WO2006032629A1 - Elektrische maschine - Google Patents

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WO2006032629A1
WO2006032629A1 PCT/EP2005/054602 EP2005054602W WO2006032629A1 WO 2006032629 A1 WO2006032629 A1 WO 2006032629A1 EP 2005054602 W EP2005054602 W EP 2005054602W WO 2006032629 A1 WO2006032629 A1 WO 2006032629A1
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WO
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electric motor
machine
electric
electrical machine
drive
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/054602
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Eberlein
Klaus Recker
Valery Lazouski
Siarhei Sidaruk
Vladimir Zharski
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to US11/663,244 priority Critical patent/US20080309179A1/en
Publication of WO2006032629A1 publication Critical patent/WO2006032629A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/46—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould
    • B29C45/47—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using screws
    • B29C45/50—Axially movable screw
    • B29C45/5008—Drive means therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine which is provided in particular as a drive for an injection molding machine.
  • the electric machine is designed such that by means of this both a lifting movement and a Drehbe ⁇ movement is executable.
  • the electric machine has at least two electric motors.
  • the electric motors are arranged coaxially with one another.
  • Such an electric machine is known for example from DE 43 44 335 Al. Their use takes place, for example, in an injection molding machine, one such
  • Injection molding machine e.g. from EP 0 204 002 Bl is known.
  • an electric machine Various requirements can be made for an electric machine.
  • One requirement is, for example, a compact construction, which is also of particular importance in injection molding machines, since they are also becoming ever more compact.
  • Another requirement for electrical machines for example, a simple structure. As a result, for example, reduce manufacturing costs.
  • the object of the invention is to design an electrical machine such that a compact and / or simple construction of this electrical machine is possible.
  • the electric machine according to the invention which is provided in particular as a drive for an injection molding machine (for example for plastic), is designed to carry out a rotary movement and to carry out a linear movement.
  • a first electric motor is provided, and a second electric motor is provided for carrying out the rotary movement.
  • a movable means is both rotatable and linearly movable.
  • the movable means is for example a shaft.
  • the electric motors have axes.
  • the first electric motor has a first axis
  • the second electric motor has a second axis.
  • the first and second axes are substantially identical. This means that the electric motors are arranged coaxially.
  • the linear movement can be carried out by means of a screw drive.
  • the screw drive is, for example, a threaded spindle on which a threaded nut is arranged. Mit ⁇ means of a rotation of the threaded spindle, the threaded nut is linearly movable.
  • the electric machine according to the invention is characterized in that a first rotor of the first electric motor is directly connected to the screw drive and a second rotor of the second electric motor is connected to a screw drive means of the screw drive.
  • the threading means is, e.g. when using a threaded spindle, a threaded nut.
  • the first electric motor has in addition to a first runner on a first stand.
  • the second electric motor has in addition to a second runner on a second stator.
  • the term first and second stator or first and second rotor should serve in this context to distinguish the rotor or the stator of the first and of the second motor from each other.
  • the distinction zwi ⁇ rule a first runner and a second runner thus serves the assignment of the rotor either to the first electric motor or to the second electric motor. The same applies to the stand. 200413182
  • At least one of the electric motors is an electric hollow shaft motor.
  • a hollow shaft electric motor By using a hollow shaft electric motor, a more compact design of the electric machine can be achieved.
  • the two motors can be nested in each other.
  • the first electric motor and the second electric motor have a region of the same axial position.
  • the motor and the second electric motor are thus arranged such that they overlap completely or at least partially.
  • an onion-like positioning of the electric motors to each other comes about. This has the advantage that a particularly compact construction can be achieved thereby.
  • the axial length of the electric machine can thereby be significantly shortened.
  • an electric machine which is provided in particular as drive for an injection molding machine, the electric machine for carrying out a linear movement ei ⁇ NEN first electric motor and for performing a Dreh ⁇ movement a second electric motor, wherein by means of the rotary movement and the linear movement a bewegba ⁇ res means rotationally and linearly movable, wherein a first axis of the first electric motor with a second axis of the second electric motor substantially über ⁇ tuned and the linear movement by means of a screw drive feasible is.
  • Characteristic of such an electrical machine is that the first electric motor and the second electric motor have a range of identical axial position. 200413182
  • first electric motor has completely or at least partially the same axial position as the second electric motor.
  • the stator of the first electric motor which is also designated as a first stator
  • the second stator of the second electric motor can be cooled by means of a cooling device.
  • the first stator and the second stator have a common cooling device, wherein the common cooling device is arranged in particular between the first stator and the second stator.
  • the common cooling device is, for example, helically structured, wherein, for example, cooling coils which can be charged with cooling air or a cooling liquid extend on a cylindrical outer side of the first stator and simultaneously run on an inner cylindrical side of the second stator, wherein the second electrical stator, for example is the stator of an external rotor motor.
  • cooling coils which can be charged with cooling air or a cooling liquid extend on a cylindrical outer side of the first stator and simultaneously run on an inner cylindrical side of the second stator, wherein the second electrical stator, for example is the stator of an external rotor motor.
  • the second electric motor is connected to the threaded driving means by means of a linear bearing.
  • the threaded transmission means is movable both linearly and rotationally.
  • the linear bearing has at least three angularly arranged linear guides.
