WO2008031891A1 - Antriebseinheit - Google Patents

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WO2008031891A1 PCT/EP2007/059724 EP2007059724W WO2008031891A1 WO 2008031891 A1 WO2008031891 A1 WO 2008031891A1 EP 2007059724 W EP2007059724 W EP 2007059724W WO 2008031891 A1 WO2008031891 A1 WO 2008031891A1
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housing
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Marko Pfeifer
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Ina Drives & Mechatronics Gmbh & Co. Ohg
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    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H2025/2062—Arrangements for driving the actuator
    • F16H2025/2075—Coaxial drive motors
    • F16H2025/2078—Coaxial drive motors the rotor being integrated with the nut or screw body

Definitions

  • the invention relates to a drive unit with a suitable for direct drive of a spindle nut electric motor which comprises a hollow shaft rotor and a stator, wherein the hollow shaft rotor and the stator are arranged in a common housing and also the spindle nut can be arranged in this housing.
  • a drive unit according to the preamble of claim 1 is known for example from DE 41 04 759 C2. This is a linear actuation device, which in particular should be suitable for the positioning of welding guns on automated assembly lines.
  • This arrival device comprises a threaded spindle and a spindle nut, which is driven by two torque motors.
  • the torque motors have a common hollow shaft, which is connected against rotation with the spindle nut. To prevent rotation a feather key is provided.
  • a drive device comprising a spindle nut, namely a linear actuator, is known from EP 1 089 019 B1. Also in this case, the spindle nut is rotatably connected to a hollow shaft rotor via a feather key.
  • a drive unit with an electric motor is known, which comprises a hollow shaft rotor, wherein the stator is designed as a spindle nut of a screw drive.
  • the invention has for its object to provide an electric direct drive for a cooperating with a threaded spindle nut suitable drive unit, which comprises a hollow shaft rotor and is characterized by a special easy mounting and dismounting.
  • a drive unit with the features of claim 1.
  • Essential components of the drive unit are a hollow shaft rotor and a stator as parts of an electric motor, which is adapted to directly drive a co-operating with a threaded spindle nut.
  • the spindle nut which does not necessarily belong to the components of the drive unit, can be arranged completely in a common housing together with the rotor and the stator of the electric motor, in particular torque motor.
  • a screw connection is provided, wherein a plurality of screws are arranged parallel to the axis of rotation of the electric motor and, penetrating a respective bore in the spindle nut, directly into the hollow shaft rotor can be screwed.
  • the screw allows a backlash-free, reversible attachment of the hollow shaft rotor to the spindle nut.
  • the spindle nut has a hollow cylindrical section, which preferably adjoins a flange, which is radially inside the hollow shaft rotor is arranged and whose length corresponds to at least half the length of the housing.
  • the bores are arranged in an advantageous embodiment in the flange of the spindle nut, preferably on an imaginary circular line.
  • the flange of the spindle nut preferably has four, six or eight holes.
  • the hollow shaft rotor of the electric motor provided for the direct drive of the spindle nut is mounted in the housing by means of a roller bearing.
  • the rolling bearing is preferably constructed as a two- or more-row bearing or in the form of at least two angular contact ball bearings.
  • the hollow shaft rotor is mounted without play in the housing by means of rolling bearings.
  • a particularly compact design of the drive unit is given by the fact that the spindle nut does not protrude from the housing of the electric motor.
  • the outer surface of the spindle nut is aligned with a front side of the housing.
  • an angle measuring device is additionally arranged in the common housing of the electric motor and the spindle nut, which allows an absolute or incremental measurement of the angular position of the hollow shaft rotor relative to the housing.
  • the single FIGURE shows a sectional view of a drive unit generally designated by the reference numeral 1.
  • the drive unit 1 comprises a spindle nut 2 and an electric motor 3, namely a torque motor designed as a permanent magnet synchronous motor, in a common housing 4.
  • the spindle nut 2 directly driven by the electric motor 3 cooperates with a threaded spindle 5.
  • the measured in the axial direction of the electric motor 3 length of the housing 4 is denoted by L, the diameter D.
  • the spindle nut 2 does not project beyond the outer contours of the housing 4, wherein a flange 6 of the spindle nut 2 terminates flush with an end face 7 of the housing 4.
  • the flange 6 of the spindle nut 2 is adjoined by a hollow-cylindrical section 8 whose length L s is more than 75% of the length L of the housing 4.
  • the hollow cylindrical portion 8 is surrounded by a hollow shaft rotor 9 of the electric motor 3.
  • a rotationally fixed connection between the hollow shaft rotor 9 and the spindle nut 2 is ensured by a screw 10, wherein a plurality of screws 1 1 each penetrate a bore 12 in the flange 6 of the spindle nut 2 and are screwed into a threaded bore 13 in the hollow shaft rotor 9. All holes 12 and threaded holes 13 are equidistant from the axis of rotation of the hollow shaft rotor 9, that is, to the axis of symmetry of the threaded spindle 5, respectively.
  • the screws 1 1 do not protrude beyond the outer contour of the housing 4. Due to the arrangement of the screw 10 on the end face 7 of the housing 4, a simple screwing or loosening the screws 1 1 is possible at any time.
  • the structure of the drive unit 1 has the advantage that a spindle nut 2 with a uniform hole pattern is suitable for connection to different electric motors 3, these differing not with respect to the diameter D, but only with respect to the length L. So- With a simple adaptation of the drive unit 1 to different power requirements is possible.
  • the hollow shaft rotor 9 and therefore also the spindle nut 2 rigidly connected thereto are mounted in the electric motor 3 by means of a bearing 14.
  • This is designed as a rolling bearing whose inner ring 15 is rotatably connected to the hollow shaft rotor 9 and the outer ring 16 with the housing 4 and stator 17 of the electric motor 3.
  • Within the housing 4 is further an angle measuring device 18, which indicates the angular position of the hollow shaft rotor 9 relative to the housing 4 and the stator 17 or the change in the angular position of the hollow shaft rotor 9.
  • a measuring system can be provided which directly detects the linear position of the housing 4 relative to the threaded spindle 5.

