DE19512080C2 - Elektrisches Stellglied - Google Patents
Elektrisches StellgliedInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches
Stellglied nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektrische Stellglieder oder Betätigungselemente werden
bekannterweise zur Förderung von Werkstücken eingesetzt. Ein
herkömmliches elektrisches Stellglied ist in Fig. 16
dargestellt.
Das herkömmliche elektrische Stellglied, das in Fig. 16 mit
dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist, umfaßt im wesentlichen
einen Elektromotor 10, der an einem Stellgliedrahmen 20
befestigt ist und eine Motorwelle 16 aufweist, eine Antriebs
kraftübertragungseinrichtung, wie eine Kugelspindel oder
Förderspindel 4, für die Umsetzung einer rotierenden Antriebs
kraft der Motorwelle 16 in eine lineare Bewegung und die
Übertragung der linearen Bewegung auf ein anderes Element,
sowie eine Mutter 6, die in axialer Richtung der Kugelspindel
verschiebbar ist, um einen nicht dargestellten Gleittisch in
Längsrichtung des Stellgliedrahmens 20 zu bewegen.
Zwischen dem Elektromotor 10 und der Kugelumlaufspindel 4 ist
eine Kupplung 30 angeordnet, die die Motorwelle 16 und die
Kugelspindel 4 koaxial verbindet, um die Rotation der
Motorwelle 16 auf die Kugelspindel 4 zu übertragen. Die
Kugelspindel 4 ist an ihrem einen, von der Kupplung 30
entfernten Ende drehbar von einem Halteblock 22 gehalten. Ein
Encoder 12 ist in der Nähe des Elektromotors 10 oder ein
stückig mit dem Elektromotor 10 ausgebildet vorgesehen, um
eine Drehgeschwindigkeit oder eine Winkelverschiebung des
Elektromotors 10 festzustellen.
Bei dem Stellglied 2 ist die
Kupplung 30 erforderlich, um die Kugelumlaufspindel 4 und die
Motorwelle 16 koaxial miteinander zu verbinden. Eine Vielzahl
von Lagern 24, 26, 34, 42 ist in einem Lagerblock 8, einer
Verbindung 18 und einer Antriebseinheit 14 vorgesehen, um die
Kugelspindel 4 und die Motorwelle 16 koaxial zueinander zu
halten.
Es erfordert viel Zeit und Kosten, die obengenannten zahlrei
chen Komponenten des elektrischen Stellgliedes 2 zusammen
zusetzen. Die Kupplung 30 nimmt einen zusätzlichen Raum ein
unabhängig von einem Bereich, in welchem der Gleittisch in
Längsrichtung des Stellgliedrahmens 20 bewegbar ist. Der von
der Kupplung 30 eingenommene Raum bringt eine Begrenzung des
Bereichs der Bewegung des Gleittischs mit sich, so daß der
Gleittisch sich nicht über die volle Länge des Stellgliedrah
mens 20 bewegen kann.
Aus der US 4,201,935 ist ein elektrisches Stellglied bekannt
ist, das über einen Gleichstrommotor einen Tisch entlang eines
länglichen Rahmens verschiebt. Die Motorwelle des Gleichstrom
motors ist über eine Kupplung mit einer Förderspindel
verbunden, entlang der sich der Tisch linear bewegt. Die
Kupplung vergrößert jedoch zwangsläufig den Bauraum des
Stellgliedes, ohne den Verschiebeweg des Tisches zu verlän
gern. Erreicht der Tisch seine Endposition, so betätigt er
einen Endschalter und der Motor wird abgeschaltet.
Aus der US 5,041,748 geht ein elektromechanisches Stellglied
hervor, das eine mit einem Motor verbundene und ein Gewinde
aufweisende Spindel aufweist, die durch Drehen einer ebenfalls
mit einem Gewinde versehenen, zwischen Spindel und Gehäuse
angebrachten Stange translatorisch bewegt wird. Ferner sind
neben dem Motor magnetische Detektoren vorgesehen, die grobe
und feine Positionssignale zur genauen Positionierung des
Motors an eine Steuerung übermitteln.
Die US 3,660,704 beschreibt ein Stellglied, bei dem ein
Gleichstrommotor einen Kugelspindelmechanismus antreibt, um
eine Drehbewegung des Motors als lineare Bewegung zu über
tragen. Eine Positions-, Geschwindigkeits- oder Beschleuni
gungssteuerung des Motors ist jedoch nicht vorgesehen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elek
trisches Stellglied mit den eingangs genannten Merkmalen kompakter Gestalt zu schaffen.
Diese Aufgabe wird
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unter
ansprüchen.
Das elektrische Stellglied weist keine Kupplung auf, sondern
der Servomotor und die Antriebskraftübertragungsmittel sind
einstückig miteinander ausgebildet. Daher erfordert das
elektrische Stellglied keinen Raum zur Aufnahme irgendeiner
Kupplung, die andernfalls notwendig wäre, um den Servomotor
und die Antriebskraftübertragungsmittel miteinander zu
verbinden. Dementsprechend wird der Bereich, in welchem der
Tischmechanismus verschiebbar ist, in einem solchen Maße
vergrößert, daß
der Tischmechanismus sich über im wesentlichen die gesamte
Länge des elektrischen Stellglieds bewegen kann.
Da der Servomotor des Detektors und die Antriebskraftübertragungsmittel in
der Einheit kombiniert sind, können sie einfach als Einheit
an dem Rahmen installiert werden. Demzufolge kann das aus
vielen Komponenten zusammengesetzte elektrische Stellglied in
effizienter Weise in relativ kurzer Zeit zusammengesetzt
werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei
spielen und der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines elektrischen
Stellglieds gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt des in Fig. 1 dar
gestellten elektrischen Stellglieds,
Fig. 4A und 4B eine perspektivische Ansicht eines modifizierten
Führungselements,
Fig. 5 einen Querschnitt separater Statorkerne, die in
kreisförmiger Konfiguration zusammengesetzt sind,
Fig. 6 einen teilweisen Längsschnitt eines elektrischen
Stellglieds gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 7A und 7B Diagramme, die den Prozeß der Steuerung eines
Encoders darstellen,
Fig. 8A und 8B Teillängsschnitte eines elektrischen Stellglieds
gemäß der zweiten Ausführungsform
und einer Modifikation davon,
Fig. 9A und 9B Teillängsschnitte abgewandelter magnetischer
Encoder,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines elektrischen
Stellglieds gemäß einer vierten Ausführungsform,
Fig. 11 eine perspektivische Explosionsdarstellung des in
Fig. 10 dargestellten elektrischen Stellglieds,
Fig. 12 eine teilweise geschnittene abgebrochene Seiten
ansicht des in Fig. 10 dargestellten elektrischen
Stellglieds,
Fig. 13 einen Querschnitt entlang der Linie XIII-XIII in
Fig. 10,
Fig. 14 einen Querschnitt eines Motors einer Antriebsein
heit des in Fig. 10 dargestellten elektrischen
Stellglieds,
Fig. 15 einen Querschnitt eines Encoders der Antriebsein
heit des in Fig. 10 dargestellten elektrischen
Stellglieds und
Fig. 16 einen teilweisen Längsschnitt eines herkömmlichen
elektrischen Stellglieds.