  • Each of the linear guides has, for example, a rail and a carriage, wherein the carriage has a Ku ⁇ gelkette (or a ball circulation chain).
  • Linear bearings can also be designed in such a way that they have a sliding bearing, rolling bearing or even ball bearing. 200413182
  • the first runner is supported by means of an axial bearing and by means of a radial bearing. Both bearings are replaceable in a further embodiment by a single bearing, this bearing has to absorb both radial forces and axial forces.
  • a bearing is referred to as axial bearing and / or radial bearing depending on the direction of loading provided for this bearing.
  • the electric machine can further be designed such that the second rotor is supported by means of a radial bearing.
  • the bearings of the first rotor and the bearing of the second rotor advantageously have a fixed connection with a common element.
  • the common element is, for example, a housing part of the electrical machine.
  • the threaded operation is a threaded spindle
  • the threaded engagement means is a threaded nut
  • the threaded spindle is designed in particular as a ball screw spindle.
  • both the first electric motor and the second electric motor have at least one position sensor.
  • the position sensors serve to regulate the position of both electric motors, wherein the position sensors are positioned in particular between the stator and the rotor.
  • a control system is provided.
  • the control system is designed such that the first electric motor is regulated to an angular difference between a required rotation angle of a drive shaft and / or to a stroke, wherein the stroke is calculated by means of the spindle pitch and the rotation angle.
  • the second electric motor is adjustable by means of the control system, for example, to the angle of rotation of the drive shaft. 200413182
  • the regulation of the angle of rotation is to be understood as meaning, for example, a speed regulation and / or a position regulation of a rotational movement.
  • the invention further relates to an injection device for an injection molding machine, which has a propulsion screw and the electric machine is provided in one of the above-described embodiments for driving the Vorretesschne ⁇ bridge.
  • FIG. 1 shows the basic structure of the inventive e- lectric machine and Figure 2 shows the basic structure of an injection molding machine and 3 shows the representation of an electrical machine.
  • the illustration according to FIG. 1 shows an electrical machine 1.
  • the electrical machine 1 has a first electric motor 3 and a second electric motor 9.
  • the first electric motor 3 has a first stator 5 and a first rotor 7.
  • the first rotor 7 has Permanentmagne ⁇ te 8.
  • the second electric motor 9 has a second stator 11 and a second rotor 13.
  • the second rotor 13 has permanent magnets 14.
  • the first electric motor 3 and the second electric motor 9 are hollow-shaft electric motors.
  • the electric motors 3, 9 are arranged coaxially with a drive shaft 23.
  • the drive shaft - in particular an axis of the drive shaft) - can also be aligned with the axes 10 of the electric motors 3, 9 in an aligned manner.
  • In an aligned arrangement of parts there are parts that do not overlap, but form an alignment in their position to each other. Escapingly angeord ⁇ designated parts are arranged one behind the other.
  • the electric motors 3, 9 are arranged in a nested arrangement.
  • the stator 5 of the first electric motor 3 and the stator 11 of the second electric motor 9 are fixed to a machine housing 15.
  • the rotor 7 of the first electric motor 3 and the rotor 13 of the second electric motor 9 are mounted on the machine housing 15, the bearing also being mounted, for example, by means of an element attached to the machine housing 15, e.g. a stator 5,11 takes place.
  • the rotor 7 of the first electric motor and the rotor 13 of the second electric motor 9 are connected to a ball screw drive.
  • the ball screw has at least the threaded spindle 17 and the threaded nut
  • the rotor 7 of the first electric motor 3 is fixedly connected to the threaded spindle 17.
  • the rotor 13 of the second electric motor 9 is connected to the threaded nut 19 of the ball screw drive via a linear bearing 21.
  • the linear bearing 21 has, for example, linear guides with a ball chain.
  • the threaded nut 19 is firmly connected to the Antriebswel ⁇ le 23.
  • the illustration according to FIG. 1 further shows a carriage 27 and a running rail 29 of the linear bearing 21.
  • the linear bearing 21 is connected to a drive shaft 23.
  • the An ⁇ drive shaft 23 is designed as a hollow tube. Through the hollow 200413182
  • the carriage 27 of the linear bearing 21, which is designed as a linear guide, is connected to the rotor 13 of the second electric motor 9 via the rails 29 of the hollow tube Linearrange ⁇ tion to drive shaft 23 attached.
  • the linear guide has, for example, three carriages 27 and three rails 29, respectively. Due to the number of three rails 29, the linear movement of the drive shaft 23 can be ensured in a simple manner.
  • the rotor 7 of the first electric motor 3 is mounted on the machine housing 15 by means of an axial bearing 31 and a radial bearing 33.
  • the rotor 13 of the second electric motor 9 is mounted on the machine housing 15 by means of a radial bearing 35.
  • the positioning of the first electric motor 3 relative to the second electric motor 9 forms a region 60 of the same axial position.
  • the axes 10 of the two electric motors coincide.
  • the region 60 of the same axial position relates in particular to an area in which the first rotor 7 at least partially has the same axial position as the second rotor 13.
  • the first electric motor 3 has the same axis 10 as the second electric motor 9 on.
  • the cooling device 25 has a shaped part 24 and a shaped part 28, wherein the cooling channels 26 are formed by means of the molded parts.