Abstract

Eine Antriebseinheit (1) umfasst einen einen Hohlwellenrotor (9) und einen Stator (17) aufweisenden Elektromotor (3), welcher zum Direktantrieb einer Spindelmutter (2) vorgesehen ist, die in dem Gehäuse (4) des Elektromotors (3) angeordnet ist. Die Spindelmutter (2) ist mit dem Hohlwellenrotor (9) verschraubbar, wobei mehrere in axialer Richtung des Hohlwellenrotors (9) angeordnete Schrauben (11) jeweils eine Bohrung (12) in der Spindelmutter (2) durchdringen und in eine Gewindebohrung (13) im Hohlwellenrotor (9) einschraubbar sind.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Antriebseinheit
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit einem zum Direktantrieb einer Spindelmutter geeigneten Elektromotor, welcher einen Hohlwellenrotor und einen Stator umfasst, wobei der Hohlwellenrotor und der Stator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und auch die Spindelmutter in diesem Gehäuse anordenbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Eine Antriebseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der DE 41 04 759 C2 bekannt. Es handelt sich hierbei um eine Linearbetä- tigungsvorrichtung, die insbeondere zur Positionierung von Schweißpistolen an automatisierten Montagestraßen geeignet sein soll.
Eine weitere Antriebseinheit ist aus der DE 101 58 870 A1 bekannt. Diese An- thebsvorrichtung umfasst eine Gewindespindel und eine Spindelmutter, welche mit zwei Torquemotoren angetrieben ist. Die Torquemotoren besitzen eine gemeinsame Hohlwelle, welche mit der Spindelmutter verdrehsicher verbunden ist. Zur Verdrehsicherung ist eine Passfeder vorgesehen.
Eine weitere eine Spindelmutter umfassende Antriebsvorrichtung, nämlich ein Linearstellglied, ist aus der EP 1 089 019 B1 bekannt. Auch in diesem Fall ist die Spindelmutter mit einem Hohlwellenrotor über eine Passfeder drehfest verbunden. Aus der DE 103 35 694 A1 ist eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor bekannt, welcher einen Hohlwellenrotor umfasst, wobei der Stator als Spindelmutter eines Gewindetriebes ausgeführt ist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zum elektrischen Direktantrieb einer mit einer Gewindespindel zusammenwirkenden Spindelmutter geeignete Antriebseinheit anzugeben, welche einen Hohlwellenrotor umfasst und sich durch eine besonderes einfach Montage- und Demontagemöglichkeit auszeichnet.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Wesentliche Komponenten der Antriebseinheit sind ein Hohlwellenrotor und ein Stator als Teile eines Elektromotors, welcher dazu geeignet ist, eine mit einer Gewindespindel zusammenwirkende Spindelmutter direkt anzutreiben. Die Spindelmutter, welche nicht zwingend zu den Komponenten der Antriebseinheit zählt, ist zusammen mit dem Rotor und dem Stator des Elektromotors, insbesondere Torquemotors, vollständig in einem gemeinsamen Gehäuse anordenbar. Zur drehfesten Verbindung der Spindelmutter mit dem Hohlwellenrotor ist eine Verschraubung vorgesehen, wobei mehrere Schrauben parallel zur Rotationsachse des Elektromotors angeordnet sind und, jeweils eine Bohrung in der Spindelmutter durchdringend, direkt in den Hohlwellenrotor einschraubbar sind. Die Verschraubung ermöglicht eine spielfreie, reversible Befestigung des Hohlwellenrotors an der Spindelmutter.
Die Spindelmutter weist einen vorzugsweise an einen Flansch anschließenden hohlzylindrischen Abschnitt auf, welcher radial innerhalb des Hohlwellenrotors angeordnet ist und dessen Länge mindestens der Hälfte der Länge des Gehäuses entspricht. Die Bohrungen sind hierbei in vorteilhafter Ausgestaltung im Flansch der Spindelmutter, vorzugsweise auf einer gedachten Kreislinie, angeordnet. Durch mehrere symmetrisch zur Rotationsachse des Hohlwellenrotors im Flansch angeordnete Bohrungen ist die Kreislinie beispielsweise mit einer 30°-Teilung, einer 45°-Teilung, einer 60°-Teilung oder einer 90°-Teilung unterteilt. Insgesamt weist der Flansch der Spindelmutter vorzugsweise vier, sechs oder acht Bohrungen auf.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Hohlwellenrotor des zum Direktantrieb der Spindelmutter vorgesehenen Elektromotors mittels eines Wälzlagers im Gehäuse gelagert. Die Wälzlagerung ist vorzugsweise als zwei- oder mehr-reihiges Lager oder in Form von mindestens zwei Schrägkugellagern aufgebaut. In jedem Fall ist der Hohlwellenrotor mittels der Wälzlagerung im Gehäuse spielfrei gelagert.
