch Wegfall der konstruktiven Verbindungen und Anpassungen beim Kombinieren von Motor, Kupplung und Ge­ triebe aus Einzelelementen.

Der Wegfall dieser konstruktiven Verbindungen und Anpassungen hat geringere Herstellkosten zur Folge.

Durch Wegfall der in Reihe der Kraftflußrichtung angeordneten Einzelkomponenten ergeben deutliche Einsparungen an Bauraum, Material, Fertigungsaufwand, Transportkosten. Dies hat zur Folge, daß beim Betrieb der Maschine geringere Massen (Tot­ lasten) zu bewegen sind. Geringere Massen wiederum sind leich­ ter zu bremsen und zu positionieren. Leichteres Bremsen bedeu­ tet geringere Bremszeit. Das ist gleichzusetzen mit geringeren Nebenzeiten im Maschinenzeitzyklus.

Der konzentrische Getriebemotor ermöglicht den Bau eines spiel­ freien Roboterarmgelenkes inline; d. h., daß die Arme auf einer Achse nicht übereinander angeordnet sind ( Gelenkhöhe 2 mal Armhöhe plus außen aufgesetztem Motor), sondern die Gelenkhöhe 1,2 mal Armhöhe, ohne aufgesetzten Motor. Der Roboterarm kann nun auch durch kleinere Öffnungen an schwer zugängliche Stellen gelangen und seine Arbeit verrichten.

Claims (4)

1. Außenläufermotor mit konzentrischer Anordnung in der zentrischen Antriebswelle von Umlaufgetrie­ ben; = konzentrischer Getriebemotor.

2. Konzentrischer Getriebemotor nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Außenläufer des Motors gleichzeitig Antriebswellen ist.

3. Konzentrischer Getriebemotor nach Anspruch (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Außenläufer des Motors mit der Antriebswelle des Getriebes gefügt ist.

4. Konzentrischer Getriebemotor nach Anspruch (1), (2) und (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwelle des Motors hohl ist.