Ein elektrisches Stellglied gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.
Das in den Fig. 1 bis 3 generell mit dem Bezugszeichen 50
bezeichnete elektrische Stellglied bzw. Betätigungselement
umfaßt einen länglichen Rahmen 52 als Grundkörper, ein Paar
länglicher Seitenabdeckungen 54a, 54b, die jeweils auf in
Querrichtung gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 52
angebracht sind, ein Paar von Endabdeckungen 56, 57, die
jeweils an gegenüberliegenden Längsenden des Rahmens 52
angebracht sind und eine längliche obere Abdeckung 58, die in
obere Flächen der Seitenabdeckungen 54a, 54b eingreift.
An dem Rahmen 52 sind ein Antriebsmechanismus 60, der an einem
Ende des Rahmens 52 befestigt ist und ein Ende einer Kugel
umlaufspindel 62 trägt, ein Lagerblock 64, der an dem anderen
Ende des Rahmens 52 befestigt ist und das andere Ende der
Kugelspindel 62 trägt, und ein Tischmechanismus 66 befestigt,
der durch Drehung der Kugelspindel 62 linear zwischen dem
Antriebsmechanismus 60 und dem Lagerblock 64 verschiebbar ist.
Ein Paar von in Querrichtung beabstandeten Führungselementen
68a, 68b ist an der oberen Fläche des Rahmens 52 befestigt,
um den Tischmechanismus 66 linear zu führen, wenn der
Tischmechanismus 66 durch die Kugelspindel 62 verschoben wird.
Der Lagerblock 64 umfaßt einen Halteblock 22, der an dem
Rahmen 52 befestigt ist, und das andere Ende der Kugelspindel
62 ist über ein Lager 24 drehbar in dem Halteblock 22
aufgenommen.
Der Rahmen 52 hat zwei in Querrichtung beabstandete Nuten 70a,
70b mit identischem T-förmigem Querschnitt, die an seiner
unteren Fläche ausgebildet sind und sich parallel zueinander
in Längsrichtung des Rahmens 52 erstrecken. Die in Quer
richtung gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 52 weisen
entsprechende darin ausgebildete Eingriffsnuten 72a, 72b auf,
die sich zur Befestigung der Seitenabdeckungen 54a, 54b in
Längsrichtung entlang des Rahmens 52 erstrecken. Der Rahmen
52 weist außerdem Längsdurchgänge 74a, 74b, 76a, 76b auf, die
darin zur Aufnahme von elektrischen Drähten und Förderfluiden
ausgebildet sind. Der Rahmen 52 weist ein Paar von Be
festigungsnuten 77a, 77b auf, die an seiner oberen Fläche in
der Nähe der Durchgänge 76a, 76b zur Befestigung von Detekto
ren, wie automatischen Schaltern oder dgl., vorgesehen sind.
Die Befestigungsnuten 77a, 77b dienen auch als Verdrahtungs
nuten zur Aufnahme von Leitungen, die mit den Detektoren
verbunden sind.
Die Seitenabdeckungen 54a, 54b weisen jeweils im wesentlichen
L-förmige Haken 78a, 78b auf, die an ihren Innenseiten für den
Eingriff in die entsprechenden Eingriffsnuten 72a, 72b
vorgesehen sind. Die Haken 78a, 78b können in die ent
sprechenden Eingriffsnuten 72a, 72b eingesetzt werden, wenn
die Seitenabdeckungen 54a, 54b schräg nach unten gegen die in
Querrichtung gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 52 gepreßt
werden. Zur Abnahme der Seitenabdeckungen 54a, 54b von dem
Rahmen 52 werden die Seitenabdeckungen 54a, 54b jeweils nach
oben weg von den in Querrichtung gegenüberliegenden Seiten des
Rahmens 52 gezogen. Daher können die Seitenabdeckungen 54a, 54b
einfach an dem Rahmen 52 befestigt und von diesem entfernt
werden.
Wie in Fig. 2 dargestellt, umfaßt der Tischmechanismus eine
Kugelspindelhülse 80 zur Umsetzung der Drehbewegung der
Kugelspindel 62 in eine lineare Bewegung, ein Paar von
Tischblöcken 82a, 82b, die jeweils in Querrichtung gegen
überliegende Seiten der Kugelspindelhülse 80 halten, und ein
Paar von Haltern 84a, 84b mit kanalförmigem Querschnitt, die
zwischen den Tischblöcken 82a, 82b und den Führungselementen
68a, 68b angeordnet sind. Wie in Fig. 1 dargestellt, weisen
die Tischblöcke 82a, 82b in ihren oberen Flächen Öffnungen 86
zur Ankupplung eines an den Tischblöcken 82a, 82b befestigten
Elements auf und der Tischblock 82b weist einen Absatz 88 auf,
der an seiner oberen Fläche zur hochgenauen Positionierung
eines Werkstücks ausgebildet ist.
Eine oder beide der Kugelspindel 62 und der Kugelspindelhülse
80 können aus ultrahochmolekulargewichtigem Polyethylen
hergestellt sein, um den Verschleißwiderstand und die
Gleitfähigkeit zu erhöhen.