  • the cooling channels 26 are provided for example for guiding a cooling air flow or a cooling liquid.
  • Both the first electric motor 3 and the second electric motor 9 are, for example, permanent-magnet three-phase synchronous motors with windings in the uprights 5 and 200413182
  • the rotor 7 and 13 have permanent magnets 8.
  • the three-phase synchronous motors 3, 9 are characterized by a high torque density. By using a hollow shaft can be ensured a compact design of the electric machine.
  • 3.5 position encoders are provided for the electric motors.
  • a position sensor 37 is provided for determining the positional position of the first electric motor 3 and a position sensor 39 is provided for position determination of the second electric motor 9.
  • Mit ⁇ means of the position sensor, the electric motor 3.9 are adjustable in position or speed.
  • the first electric motor 3 is, for example, to an angle difference ⁇ i between see the required rotation angle ⁇ of the drive shaft 11 and the spindle pitch h converted by the required angle of rotation X controlled.
  • the second motor 2 is controlled to the required rotational angle ⁇ of the drive shaft 11.
  • the angle setpoints ⁇ i for the first motor 1 and ⁇ 2 for the second motor 2 are calculated as follows:
  • the torques Ml for the first motor 1 and M2 for the second motor 2 are calculated as follows:
  • F is the force setpoint at the drive shaft in N
  • the threaded spindle is simplified because it no longer requires any internal linear bearings and can be designed with a standard spindle.
  • a very compact design is achieved, whereby the total length of the drive can be reduced. Thanks to the design of the first motor 3 as an internal rotor motor and the second motor 9 as external rotor motor and the installation of a water cooler 25 between the uprights 5,11 both engines additional installation space for water cooler 25 is saved because a cooler both motors 3.9 cools.
  • FIG. 2 schematically shows a plastic injection molding machine 1, which has an injection device 64. Within a screw housing 53 is a plastic injection molding machine 1, which has an injection device 64. Within a screw housing 53 is a plastic injection molding machine 1, which has an injection device 64. Within a screw housing 53 is a plastic injection molding machine 1, which has an injection device 64. Within a screw housing 53 is a plastic injection molding machine 1, which has an injection device 64. Within a screw housing 53 is a screw housing 53.
  • Propulsion screw 49 is arranged.
  • the propulsion screw 49 is coupled, for example, to the drive shaft 23.
  • the An ⁇ drive shaft 23 is driven by the electric machine 1.
  • the regulation of the electrical machine is carried out by means of the control system 41.
  • a plastic granulate which is not shown for clarity, filled in a hopper 41 and passes through an opening in the screw housing 53.
  • the propulsion screw 49, the screw - is shaped, is driven by the electric machine 1 and conveys the plastic granules in the Vor ⁇ drive screw space 51.
  • the screw housing 53 be 200413182
  • heating sections which contribute to the fact that the plastic granulate is present in the plasticized form in the advancing screw antechamber 51.
  • the heating sections are not shown in the simplified representation of the plastic injection molding machine 55 according to FIG.
  • the plasticized and flowable plastic material is introduced from a nozzle-shaped opening of the screw housing 53 in a plastic injection mold.
  • the plastic injection mold has, for example, two mold parts 45 and 47.
  • the flowable plasticized plastic material solidifies in the plastic injection mold and can be released after the injection process by the moving apart of the mold parts 45 and 47 from the mold.
  • FIG. 3 shows an electrical machine 1 in a perspective view, wherein the corresponding reference symbols according to FIGS. 1 and 2 are used.
  • the illustration shows the drive shaft 23 and a track rail 29.
  • the possible directions of movement 66 and 68 are shown in a rotational direction 68 and a linear direction 66.
  • the machine housing 15 can be considered as stationary.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrische Maschine (1), welche insbesondere als Antrieb für eine Spritzgießmaschine vorgesehen ist, wobei die elektrische Maschine (1) zur Ausführung einer Linearbewegung einen ersten elektrischen Motor (3) und zur Ausführung einer Drehbewegung einen zweiten elektrischen Motors (9) aufweist. Mittels der Drehbewegung und der Linearbewegung ist ein bewegbares Mittel (23) rotatorisch und linear bewegbar, wobei eine erste Achse (10) des ersten elektrischen Motors (3) mit einer zweiten Achse (10) des zweiten elektrischen Motors (9) im wesentlichen übereinstimmt und die Linearbewegung mittels eines Gewindetriebes (17) durchführbar ist. Beispielsweise ist nun ein erster Läufer (7) des ersten elektrischen Motors (3) mit dem Gewindetrieb (17) direkt verbunden ist. Ein zweiter Läufer (13) des zweiten elektrischen Motors (9) ist mit einem Gewindetriebmittel (19) des Gewindetriebes (17) verbunden. Weiterhin ist es möglich, dass der erste elektrische Motor (3) zum zweiten elektrischen Motor (9) derart positioniert ist, dass ein Bereich (60) gleicher axialer Position ausgebildet ist. Derart ist eine kompakte Bauweise der elektrischen Maschine (1) ermöglicht.

Description

Beschreibung
Elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche ins¬ besondere als Antrieb für eine Spritzgießmaschine vorgesehen ist. Die elektrische Maschine ist derart ausgebildet, dass mittels dieser sowohl eine Hubbewegung als auch eine Drehbe¬ wegung ausführbar ist. Hierfür weist die elektrische Maschine zumindest zwei elektrische Motoren auf. Die elektrischen Mo¬ toren sind zueinander koaxial angeordnet.