Ein besonders kompakter Aufbau der Antriebseinheit ist dadurch gegeben, dass die Spindelmutter nicht aus dem Gehäuse des Elektromotors herausragt. Vorzugsweise fluchtet die außenliegende Oberfläche der Spindelmutter mit einer Stirnseite des Gehäuses.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist im gemeinsamen Gehäuse des Elektromotors und der Spindelmutter zusätzlich eine Winkelmesseinrichtung angeordnet, welche eine absolute oder inkrementale Messung der Winkellage des Hohlwellenrotors relativ zum Gehäuse ermöglicht.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Beschreibung der Zeichnung
Die einzige Figur zeigt in einer Schnittdarstellung eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet Antriebseinheit. Die Antriebseinheit 1 umfasst eine Spindelmutter 2 und einen Elektromotor 3, nämlich einen als permanentmagneterregten Synchronmotor ausgebildeten Torquemotor, in einem gemeinsamen Gehäuse 4. Die vom Elektromotor 3 direkt angetriebene Spindelmutter 2 wirkt mit einer Gewindespindel 5 zusammen. Für die Funktion der Antriebseinheit 1 ist es ohne Relevanz, ob innerhalb einer größeren Konstruktion die Gewindespindel 5 oder das Gehäuse 4 als bewegtes Teil vorgesehen ist.
Die in axialer Richtung des Elektromotors 3 gemessene Länge des Gehäuses 4 ist mit L, der Durchmesser mit D bezeichnet. Die Spindelmutter 2 ragt im darge- stellten Längsschnitt nicht über die Außenkonturen des Gehäuses 4 hinaus, wobei ein Flansch 6 der Spindelmutter 2 bündig mit einer Stirnseite 7 des Gehäuses 4 abschließt. An den Flansch 6 der Spindelmutter 2 schließt sich ein hohlzylindrischer Abschnitt 8 an, dessen Länge Ls mehr als 75% der Länge L des Gehäuses 4 beträgt. Der hohlzylindrische Abschnitt 8 ist umgeben von ei- nem Hohlwellenrotor 9 des Elektromotors 3. Eine drehfeste Verbindung zwischen dem Hohlwellenrotor 9 und der Spindelmutter 2 ist sichergestellt durch eine Verschraubung 10, wobei mehrere Schrauben 1 1 jeweils eine Bohrung 12 im Flansch 6 der Spindelmutter 2 durchdringen und in eine Gewindebohrung 13 im Hohlwellenrotor 9 eingeschraubt sind. Sämtliche Bohrungen 12 und Gewindebohrungen 13 sind äquidistant zur Rotationsachse des Hohlwellenrotors 9, das heißt zur Symmetrieachse der Gewindespindel 5, angeordnet. Die Schrauben 1 1 ragen nicht über die Außenkontur des Gehäuses 4 hinaus. Durch die Anordnung der Verschraubung 10 an der Stirnseite 7 des Gehäuses 4 ist jederzeit ein einfaches Einschrauben bzw. Lösen der Schrauben 1 1 möglich. Zudem hat der Aufbau der Antriebseinheit 1 den Vorteil, dass eine Spindelmutter 2 mit einheitlichem Bohrbild zur Verbindung mit unterschiedlichen Elektromotoren 3 geeignet ist, wobei sich diese nicht hinsichtlich des Durchmesser D, sondern ausschließlich hinsichtlich der Länge L unterscheiden. So- mit ist eine einfache Anpassung der Antriebseinheit 1 an unterschiedliche Leistungsanforderungen möglich.
Der Hohlwellenrotor 9 und damit auch die mit diesem starr verbundene Spin- delmutter 2 ist im Elektromotor 3 mittels eines Lagers 14 gelagert. Dieses ist als Wälzlager ausgebildet, dessen Innenring 15 mit dem Hohlwellenrotor 9 und dessen Außenring 16 mit dem Gehäuse 4 sowie Stator 17 des Elektromotors 3 drehfest verbunden ist. Innerhalb des Gehäuses 4 ist weiter eine Winkelmesseinrichtung 18, die die Winkellage des Hohlwellenrotors 9 relativ zum Gehäu- se 4 und zum Stator 17 oder die Änderung der Winkellage des Hohlwellenrotors 9 angibt. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Messsystem vorgesehen sein, welches direkt die lineare Position des Gehäuses 4 relativ zur Gewindespindel 5 detektiert.
Bezugszeichenliste
1 Antriebseinheit
2 Spindelmutter
3 Elektromotor
4 Gehäuse
5 Gewindespindel
6 Flansch
7 Stirnseite
8 hohlzylindrischer Abschnitt
9 Hohlwellenrotor
10 Verschraubung
11 Schraube
12 Bohrung
13 Gewindebohrung
14 Lager
15 Innenring
16 Außenring
17 Stator
18 Winkelmesseinrichtung
D Durchmesser
L Länge des Gehäuses
Ls Länge des hohlzylindrischen Abschnitts