Die Fig. 4A und 4B zeigen ein modifiziertes Führungselement
90, das anstelle jedes der in Fig. 2 dargestellten Führungs
elemente 68a, 68b verwendet werden kann. Das Führungselement
90 weist eine Führungswelle 92 auf, die an der oberen Fläche
des Rahmens 52 befestigt werden kann, und eine Rippe 94 mit
einer scharfen Ecke, die sich axial entlang der Führungswelle
92 erstreckt. Wälzlager 96a bis 96c sind zwischen dem
Führungselement 90 und einem kanalförmigen Halter 97 an
geordnet, so daß der Halter 97 relativ zu dem Führungselement
mit verringerten Reibungskräften gleiten kann. Eine Vielzahl
von Reihen von Einstellschrauben 99a bis 99c (lediglich die
Einstellschrauben 99b, 99c sind dargestellt) sind an ent
sprechenden Seiten des Halters 97 befestigt, wobei sich die
Reihen der Einstellschrauben 99a bis 99c in dessen Längs
richtung erstrecken. Die Einstellschrauben 99a bis 99c können
gedreht werden, um den auf das Führungselement 90 durch die
Wälzlager 96a bis 96c ausgeübten Druck zu variieren und
dadurch die Gleitfähigkeit zwischen dem Führungselement 90 und
den Wälzlagern 96a bis 96c einzustellen. Somit kann der Halter
97 so eingestellt werden, daß er einheitlich in Axialrichtung
des Führungselements 90 gleitet. Das Führungselement 90 und
die Führungswelle 92 können einstückig miteinander ausgebildet
sein.
Die Wälzlager 96a bis 96c sind aus ultrahochmolekulargewichti
gem Polyethylen, Oleopolyacetal oder dgl. hergestellt. Die
Wälzlager 96a bis 96c umfassen jeweils längliche Lagerplatten
98a bis 98c, die jeweils eine Vielzahl von geraden Öffnungen
100 aufweisen, die darin im wesentlichen senkrecht zu der
Achse der länglichen Lagerplatten ausgebildet sind und in
Intervallen daran beabstandet angeordnet sind, sowie eine
Vielzahl von Sets zylindrischer Rollen 102, die drehbar in den
geraden Öffnungen 100 angeordnet sind. Die zylindrischen
Rollen 102 der Wälzlager 96a bis 96c werden in rollendem
Kontakt mit den flachen Oberflächen des Führungselements 90
gehalten, um die Reibungskräfte zu reduzieren, wenn die Halter
97 relativ zu dem Führungselement 90 gleiten. Die Wälzlager
96a bis 96c können durch flache Plattenlager ersetzt werden.
Wie in Fig. 3 dargestellt, umfaßt der Führungsmechanismus 60
ein an dem Rahmen 52 befestigtes Gehäuse 106 mit einem Lager
104, durch welches ein Ende der Kugelspindel 62 drehbar
gehalten wird, einen Servomotor 108 und einen Encoder 112, der
durch eine Abdeckung 110 abgedeckt wird. Das die Kugelspindel
62 tragende Gehäuse 106 dient als Motorkörper.
Der Servomotor 108 ist an dem Gehäuse 106 befestigt und umfaßt
einen Stator 116, der aus einer Vielzahl von separaten
Statorkernen 114 (die später beschrieben werden), die
miteinander verbunden sind, zusammengesetzt ist, eine Vielzahl
von Spulen 118, die um die entsprechenden Statorkerne 114
gewunden sind, und einen ringförmigen Permanentmagneten 122,
der als ein Rotor dient, welcher über eine Hülse 120 fest an
einem Ende 62a der Kugelspindel 62 befestigt ist, welches
einen reduzierten Durchmesser aufweist.
Wie in Fig. 5 dargestellt, ist jeder der Statorkerne 114 in
Vorderansicht T-förmig und weist einen Finger 124 auf, der in
Umfangsrichtung von einer Seite eines Kopfes des Kerns
vorsteht und einen Absatz 126, der an der anderen Seite des
Kopfes komplementär zu dem Finger 124 ausgebildet ist. Die
Statorkerne 114 sind miteinander in kreisförmiger Konfigura
tion gekoppelt, wobei der Finger 124 jedes der Statorkerne 114
in den Absatz 126 eines angrenzenden Statorkernes 114
eingesetzt ist. Da die Spulen 118 um die entsprechenden
separaten Statorkerne 114 gewunden sind, werden mehr Spulen
windungen eingesetzt, um größere elektromagnetische Kräfte zu
erzeugen, als es der Fall wäre, wenn Spulen um einen ein
stückigen einzelnen Stator gewunden wären.
Wie in Fig. 3 dargestellt, umfaßt der Encoder 112 eine
drehbare Scheibe 128, die an der Hülse 120 befestigt ist,
welche gemeinsam mit dem Ende 62a der Kugelspindel 62, welches
einen reduzierten Durchmesser aufweist, drehbar ist, wobei
Encoderdetektoren 130 jeweils ein Licht aussendendes Element
und ein Licht feststellendes Element aufweisen, von denen
eines auf jeder Seite der drehbaren Scheibe 128 angeordnet
ist, und schwebende Verbindungen 132, die die Encoder
detektoren 130 halten und an dem Stator 116 über Schrauben
befestigt sind. Die schwebenden Verbindungen 132 weisen bei
der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform die Form dünner
Federplatten auf. Die schwebenden Verbindungen 132 können
jedoch auch aus elastischem Material, wie Gummi, bestehen. Ein
Lager 134, das über ein Ringelement gehalten wird, ist
zwischen der drehbaren Scheibe 128 und dem Permanentmagneten
122 angeordnet und das Ende 62a der Kugelspindel 62 mit
reduziertem Durchmesser ist drehbar von dem Lager 134
gehalten.
Der Servomotor 108 und der Encoder 112 sind an ein Kabel 136
angeschlossen, das an einen Servoverstärker (nicht dar
gestellt) angeschlossen ist.
Betrieb und Vorteile des elektrischen Stellglieds 50 mit oben
beschriebenem Aufbau werden nachfolgend beschrieben.
Abhängig von der Umgebung, in der das elektrische Stellglied
50 angebracht werden soll, kann der Bediener entscheiden, ob
er auf die obere Abdeckung 58, die Seitenabdeckungen 54a, 54b
und die Endabdeckungen 56, 57 verzichten will und das elek
trische Stellglied 50 mit offenem Tischmechanismus 66,
Lagerblock 64 und Antriebsmechanismus 60, die an dem Rahmen
52 befestigt sind, verwenden will. Der Rahmen 52 ist über die
Nuten 70a, 70b mit im wesentlichen T-förmigem Querschnitt, die
in seiner unteren Fläche ausgebildet sind, an einem nicht
dargestellten Element befestigt, und ein nicht dargestelltes
Element ist mit den Tischblöcken 82a, 82b über nicht dar
gestellte Befestigungselemente, die sich durch die darin
ausgebildeten Öffnungen 86 erstrecken, verbunden, um ein bspw.
darauf getragenes Werkstück zu fördern.