Eine derartige elektrische Maschine ist beispielsweise aus der DE 43 44 335 Al bekannt. Deren Einsatz erfolgt beispiels- weise bei einer Spritzgießmaschine, wobei eine derartige
Spritzgießmaschine z.B. aus der EP 0 204 002 Bl bekannt ist.
An eine elektrische Maschine können verschiedene Anforderun¬ gen gestellt werden. Eine Anforderung ist beispielsweise ein kompakter Aufbau, der insbesondere auch bei Spritzgießmaschi¬ nen von Bedeutung ist, da diese auch immer kompakter gebaut werden. Eine andere Anforderung an elektrische Maschinen ist beispielsweise ein einfacher Aufbau. Hierdurch lassen sich beispielsweise Fertigungskosten reduzieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Maschine der¬ art auszubilden, dass ein kompakter und/oder einfacher Aufbau dieser elektrischen Maschine möglich ist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer elektrischen Maschine gelöst, welche die Merkmale nach Anspruch 1 auf¬ weist. Eine weitere Lösung gelingt auch bei einer elektri¬ schen Maschine mit den Merkmalen nach Anspruch 3. Die Aufgabe wird des Weiteren auch mittels einer Einspritzeinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprü¬ che 2 und 4 bis 9 sind weitere erfindungsgemäße Ausgestaltun¬ gen der elektrischen Maschine. 200413182
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine, welche insbesonde¬ re als Antrieb für eine Spritzgießmaschine (z.B. für Kunst¬ stoff) vorgesehen ist, ist zur Ausführung einer Drehbewegung und zur Ausführung einer Linearbewegung ausgebildet. Zur Aus- führung der Linearbewegung ist ein erster elektrischer Motor vorgesehen, und zur Ausführung der Drehbewegung ist ein zwei¬ ter elektrischer Motor vorgesehen. Mittels der beiden elek¬ trischen Motoren ist ein bewegbares Mittel sowohl drehbar als auch linear bewegbar. Das bewegbare Mittel ist beispielsweise eine Welle. Die elektrischen Motoren weisen Achsen auf. Der erste elektrische Motor weist eine erste Achse auf, und der zweite elektrische Motor weist eine zweite Achse auf. Die erste und die zweite Achse stimmen im Wesentlichen überein. Dies bedeutet, dass die elektrischen Motoren koaxial angeord- net sind. Die Linearbewegung ist mittels eines Gewindetriebes durchführbar. Der Gewindetrieb ist beispielsweise eine Gewin¬ despindel auf welcher eine Gewindemutter angeordnet ist. Mit¬ tels einer Drehung der Gewindespindel ist die Gewindemutter linear bewegbar. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Läufer des ersten elektrischen Motors mit dem Gewindetrieb direkt verbunden ist und ein zweiter Läufer des zweiten elektrischen Motors mit einem Gewindetriebmittel des Gewindetriebes verbunden ist. Das Gewindetriebmittel ist, z.B. bei der Verwendung einer Ge- windespindel, eine Gewindemutter.
Der erste elektrische Motor weist neben einem ersten Läufer auch einen ersten Ständer auf. Der zweite elektrische Motor weist neben einen zweiten Läufer auch einen zweiten Ständer auf. Die Bezeichnung erster und zweiter Ständer bzw. erster und zweiter Läufer soll in diesem Zusammenhang dazu dienen den Läufer bzw. den Ständer des ersten bzw. des zweiten Mo¬ tors voneinander zu unterscheiden. Die Unterscheidung zwi¬ schen einem ersten Läufer und einem zweiten Läufer dient also der Zuordnung des Läufers entweder zum ersten elektrischen Motor oder zum zweiten elektrischen Motor. Entsprechendes trifft auf den Ständer zu. 200413182
Mittels der direkten Verbindung des ersten Läufers mit dem Gewindetrieb ist ein einfacher Aufbau der elektrischen Ma¬ schine realisierbar. Beispielsweise ist es nicht notwendig, den Gewindetrieb mit einer Bohrung zur Einführung einer Welle für rotatorische Bewegungen auszubilden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest eine der elektrischen Motoren ein elektrischer Hohlwellenmotor. Durch die Verwendung eines elektrischen Hohlwellenmotors ist eine kompaktere Bauweise der elektrischen Maschine erzielbar. Die beiden Motoren lassen sich so ineinander verschachteln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der erste elektrische Motor und der zweite elektrische Motor einen Be- reich gleicher axialer Position auf. Der erste elektrische
Motor und der zweite elektrische Motor sind also derart ange¬ ordnet, dass dieser sich ganz oder zumindest teilweise über¬ lappen. Jedoch kommt eine zwiebelartige Positionierung der elektrischen Motoren zueinander zustande. Dies hat den Vor- teil, dass dadurch ein besonders kompakter Aufbau erzielbar ist. Insbesondere die Achslänge der elektrischen Maschine lässt sich hierdurch wesentlich verkürzen.