Claims

Patentansprüche
1. Antriebseinheit, mit einem einen Hohlwellenrotor (9) und einen Stator (17) aufweisenden Elektromotor (3), welcher zum Direktantrieb einer in dem Gehäuse (4) des Elektromotors (3) anordenbaren Spindelmutter (2) geeignet ist, wobei eine zur Befestigung der Spindelmutter (2) am Hohlwellenrotor (9) geeignete Verschraubung (10) vorgesehen ist und wobei mehrere in axialer Richtung des Hohlwellenrotors (9) angeordnete Schrauben (1 1 ), die geeignet sind, jeweils eine Bohrung (12) in der Spindelmutter (2) zu durchdringen, in eine Gewindebohrung (13) im
Hohlwellenrotor (9) einschraubbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (2) einen hohlzylindrischen Abschnitt (8) aufweist, dessen Länge (Ls) mindestens der Hälfte der in axialer Richtung gemessenen Länge (L) des Gehäuses (4) entspricht.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlwellenrotor (9) mit einem Flansch (6) der Spindelmutter (2) verschraubt ist, wobei Bohrungen (12) im Flansch (6) der Spindelmutter (2) angeordnet sind.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (12) auf einer zur Rotationsachse des Hohlwellenrotors (9) symmetrischen Kreislinie angeordnet sind.
4. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (12) mit einer 30°-Teilung auf der Kreislinie angeordnet sind.
5. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (12) mit einer 45°-Teilung auf der Kreislinie angeordnet sind.
6. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (12) mit einer 60°-Teilung auf der Kreislinie angeordnet sind.
7. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (12) mit einer 90°-Teilung auf der Kreislinie angeordnet sind.
8. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (6) mit einer Stirnseite (7) des Gehäuses (4) fluchtet.
9. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlwellenrotor (9) mittels eines mehrreihigen Wälzlagers (14) im Gehäuse (4) gelagert ist.
10. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine im Gehäuse (4) angeordnete Winkelmesseinrichtung (18).
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