Der Bediener kann eine gewünschte Abdeckung oder Abdeckungen
auswählen und die gewünschte Abdeckung oder Abdeckungen in
Abhängigkeit von der Umgebung, in welcher das elektrische
Stellglied 50 angebracht werden soll, an dem Rahmen 52
befestigen. So kann der Bediener eine oder beide der Seiten
abdeckungen 54a, 54b auswählen und an dem Rahmen 52 befestigen
und er kann auch eine oder beide der Endabdeckungen 56, 57
auswählen und an dem Rahmen 52 befestigen. Schließlich kann
der Bediener auch die obere Abdeckung 58 in Eingriff mit der
Seitenabdeckung oder den Abdeckungen 54a, 54b befestigen.
Nachdem der Bediener eine gewünschte Abdeckung oder Abdeckun
gen ausgewählt und an dem Rahmen 52 angebracht hat und dadurch
das elektrische Stellglied 50 vervollständigt hat, wird der
nicht dargestellte Servoverstärker mit Energie versorgt, um
einen Strom durch das Kabel 136 zu den Spulen 118 zu liefern.
Da der Strom senkrecht zu dem durch den Permanentmagneten 122
erzeugten magnetischen Fluß fließt, dreht sich der Permanent
magnet 122 als Rotor, wodurch bewirkt wird, daß das Ende 62a
mit reduziertem Durchmesser die Kugelspindel 62 um ihre eigene
Achse dreht. Das Drehmoment des Motors 108 wird durch den
Servoverstärker gesteuert. Wird die Kugelspindel 62 auf diese
Weise gedreht, so wird die Kugelspindelhülse 80 axial auf und
entlang der Kugelspindel 62 verschoben. Somit bewegen sich die
Tischblöcke 82a, 82b mit der Kugelspindelhülse 80 und fördern
dadurch ein darauf getragenes Werkstück.
Das elektrische Stellglied 50 weist keine getrennte Kupplung
zwischen dem Servomotor 108 und der Kugelspindel 62 auf,
sondern die Kugelspindel 62 hat ihr Ende 62a mit reduziertem
Durchmesser, das als direkt mit der Kugelspindel 62 gekoppelte
Motorwelle dient. Die Länge der Kugelspindel 62, d. h. die
Länge des Rahmens 52, ist wesentlich geringer als die Länge
der Kugelspindel oder des Rahmens des herkömmlichen elek
trischen Stellglieds, ohne eine Reduzierung des Tischmecha
nismus 66 entlang der Achse der Kugelspindel 62 zu bewirken.
Als Folge davon wird das elektrische Stellglied 50 in seiner
gesamten Größe reduziert.
Außerdem wird, soweit die Spulen 118 um die entsprechenden
separaten Statorkerne 114 (vgl. Fig. 5) gewunden werden, der
Servomotor 108 in seiner Größe in Axialrichtung der Motorwelle
reduziert und in seinem Durchmesser radial nach außen von der
Motorwelle vergrößert. Der vergrößerte Durchmesser des Servo
motors 108 schafft einen ausreichenden Platz zur Einbringung
des Encoders 112, wodurch die Motorwindungen und den Encoder
112 geschickt miteinander zu verbunden werden können.
Jeder der Statorkerne 114 ist üblicherweise aus einer lami
nierten Zusammenstellung von Siliziumstahlblechen zusammenge
setzt unter Berücksichtigung der Wärme, die aufgrund seiner
relativen Permabilität, Eisenverlusten, Kupferverlusten,
Hystereseverlusten und Wirbelströmen erzeugt wird. Die Anzahl
der verwendeten Siliziumstahlbleche wird reduziert, da der
Servomotor 108 eine flache Form aufweist, die durch Redu
zierung seiner Axialabmessung und durch Vergrößerung seiner
Radialabmessung erreicht wird. Dementsprechend kann der Stator
116 aus einem preiswerten magnetischen Material und daher das
elektrische Stellglied 50 kostengünstig hergestellt werden.
Da die Motorwelle des Servomotors 108 bei der flachen Motor
gestaltung relativ kurz ist, werden unerwünschte Vibrationen
der Motorwelle reduziert und die kritische Geschwindigkeit des
Servomotors 108, die der natürlichen Biegefrequenz der Motor
welle entspricht, wird erhöht.
Die Windungen des Stators 116 können in Form von gedruckten
Spulen ausgebildet sein, um die axiale Abmessung des Servo
motors 108 weiter zu reduzieren.
Wie oben beschrieben werden die Kosten des elektrischen
Stellglieds 150 wesentlich verringert, da es keine der Kupp
lung 50 in Fig. 16 entsprechende Kupplung und keine der Ver
bindung, 18 in Fig. 16 entsprechende Verbindung benötigt.
Fig. 6 zeigt ein elektrisches Stellglied 140 gemäß einer
zweiten Ausführungsform. Teile des
elektrischen Stellglieds 140, die denen des in Fig. 3
dargestellten elektrischen Stellglieds 50 entsprechen, werden
mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht erneut im Detail
beschrieben.
Das elektrische Stellglied 140 weist einen Encoder 142, der
an einem Ende einer Kugelspindel 62 befestigt ist und einen
an dem anderen Ende der Kugelspindel 62 befestigten Servomotor
144 auf, wobei der Encoder 142 und der Servomotor 144 um eine
bestimmte Entfernung voneinander beabstandet sind.
Der Servomotor 144 weist ein Rillenkugellager 146, über
welches das andere Ende der Kugelspindel 62 drehbar gehalten
wird, ein aus ersten und zweiten Blöcken 148, 150 zusammenge
setztes Motorgehäuse 152, einen zwischen den ersten und
zweiten Blöcken 148, 150 angeordneten Stator, der aus einer
Vielzahl von separaten miteinander verbundenen Statorkernen
114 identischer Konfiguration besteht, eine Vielzahl von
Spulen 156, die um die entsprechenden separaten Statorkerne
114 gewunden sind und einen Permanentmagneten 116 auf, der
über eine Hülse 158 fest an der Kugelspindel 62 befestigt ist.
Die Statorkerne 114 haben denselben Aufbau wie die Statorkerne
114 des elektrischen Stellglieds 50 gemäß der ersten Aus
führungsform. Das Rillenkugellager 146 dient dazu, eine
Biegung der Kugelspindel 62 zu verhindern. Eine ringförmige
Federscheibe 162, die gegen das Rillenkugellager 146 gehalten
wird, dient dazu thermische Verschiebungen der Kugelspindel
62 zu absorbieren. Das Rillenkugellager 146 kann durch ein
konisches Rollenlager, ein zylindrisches Rollenlager oder dgl.
ersetzt werden.