Die Lösung der oben gestellten Aufgabe gelingt weiterhin mit- tels einer elektrischen Maschine, welche insbesondere als An¬ trieb für eine Spritzgießmaschine vorgesehen ist, wobei die elektrische Maschine zur Ausführung einer Linearbewegung ei¬ nen ersten elektrischen Motor und zur Ausführung einer Dreh¬ bewegung einen zweiten elektrischen Motor aufweist, wobei mittels der Drehbewegung und der Linearbewegung ein bewegba¬ res Mittel rotatorisch und linear bewegbar ist, wobei eine erste Achse des ersten elektrischen Motors mit einer zweiten Achse des zweiten elektrischen Motors im wesentlichen über¬ einstimmt und die Linearbewegung mittels eines Gewindetriebes durchführbar ist. Kennzeichnend für eine derartige elektri¬ sche Maschine ist es, das der erste elektrische Motor und der zweite elektrische Motor einen Bereich gleicher axialer Posi- 200413182
tion aufweisen. Dies bedeutet, dass der erste elektrische Mo¬ tor ganz oder zumindest teilweise die gleiche axiale Position wie der zweite elektrische Motor aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungs¬ gemäßen elektrischen Maschinen ist der Ständer des ersten elektrischen Motors, welcher auch als erster Ständer bezeich¬ net ist, mittels einer Kühleinrichtung kühlbar. Auch der zweite Ständer des zweiten elektrischen Motors ist mittels einer Kühleinrichtung kühlbar. In vorteilhafter Weise weisen der erste Ständer und der zweite Ständer eine gemeinsame Kühleinrichtung auf, wobei die gemeinsame Kühleinrichtung insbesondere zwischen dem ersten Ständer und dem zweiten Ständer angeordnet ist. Die gemeinsame Kühleinrichtung ist beispielsweise wendelartig strukturiert, wobei beispielsweise Kühlschlangen, welche mit Kühlluft bzw. einer Kühlflüssigkeit beschickbar sind, an einer zylindrischen äußeren Seite des ersten Ständers verlaufen und gleichzeitig an einer inneren zylindrischen Seite des zweiten Ständers verlaufen, wobei der zweite elektrische Ständer, beispielsweise der Ständer eines Außenläufermotors ist. Durch die Verwendung einer Kühlein¬ richtung zur Kühlung zweier elektrischer Motoren ist eine verbesserte Kompaktheit der elektrischen Maschine erzielbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite elektrische Motor mittels eines Linearlagers mit dem Gewinde¬ triebmittel verbunden. Auf diese Weise ist das Gewindetrieb¬ mittel sowohl linear wie auch rotatorisch bewegbar.
Vorteilhaft ist es des Weiteren, wenn das Linearlager zumin¬ dest drei winkelsymmetrisch angeordnete Linearführungen auf¬ weist. Jede der Linearführungen weist beispielsweise eine Schiene und einen Laufwagen auf, wobei der Laufwagen eine Ku¬ gelkette (bzw. eine Kugelumlaufkette) aufweist. Linearlager können auch derart ausgebildet sein, dass diese ein Gleitla¬ ger, Wälzlager oder auch Kugellager aufweisen. 200413182
Vorteilhafter Weise ist der erste Läufer mittels eines Axial¬ lagers und mittels eines Radiallagers gelagert. Beide Lager sind in einer weiteren Ausgestaltung auch durch ein einziges Lager ersetzbar, wobei dieses Lager sowohl Radialkräfte wie auch Axialkräfte aufzunehmen hat. Ein Lager wird abhängig von der für dieses Lager vorgesehenen Belastungsrichtung als Axi¬ allager und/oder als Radiallager bezeichnet.
Die elektrische Maschine ist des Weiteren dahingehend aus- gestaltbar, dass der zweite Läufer mittels eines Radiallagers gelagert ist.
Die Lager des ersten Läufers und das Lager des zweiten Läu¬ fers weisen vorteilhafter Weise eine feste Verbindung mit ei- nem gemeinsamen Element auf. Das gemeinsame Element ist bei¬ spielsweise ein Gehäuseteil der elektrischen Maschine.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Gewin¬ detrieb eine Gewindespindel, wobei das Gewindetriebmittel ei- ne Gewindemutter ist, wobei die Gewindespindel insbesondere als eine Kugelgewindespindel ausgebildet ist.
Um die elektrische Maschine regeln zu können, weist sowohl der erste elektrische Motor als auch der zweite elektrische Motor zumindest einen Lagegeber auf. Die Lagegeber dienen ei¬ ner Positionsregelung beider elektrischer Motoren, wobei die Lagegeber insbesondere zwischen dem Ständer und dem Läufer positioniert sind.
Zur Regelung der elektrischen Maschine ist ein Regelungssys¬ tem vorgesehen. Das Regelungssystem ist derart ausgebildet, dass der erste elektrische Motor auf eine Winkeldifferenz zwischen einen erforderlichen Drehwinkel einer Antriebswelle und/oder auf einen Hub geregelt ist, wobei der Hub mittels der Spindelsteigung und dem Drehwinkel berechenbar ist. Der zweite elektrische Motor ist mittels des Regelsystems, bei¬ spielsweise auf den Drehwinkel der Antriebswelle regelbar. 200413182
Unter der Regelung des Drehwinkels ist beispielsweise eine Geschwindigkeitsregelung und/oder eine Positionsregelung ei¬ ner rotatorischen Bewegung zu verstehen.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einspritzeinrichtung für eine Spritzgießmaschine, welche eine Vortriebsschnecke aufweist und die elektrische Maschine in einer der obig be¬ schriebenen Ausgestaltungen zum Antreiben der Vortriebsschne¬ cke vorgesehen ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigt:
FIG 1 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen e- lektrischen Maschine und FIG 2 den prinzipiellen Aufbau einer Spritzgießmaschine und FIG 3 die Darstellung einer elektrischen Maschine.
Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt eine elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 weist einen ersten elektrischen Motor 3 und einen zweiten elektrischen Motor 9 auf. Der erste elektrische Motor 3 weist einen ersten Ständer 5 und einen ersten Läufer 7 auf. Der erste Läufer 7 weist Permanentmagne¬ te 8 auf. Der zweite elektrische Motor 9 weist einen zweiten Ständer 11 und einen zweiten Läufer 13 auf. Der zweite Läufer 13 weist Permanentmagnete 14 auf.
Mittels der elektrischen Maschine 1 sind rotatorische wie auch Linearbewegungen durchführbar. Zur Durchführung linearer Bewegungen ist eine Gewindespindel 17 vorgesehen. Auf der Ge¬ windespindel 17 sitzt eine Gewindemutter 19. Die Lagerung er¬ folgt beispielsweise über Kugeln so dass eine Gewinderollen- spindel vorliegt. Die Kugeln sind in der FIG 1 jedoch nicht dargestellt. Mittels der elektrischen Maschine ist sowohl ei¬ ne Linearbewegung als auch eine Drehbewegung (also eine rota- 200413182
torische Bewegung) erzeugbar, so dass die elektrische Maschi¬ ne einen Hubdrehantrieb darstellt. Der erste elektrische Mo¬ tor 3 und der zweite elektrische Motor 9 sind Hohlwellen¬ elektromotoren. Die elektrischen Motoren 3,9 sind koaxial zu einer Antriebswelle 23 angeordnet. Die Antriebswelle - insbe¬ sondere eine Achse der Antriebswelle) - kann auch mit den Achsen 10 der elektrischen Motoren 3, 9 fluchtend positio¬ niert sein. Bei einer fluchtenden Anordnung von Teilen gibt es Teile die sich nicht überlappen, jedoch in Ihrer Positio- nierung zueinander eine Flucht ausbilden. Fluchtend angeord¬ nete Teile sind hintereinander angeordnet.
Zur Realisierung eines kompakten Aufbaus der elektrischen Ma¬ schine 1 sind die elektrischen Motoren 3, 9 ineinander ver- schachtelt angeordnet. Der Ständer 5 des ersten elektrischen Motors 3 und der Ständer 11 des zweiten elektrischen Motors 9 sind an einem Maschinengehäuse 15 befestigt. Der Läufer 7 des ersten elektrischen Motors 3 und der Läufer 13 des zweiten elektrischen Motors 9 sind am Maschinengehäuse 15 gelagert, wobei die Lagerung auch beispielsweise mittels eines am Ma¬ schinengehäuse 15 angebrachten Elementes wie z.B. eines Stän¬ ders 5,11 erfolgt. Der Läufer 7 des ersten elektrischen Mo¬ tors und der Läufer 13 des zweiten elektrischen Motors 9 ist mit einem Kugelgewindetrieb verbunden. Der Kugelgewindetrieb weist zumindest die Gewindespindel 17 und die Gewindemutter
19 auf. Der Läufer 7 des ersten elektrischen Motors 3 ist mit der Gewindespindel 17 fest verbunden. Der Läufer 13 des zwei¬ ten elektrischen Motors 9 ist mit der Gewindemutter 19 des Kugelgewindetriebes über ein Linearlager 21 verbunden. Das Linearlager 21 weist beispielsweise Linearführungen mit einer Kugelkette auf. Die Gewindemutter 19 ist mit der Antriebswel¬ le 23 fest verbunden.
Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt des Weiteren einen Laufwa- gen 27 und eine Laufschiene 29 des Linearlagers 21. Das Line¬ arlager 21 ist mit einer Antriebswelle 23 verbunden. Die An¬ triebswelle 23 ist als Hohlrohr ausgeführt. Durch den Hohl- 200413182
räum des Hohlrohrs ergibt sich eine Freilassung in Form eines ringförmigen Hohlraumes für den Eintritt der Gewindespindel 17. Die Laufwägen 27 des Linearlagers 21, welches als Linear¬ führung ausgebildet ist, sind zum Läufer 13 des zweiten e- lektrischen Motors 9 über die Laufschienen 29 der Linearfüh¬ rung zur Antriebswelle 23 befestigt. Die Linearführung weist beispielsweise drei Laufwägen 27 bzw. drei Laufschienen 29 auf. Durch die Anzahl von drei Laufschienen 29 ist in einfa¬ cher Weise die lineare Bewegung der Antriebswelle 23 sicher- zustellen.
Der Läufer 7 des ersten elektrischen Motors 3 ist mittels ei¬ nes Axiallagers 31 und eines Radiallagers 33 am Maschinenge¬ häuse 15 gelagert. Der Läufer 13 des zweiten elektrischen Mo- tors 9 ist mittels eines Radiallagers 35 am Maschinengehäuse 15 gelagert.