Der Encoder 142 umfaßt ein Encodergehäuse 166 mit ringförmigen
Kugellagern 164 (die Rücken an Rücken gehalten sind), eine
Abdeckung 168, die an dem Encodergehäuse 166 befestigt ist,
eine drehbare Scheibe 172, die an einem an einem Ende der
Kugelspindel 62 befestigten Verbinder 170 gehalten ist und
einem Encoderdetektor 176 auf, der aus einem Licht aus
sendenden Element 174a zum Aussenden von Licht und aus einem
Licht feststellenden Element 174b zur Feststellung des von dem
Licht aussendenden Element 174a durch in der drehbaren Scheibe
172 ausgebildete Schlitze ausgesandten Lichts. Die ringförmi
gen Lager 164 dienen dazu, eine Biegung der Kugelspindel 62
zu verhindern, um dadurch das Licht aussendende Element 174a
und das Licht feststellende Element 174b um einen festgelegten
Abstand von der drehbaren Scheibe 172 entfernt zu halten. Mit
dem elektrische Stellglied 140 gemäß der zweiten Ausführungs
form ist es möglich, Toleranzen für das koaxiale Einsetzen von
Verbindungen zwischen der Kugelspindel 62, dem Servomotor 144
und dem Encoder 142 zu vergrößern, da der Servomotor 144 und
der Encoder 142 voneinander beabstandet sind. Sind der
Servomotor 144 und der Encoder 142 einstückig miteinander
gekoppelt, so müßte die gesamte Einheit des Servomotors 144
und des Encoders 142 ausgetauscht werden, wenn entweder der
Servomotor 144 oder der Encoder 142 ausfällt. Da gemäß der
zweiten Ausführungsform der Servomotor 144 und der Encoder 142
unabhängig voneinander sind, muß, wenn entweder der Servomotor
144 oder der Encoder 142 ausfällt, lediglich die defekte
Komponente ausgetauscht werden. Der Betrieb des elektrischen
Stellglieds 140 ist derselbe wie der des elektrischen
Stellglieds 50 gemäß der ersten Ausführungsform und wird nicht
erneut im Detail beschrieben.
Ein Verfahren zur Steuerung eines synchronen Wechselstrom-
Servomotors, der als Antriebsmechanismus in den elektrischen
Stellgliedern 50, 140 verwendet wird, wird nachfolgend
beschrieben.
Der synchrone Wechselstrom-Servomotor besteht normalerweise
aus drei Spulen U, V, B, die nacheinander mit festgelegtem
Timing mit Energie versorgt werden, um einen aus einem
Permanentmagneten bestehenden Rotor zu drehen.
An den Wechselstrom-Servomotor ist ein Encoder angeschlossen,
um Signale von zwei Phasen A und B auszugeben, die 90° außer
Phase zueinander stehen, ein Signal einer Phase Z, die einen
Puls pro Drehung des Wechselstrom-Servomotors darstellt, und
magnetische Polpositionssignale der Phasen U, V, W, die die
Positionen des magnetischen Pols der Spulen darstellen. Die
Positions- und Drehsteuerung des synchronen Wechselstrom-
Servomotors erfordert daher insgesamt sechs Signalleitungen
zur Übertragung der Signale der Phasen A, B, Z, U, V und W.
Ein Induktions-Wechselstrom-Servomotor erzeugt ein sich
drehendes magnetisches Feld in Abhängigkeit von den Spulen
zugeführten Strömen. Da die Phasen immer senkrecht zueinander
stehen, ist es nicht notwendig, die Position des sich
drehenden magnetischen Feldes festzustellen und ein an den
Induktions-Wechselstrom-Servomotor angeschlossener Encoder
gibt Signale der drei Phasen A, B, Z aus.
Dementsprechend ist der in Verbindung mit einem synchronen
Wechselstrom-Servomotor verwendete Encoder kein normaler
Encoder, sondern ein Encoder, der dazu geeignet ist, gemeinsam
mit einem solchen synchronen Wechselstrom-Servomotor verwendet
zu werden.
Gemäß dem Verfahren zur Steuerung eines synchronen Wechsel
strom-Servomotors, der als Antriebsmechanismus in dem
elektrischen Stellglied 50, 140 verwendet werden kann, kann
der synchrone Wechselstrom-Servomotor, ebenso wie andere
Elektromotoren, mit drei Signalen der Phasen A, B, Z gesteuert
werden. Der verwendete Encoder kann ein optischer Encoder, ein
magnetischer Encoder oder ein Laserstrahl-Encoder sein.
Wie in Fig. 7a dargestellt, werden von dem Encoder 112, 142
ausgegebene Signale der Phasen A, B zu einem kombinierten
Signal zusammengefaßt, und Pulse des kombinierten Signals pro
Umdrehung werden auf der Basis eines Signals einer Phase Z
gezählt, um dadurch bspw. ein Signal von 1000 Pulsen zu er
zeugen. Von der Pulszählung werden Kommutierungssignale UE,
WE, VE, die gespeichert wurden, auf der Basis des Timings der
Erregung der Phasen U, V, W (vgl. Fig. 7b) ausgegeben. Bspw.
speichert eine Steuerung festgelegte UE-, WE-, VE-Signale und
gibt UE-, WE-, VE-Signale aus, wobei das UE-Signal einem α-ten
Puls des kombinierten Signals, das WE-Signal einem β-ten Puls
des kombinierten Signals und das VE-Signal einem γ-ten Puls
des kombinierten Signals entspricht.
Entsprechend können sowohl die Positions-, Geschwindigkeits- und
Beschleunigungssteuerung des Servomotors und die Fest
stellung der magnetischen Polpositionen auf der Basis ledig
lich der drei Signale der Phasen A, B, Z, die von dem Encoder
112, 142 ausgegeben werden, erfolgen. Als Folge davon ist es
möglich, normale, herkömmlicherweise erhältliche Encoder in
Verbindung mit allen Elektromotoren- einschließlich synchroner
Wechselstrom-Servomotoren zur Verwendung als Antriebsmecha
nismus des elektrischen Stellglieds gemäß der vorliegenden
Erfindung zu verwenden. Dadurch wird die Kompatibilität des
elektrischen Stellglieds gemäß der vorliegenden Erfindung mit
normalen, herkömmlicherweise erhältlichen Encodern verbessert.
Außerdem ist es bei einer Kombination des synchronen Wechsel
strom-Servomotors und des Encoders mit dem elektrischen
Stellglied nicht erforderlich, die Signale der Phasen U, V,
W in Phase mit der Encoder-Signalwellenform zu bringen, da
Signale der Phasen U, V, W nicht erforderlich sind. Eine
Speichereinrichtung kann hinzugenommen werden, um die Signale
der Phasen A, B, Z, die von den Encodern 112, 142 ausgegeben
werden, zu speichern, und die gespeicherten Signale können
seriell zu anderen Vorrichtungen übertragen werden. Leitungen
für die Übertragung der Signale der Phasen A, B, Z können in
dem Encodergehäuse aufgenommen sein, um dadurch den zur
Anordnung der Leitung erforderlichen Platz zu reduzieren.
Fig. 8a zeigt ein elektrisches Stellglied 180 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Fig.
8b zeigt eine Modifizierung 180a hiervon.
Wie in Fig. 8a dargestellt, umfaßt das elektrische Stellglied
180 einen Antriebsmechanismus 182, einen magnetischen Encoder
184 und eine Kugelspindel 186, die als Antriebskraftüber
tragungsmittel zur Übertragung von Antriebskräften von dem
Antriebsmechanismus 182 dient.
Der Antriebsmechanismus 182 umfaßt einen Permanentmagneten
190, der auf die Kugelspindel 186 aufgesetzt ist, und einen
Stator 192, der um den Permanentmagneten 190 herum angeordnet
ist und Spulen aufweist. Der magnetische Encoder 184 weist
eine an einem Ende der Kugelspindel 186 befestigte
zylindrische magnetische Trommel 188 auf, die sich hiermit
dreht und einstückig mit einem Gehäuse 194 ausgebildet ist,
sowie einem magnetischen Detektor 196, der ein
magnetoresistives Element, ein Hall-Effektelement oder dgl.
umfaßt. Die zylindrische magnetische Trommel 188 weist eine
Vielzahl von Polsensorspuren 198 auf, die an seiner äußeren
Umfangsfläche in Form von S- und N-Polen angeordnet sind. Der
magnetische Detektor 196, der um eine bestimmte Entfernung von
der äußeren Umfangsfläche der zylindrischen magnetischen
Trommel 188 beabstandet ist, stellt magnetische Pole der
Polsensorspuren 198 fest.
Da die einstückig mit dem Gehäuse 194 ausgebildete
zylindrische magnetische Trommel 188 an dem Ende der
Kugelspindel 186 befestigt ist, das als eine Motorwelle dient,
wird die axiale Länge des Antriebsmechanismus 182 reduziert
und damit auch die Gesamtlänge des elektrischen Stellglieds
180. Bei der Herstellung des elektrischen Stellglieds 180 kann
der magnetische Encoder 184 einfach an der Kugelspindel 186
befestigt werden.
Wie in Fig. 8b dargestellt, weist das modifizierte elek
trische Stellglied 180a einen magnetischen Encoder 184 und
einen magnetischen Detektor 196 auf, die in einem Raum
angeordnet sind, der zwischen vorspringenden Abschnitten 197
von um einen Stator 192 gewundenen Spulen festgelegt ist.
Die Fig. 9a und 9b zeigen modifizierte magnetische Encoder.
Fig. 9a zeigt einen magnetischen absoluten Encoder mit drei
zylindrischen magnetischen Trommeln 199, die axial miteinander
verbunden sind, und drei Detektoren 200, die axial in
Zusammenwirkung mit den entsprechenden zylindrischen
magnetischen Trommeln 199 miteinander verbunden sind. Fig. 9b
zeigt einen magnetischen Encoder mit einer Öffnung 204, die
axial in einem Ende einer Kugelspindel 202 ausgebildet ist,
mit einem Durchmesser von 50 mm oder mehr, einer in die
Öffnung 204 eingesetzten zylindrischen Trommel 206 und einem
in der zylindrischen Trommel 206 angeordneten magnetischen
Detektor 208.
Ein elektrisches Stellglied gemäß einer vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend
unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 12 beschrieben.
Wie in Fig. 11 dargestellt, umfaßt das mit dem Bezugszeichen
410 bezeichnete elektrische Stellglied einen länglichen Rahmen
412, ein Paar von im wesentlich parallelen linearen Führungen
416a, 416b, die fest in entsprechenden Nuten 414a, 414b,
welche in einer oberen Fläche des Rahmens 412 ausgebildet
sind, angeordnet sind, einen fest an den linearen
Führungen 416a, 416b befestigten und in Längsrichtung des
Rahmens 412 beweglichen Gleittisch 418 und eine
Antriebseinheit 420, die auf einem Paar von Stufen 419, 421
angeordnet und befestigt ist, welche an entsprechenden
gegenüberliegenden Längsenden des Rahmens 412 ausgebildet
sind.
Wie in Fig. 10 dargestellt, umfaßt das elektrische Stellglied
410 auch ein Paar von Endabdeckungen 422, 424, die jeweils an
den in Längsrichtung gegenüberliegenden Enden des Rahmens 412
befestigt sind, ein Paar von Seitenabdeckungen 426a, 426b, die
jeweils an in Querrichtung gegenüberliegenden Seiten des
Rahmens 412 befestigt sind, und eine obere Abdeckung 428, die
an der oberen Fläche des Rahmens 412 angebracht ist. Die
Endabdeckungen 422, 424, die Seitenabdeckungen 426a, 426b und
die obere Abdeckung 428 sind lösbar an dem Rahmen 412
befestigt. Wie in Fig. 13 dargestellt, weist der Rahmen 412
erste, zweite, dritte und vierte Durchgangsöffnungen 430a,
430b, 430c, 430d auf, die jeweils einen rechteckigen Quer
schnitt aufweisen und in Längsrichtung als Durchgänge für
Drähte oder Leitungen der Antriebseinheit 420 ausgebildet
sind. Der Rahmen 412 weist außerdem ein Paar von in Quer
richtung beabstandeten Nuten 432a, 432b mit im wesentlichen
T-förmigem Querschnitt auf, die in seiner unteren Fläche
ausgebildet sind und sich in seiner Längsrichtung erstrecken,
wobei die Nuten 432a, 432b zur Verbindung des Rahmens 412 mit
einer anderen Einrichtung verwendet werden.