Gemäß FIG 1 bildet sich durch die Positionierung des ersten elektrischen Motors 3 zum zweiten elektrischen Motor 9 ein Bereich 60 gleicher axialer Position aus. Die Achsen 10 der beiden elektrischen Motoren fallen dabei zusammen. Der Be¬ reich 60 gleicher axialer Position betrifft insbesondere ei¬ nen Bereich in dem der erste Läufer 7 zumindest teilweise die gleiche axiale Position aufweist, wie der zweite Läufer 13. Der erste elektrische Motor 3 weist die gleiche Achse 10 wie der zweite elektrische Motor 9 auf.
Zwischen dem Ständer 5 und dem Ständer 11 ist eine Kühlein¬ richtung 25 positioniert. Die Kühleinrichtung 25 weist ein Formteil 24 und ein Formteil 28 auf, wobei mittels der Form¬ teile die Kühlkanäle 26 ausgebildet sind. Die Kühlkanäle 26 sind beispielsweise zur Führung eines Kühlluftstromes bzw. einer Kühlflüssigkeit vorgesehen.
Sowohl der erste elektrische Motor 3 als auch der zweite e- lektrische Motor 9 sind beispielsweise als permanenterregte Drehstromsynchronmotoren mit Wicklungen in den Ständern 5 und 200413182
11 ausführbar. Die Läufer 7 und 13 weisen Permanentmagnete 8 auf. Die Drehstromsynchronmotoren 3,9 zeichnen sich durch ei¬ ne hohe Drehmomentdichte aus. Durch die Verwendung einer Hohlwelle kann für eine kompakte Bauweise der elektrischen Maschine gesorgt werden.
Zur Regelung der elektrischen Maschine 1 sind für die elekt¬ rischen Motoren 3,5 Lagegeber vorgesehen. Ein Lagegeber 37 ist zur Bestimmung der Lageposition des ersten elektrischen Motors 3 vorgesehen und ein Lagegeber 39 ist zur Positionsbe¬ stimmung des zweiten elektrischen Motors 9 vorgesehen. Mit¬ tels der Lagegeber sind die elektrischen Motor 3,9 in ihrer Position bzw. Geschwindigkeit regelbar. Der erste elektrische Motor 3 wird beispielsweise auf eine Winkeldifferenz φi zwi- sehen dem erforderlichen Drehwinkel φ der Antriebswelle 11 und dem durch Spindelsteigung h zum Drehwinkel umgerechneten erforderlichen Hub X geregelt.
Der zweite Motor 2 wird auf den erforderlichen Drehwinkel φ der Antriebswelle 11 geregelt.
Die Winkel-Sollwerte φi für den ersten Motor 1 und φ2 für den zweiten Motor 2 werden wie folgt berechnet:
Figure imgf000011_0001
wobei: φ Winkel-Sollwert für die Antriebswelle in Grad
X Hub-sollwert für Antriebswelle in Meter φi Winkelsollwert für den ersten Motor in Grad φ2 Winkelsollwert für den zweiten Motor in Grad h Spindelsteigung für Kugelgewindetrieb in Meter
Die Drehmomente Ml für den ersten Motor 1 und M2 für den zweiten Motor 2 werden wie folgt berechnet:
Mi = -F*h/ (2π) 200413182
M2 = M - Mi
wobei: F Kraft-Sollwert an der Antriebswelle in N
M Drehmoment-Sollwert an der Antriebswelle in Nm Mi Drehmoment für den ersten Motor in Nm
M2 Drehmoment für den zweiten Motor in Nm
H Spindelsteigung für Kugelgewindetrieb in Meter
Infolge der festen Verbindung der Antriebswelle mit der Ge- windemutter, und nicht mit der Gewindespindel, wie es bei der bekannten Lösung der Fall ist, wird die Gewindespindel ver¬ einfacht, weil diese keine interne Linearlager mehr benötigt und mit einer Standardspindel ausgeführt werden kann. Infolge des Einbaus der beiden Motoren ineinander, und nicht neben- einander, erreicht man eine sehr kompakte Bauweise, wobei da¬ mit die Gesamtlänge des Antriebs reduzierbar ist. Dank der Ausführung des ersten Motors 3 als Innenläufer-Motor und des zweiten Motors 9 als Außenläufer-Motor und dem Einbau eines Wasserkühlers 25 zwischen den Ständern 5,11 beider Motoren wird zusätzlich Einbauraum für Wasserkühler 25 gespart, weil ein Kühler beide Motoren 3,9 kühlt.