Wie in Fig. 11 dargestellt, haben die linearen Führungen 416a,
416b im wesentlichen eine identische Form und umfassen ein
Paar von entsprechenden Führungsschienen 436a, 436b, die in
den entsprechenden Nuten 414a, 414b angeordnet und über nicht
dargestellte, sich durch in den Führungsschienen 436a, 436b
ausgebildete beabstandete Öffnungen 434 erstreckende Be
festigungselemente befestigt sind, und zwei Paare von
Führungsblöcken 438a, 438b, die gleitend an den entsprechenden
Führungsschienen 436a, 436b befestigt sind, um sich daran in
Längsrichtung zu verschieben. Nicht dargestellte Rollelemente,
wie Kugeln oder dgl., sind in nicht dargestellten ringförmigen
Durchgängen, welche in Gleitflächen der Führungsschienen 436a,
436b und der Führungsblöcke 438a, 438b ausgebildet sind, um
den Führungsblöcken 438a, 438b eine gleichmäßige und glatte
Verschiebung entlang der Führungsschienen 436a, 436b zu
ermöglichen, angeordnet.
Wie in den Fig. 11 und 13 dargestellt, umfaßt der Gleittisch
418 ein Paar fester Blöcke 440a, 440b die in Querrichtung
voneinander beabstandet sind und sich im wesentlichen parallel
zueinander erstrecken, wobei die festen Blöcke 440a, 440b
relativ zu den Führungsblöcken 438a, 438b befestigt sind, und
einen einstückig zwischen den festen Blöcken 440a, 440b
gekoppelter Halteblock 442 mit einem im wesentlichen gekrümm
ten Querschnitt. Der Halteblock 442 weist eine Lücke 446 auf,
die in seiner oberen Fläche ausgebildet ist und eine Breite
aufweist, die groß genug ist, eine Kugelspindel 444 der
Antriebseinheit 420 hierdurch in den Halteblock 442 ein
zusetzen. Der Halteblock 442 hat außerdem eine darin ausge
bildete im wesentlichen kreisförmige Öffnung, die an die Lücke
446 angrenzt.
Wie in den Fig. 11 und 12 dargestellt, umfaßt die Antriebsein
heit 420 einen Servomotor 448, der koaxial an einem Ende einer
als Antriebskraftübertragungsmittel dienenden Kugelspindel 444
befestigt ist, einen Encoder 450, der koaxial an dem anderen
Ende der Kugelspindel 444 angebracht ist, und einen Angriffs
block 452, der auf die Kugelspindel 444 geschraubt ist, um
sich axial entlang der Kugelspindel 444 zu verschieben. Die
Kugelspindel 444, der Servomotor 448, der Encoder 450 und der
Angriffsblock 452 werden vorab zu einem einheitlichen Element
zusammengesetzt. Der Angriffsblock 452 weist ein zylindrisches
Element 454 auf, das in der Öffnung in dem Halteblock 442
durch nicht dargestellte, sich durch Befestigungsöffnungen 456
in einem Flansch des Angriffsblocks 452 erstreckende Be
festigungselement befestigt ist. Die Kugelspindel 444, die als
eine Förderspindel zur Bewegung des Gleittisches 418 dient,
kann durch einen Synchronriemen oder dgl. ersetzt werden.
Wie in Fig. 14 dargestellt, umfaßt der Servomotor 448 einen
Motorbefestigungsblock 460, der an der Stufe 419 des Rahmens
412 über eine Schraube 458 befestigt und über einen nicht
dargestellten Positionierungsstift in zentrale Ausrichtung mit
dem Rahmen 412 angeordnet ist, sowie ein Gehäuse 462 mit im
wesentlichen rechteckförmigem Querschnitt, das einstückig mit
dem Motorbefestigungsblock 460 verbunden ist. Der Stift wird
durch den Motorbefestigungsblock 460 eingesetzt. Ein Stator
464 ist an einer äußeren Umfangswand des Gehäuses 462
befestigt und eine Statorspulenanordnung 466, die aus
gewundenen Spulen zusammengesetzt ist, ist an einer inneren
Wandfläche des Stators 464 befestigt. Ein Ende der Kugel
spindel 444 ist über ein Lager 468 drehbar als eine Motorwelle
in dem Gehäuse 462 gehalten, und der Servomotor 448 weist
einen auf dem Motorwellenende der Kugelspindel 444 gehaltenen
und über eine Stellschraube 472 befestigten Rotor 470 auf.
Wie in Fig. 15 dargestellt, umfaßt der Encoder 450 einen
Encoderbefestigungsblock 478, in welchem das andere Ende der
Kugelspindel 444 über ein Lager 474 drehbar gehalten wird und
das über eine Schraube 476 an dem Absatz 421 des Rahmens 412
befestigt ist, sowie eine Encodereinheit 484 zur Feststellung
der Rotationsgeschwindigkeit oder Winkelverschiebung des
Servomotors 448, wobei die Encodereinheit 484 über Kupplungen
480, 482 mit dem Encoderbefestigungsblock verbunden ist. Die
Encodereinheit 484 ist einstückig an dem Encoderbefestigungs
block 478 gekoppelt und wird durch diesen gehalten.
Da der Servomotor 448 und der Encoder 450 an den entsprechen
den Stufen 419, 421 an den entsprechenden Enden des Rahmens
412 angeordnet und befestigt sind, erstreckt sich die
Kugelspindel 444 hochgenau parallel zu den Führungsschienen
436a, 436b. Sowohl der Motorbefestigungsblock 460 als auch der
Encoderbefestigungsblock 478 weisen darin ausgebildete, nicht
dargestellte Positionierungsöffnungen auf. Wenn die Posi
tionierungsstifte durch diese Positionierungsöffnungen in den
Motorbefestigungsblock 460 und den Encoderbefestigungsblock
478 und außerdem durch in den Stufen 419, 421 ausgebildete
Positionierungsöffnungen 486, 488 (vgl. Fig. 11) eingesetzt
werden, werden der Motorbefestigungsblock 460 und der
Encoderbefestigungsblock 478 hochgenau in zentraler Aus
richtung mit dem Rahmen 412 angeordnet.
Während der Servomotor 448, die Kugelspindel 444 und der
Encoder 450 in einer Einheit, wie der dargestellten Antriebs
einheit 420, zusammengefaßt sind, kann ein Schrittmotor als
Servomotor 448 verwendet werden und lediglich der Servomotor
448 und die Kugelspindel 444 in einer einheitlichen Einheit
zusammengefaßt werden.
Die Encodereinheit 484 kann durch einen Sensor, wie einen an
dem Encoderbefestigungsblock 478 befestigten Begrenzungs
schalter, ersetzt werden.