Die Darstellung gemäß FIG 2 zeigt schematisch eine Kunst¬ stoffSpritzgießmaschine 1, welche eine Einspritzeinrichtung 64 aufweist. Innerhalb eines Schneckengehäuses 53 ist eine
Vortriebsschnecke 49 angeordnet. Die Vortriebsschnecke 49 ist beispielsweise an die Antriebswelle 23 gekoppelt. Die An¬ triebswelle 23 ist mittels der elektrischen Maschine 1 antreibbar. Die Regelung der elektrischen Maschine erfolgt mittels des Regelungssystems 41. Bei der Kunststoffspritz- gießmaschine 55 wird ein Kunststoffgranulat, welches der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist, in einen Trichter 41 eingefüllt und gelangt über eine Öffnung in das Schneckengehäuse 53. Die Vortriebsschnecke 49, die schrauben- förmig ausgebildet ist, wird durch die elektrische Maschine 1 angetrieben und fördert das Kunststoffgranulat in den Vor¬ triebsschneckenraum 51. Entlang dem Schneckengehäuse 53 be- 200413182
finden sich in Achsrichtung üblicherweise Heizstrecken die dazu beitragen, dass das Kunststoffgranulat dem Vortriebs¬ schneckenvorraum 51 in plastifizierter Form vorliegt. Die Heizstrecken sind in der vereinfachten Darstellung der Kunst- stoffSpritzgießmaschine 55 gemäß FIG 2 nicht dargestellt. Das plastifizierte und fließfähige Kunststoffmaterial wird aus einer düsenförmigen Öffnung des Schneckengehäuses 53 in ein Kunststoffspritzgießform eingebracht. Die Kunststoffspritz- gießform weist beispielsweise zwei Formteile 45 und 47 auf. Das fließfähige plastifizierte Kunststoffmaterial erstarrt in der Kunststoffspritzgießform und kann nach dem Spritzvorgang durch das Auseinanderbewegen der Formteile 45 und 47 aus der Form gelöst werden.
Die Darstellung gemäß FIG 3 zeigt eine elektrische Maschine 1 in perspektivischer Darstellung, wobei die entsprechenden Be¬ zugszeichen gemäß der FIG 1 und 2 verwendet sind. Die Dar¬ stellung zeigt die Antriebswelle 23 und eine Laufschiene 29. Ferner sind die möglichen Bewegungsrichtungen 66 und 68 in einer rotatorischen Richtung 68 und einer linearen Richtung 66 gezeigt. Das Maschinengehäuse 15 kann dabei als ortsfest betrachtet werden.

Claims

200413182Patentansprüche
1. Elektrische Maschine (1), welche insbesondere als Antrieb für eine Spritzgießmaschine vorgesehen ist, wobei die elekt- rische Maschine (1) zur Ausführung einer Linearbewegung einen ersten elektrischen Motor (3) und zur Ausführung einer Dreh¬ bewegung einen zweiten elektrischen Motor (9) aufweist, wobei mittels der Drehbewegung und der Linearbewegung ein bewegba¬ res Mittel (23) rotatorisch und linear bewegbar ist, wobei eine erste Achse (10) des ersten elektrischen Motors (3) mit einer zweiten Achse (10) des zweiten elektrischen Motors (9) im wesentlichen übereinstimmt und die Linearbewegung mittels eines Gewindetriebes (17 ) durchführbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein erster Läufer (7) des ersten elektrischen Motors (3) mit dem Gewindetrieb (17) di¬ rekt verbunden ist und ein zweiter Läufer (13) des zweiten elektrischen Motors (9) mit einem Gewindetriebmittel (19) des Gewindetriebes (17) verbunden ist.
2. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der erste elektrische Mo¬ tor (3) und der zweite elektrische Motor (9) einen Bereich (60 ) gleicher axialer Position aufweisen.
3. Elektrische Maschine (1) nach dem Oberbegriff des An¬ spruchs 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der erste elektrische Motor (3) und der zweite elektri¬ sche Motor (9) einen Bereich (60) gleicher axialer Position aufweisen.
4. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein erster Ständer (5) des ersten elektrischen Motors (3) und ein zwei¬ ter Ständer (11) des zweiten elektrischen Motors (9) eine ge- meinsame Kühleinrichtung (26) aufweisen, wobei die gemeinsame Kühleinrichtung (26) zwischen dem ersten Ständer (5) und dem zweiten Ständer (11) angeordnet ist. 200413182
5. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der zweite elektrische Motor (9) mittels eines Linearlagers (21) mit dem Gewindetriebmittel (19) verbunden ist.
6. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der erste Läufer (7) mittels eines Axiallagers (31) und mittels eines Radiallagers (33) gelagert ist.
7. Elektrische Maschine ( ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der zweite Läufer (13) mittels eines Radiallagers gelagert ist, wobei insbesondere das Axiallager und/oder die Radiallager eine feste Verbindung mit einem gemeinsamen Element (15) aufwei¬ sen.
8. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Gewin- detrieb (17) eine Gewindespindel (17) ist, wobei das Gewinde¬ triebmittel (19) eine Gewindemutter (19) ist, wobei die Ge¬ windespindel (17) insbesondere eine Kugelgewindespindel (17) ist.
9. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Rege¬ lungssystem (62) vorgesehen ist, wobei mittels des Regelungs¬ systems (41) : a) der erste elektrische Motor (3) auf eine Winkeldifferenz zwischen einem erforderlichen Drehwinkel einer Antriebs¬ welle (23) und/oder auf einen Hub geregelt ist, wobei der Hub mittels Spindelsteigung und Drehwinkel berechenbar ist und b) der zweite elektrische Motor (9) auf den Drehwinkel der Antriebswelle (23) regelbar ist. 200413182
10. Einspritzeinrichtung (64) für eine Spritzgießmaschine (55) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die¬ se eine Vortriebsschnecke (49) aufweist und eine elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Vor¬ triebsschnecke (49) mittels der elektrischen Maschine (1) antreibbar ist.
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