Funktion und Vorteile des elektrischen Stellglieds 410 gemäß
der vierten Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben.
Zunächst wird das elektrische Stellglied 410 wie folgt
zusammengesetzt. Wie in Fig. 11 dargestellt, werden die
linearen Führungen 416a, 416b in den Nuten 414a bzw. 414b in
dem Rahmen 412 angeordnet und an ihrer Position befestigt.
Dann werden die festen Blöcke 440a, 440b des Gleittisches 418
an den entsprechenden Paaren der Führungsblöcke 438a, 438b der
linearen Führungen 416a, 416b befestigt, so daß sie sich daran
entlang erstrecken. Der Angriffsblock 442 der Antriebseinheit
420 wird in den Halteblock 442 des Gleittischs 418 eingesetzt.
Zu dieser Zeit wird die Kugelspindel 444 durch die Lücke 446
in die Öffnung in dem Halteblock 442 eingesetzt. Dann wird die
Kugelspindel 444 axial bewegt, bis das zylindrische Element
454 in die Öffnung in dem Halteblock 442 eingesetzt ist.
Anschließend werden der Servomotor 448 und der Encoder 450 an
dem Rahmen 412 angeordnet und befestigt. Im einzelnen werden
der Motorbefestigungsblock 460 und der Encoderbefestigungs
block 478 an den entsprechenden Stufen 419, 421 des Rahmens
412 angeordnet, so daß sie die Kugelspindel 444 hochgenau
parallel zu den Führungsschienen 436a, 436b halten. An
schließend werden der Motorbefestigungsblock 460 und der
Encoderbefestigungsblock 478 in zentraler Ausrichtung mit dem
Rahmen 412 durch nicht dargestellte Positionierungsstifte
positioniert und daran durch Befestigungselemente befestigt.
Nachdem die linearen Führungen 416a, 416b, der Gleittisch 418
und die Antriebseinheit 420 auf dem Rahmen 412 zusammengesetzt
wurden, werden die Endabdeckungen 422, 424, die Seiten
abdeckungen 426a, 426b und die obere Abdeckung 428 an dem
Rahmen 412 angebracht. Abhängig davon, wie der Benutzer das
elektrische Stellglied 410 verwendet, kann auf die Abdeckungen
verzichtet werden, und die linearen Führungen 416a, 416b, der
Gleittisch 418 und die Antriebseinheit 420 können auf dem
Rahmen 412 freiliegen.
Das so zusammengesetzte elektrische Stellglied 410 funktio
niert wie folgt:
Wird ein an den Servomotor 448 angeschlossener Stromanschluß mit Energie versorgt, so dreht der Motor 448 die Kugelspindel 444, deren eines Ende als seine Motorwelle fungiert. Die Rotationsgeschwindigkeit oder Winkelverschiebung des Motors 448 wird durch die Encodereinheit 484 festgestellt, die ein festgestelltes Signal durch Leitungen in den Durchgangs öffnungen 430a bis 430d zu einer nicht dargestellten Steuer einrichtung leitet.
Wird ein an den Servomotor 448 angeschlossener Stromanschluß mit Energie versorgt, so dreht der Motor 448 die Kugelspindel 444, deren eines Ende als seine Motorwelle fungiert. Die Rotationsgeschwindigkeit oder Winkelverschiebung des Motors 448 wird durch die Encodereinheit 484 festgestellt, die ein festgestelltes Signal durch Leitungen in den Durchgangs öffnungen 430a bis 430d zu einer nicht dargestellten Steuer einrichtung leitet.
Die Drehbewegung der Kugelspindel 444 wird auf den Angriffs
block 452, der über die Kugelspindel 444 geschraubt ist,
übertragen, wodurch bewirkt wird, daß sich der den Angriffs
block 452 haltende Gleittisch 418 gleichmäßig linear entlang
den linearen Führungen 416a, 416b bewegt. Daher kann ein auf
dem Gleittisch 418 getragenes, nicht dargestelltes Werkstück
in Längsrichtung des elektrischen Stellglieds 410 gefördert
werden.
Wie oben beschrieben, sind der Servomotor 448 und der Encoder
450 koaxial und einstückig an den entsprechenden Enden der
Kugelspindel 444 befestigt und der Servomotor 448, der Encoder
450, die Kugelspindel 444 und der Angriffsblock 452 werden
vorab zu einer einheitlichen Einheit als Antriebseinheit 420
zusammengefaßt. Dementsprechend kann das elektrische Stell
glied 410 mit einer geringeren Anzahl von Schritten und zu
geringeren Kosten zusammengesetzt werden als herkömmliche
elektrische Stellglieder, deren Komponenten einzeln zu
sammengesetzt werden.
Die vorab zusammengesetzte Antriebseinheit 420 kann als
vereinigte Zusammensetzung in Massen produziert werden. Im
Falle eines Fehlers der Antriebseinheit 420 kann die Antriebs
einheit 420 einfach von dem Rahmen 412 getrennt und durch eine
neue Antriebseinheit 420 ersetzt werden.
Das Motorwellenende der Kugelspindel 444 und die Kugelspindel
444 selbst sind koaxial miteinander ohne irgendeine dazwischen
angeordnete Kupplung verbunden. Daher kann sich der Gleittisch
418 in einem Bereich bewegen, der um die Länge einer solchen
Kupplung länger ist, als wenn eine solche Kupplung eingesetzt
würde. Als Folge davon kann sich der Gleittisch 418 um im
wesentlichen die gesamte Länge des Rahmens 412 bewegen.
Claims (12)
1. Elektrisches Stellglied mit:
einem länglichen geraden Rahmen (52, 412) mit einem Führungs element (68a, b, 90);
einem Antriebsmechanismus (60, 182, 420) mit einem an dem länglichen geraden Rahmen (52, 412) befestigten Motor (108, 144, 448) mit einer Motorwelle; und
einem Tischmechanismus (66, 97), der an dem Führungselement befestigt ist, um sich in Abhängigkeit von der Erregung des Motors axial entlang des Rahmens zu verschieben, dadurch gekennzeichnet,
einem länglichen geraden Rahmen (52, 412) mit einem Führungs element (68a, b, 90);
einem Antriebsmechanismus (60, 182, 420) mit einem an dem länglichen geraden Rahmen (52, 412) befestigten Motor (108, 144, 448) mit einer Motorwelle; und
einem Tischmechanismus (66, 97), der an dem Führungselement befestigt ist, um sich in Abhängigkeit von der Erregung des Motors axial entlang des Rahmens zu verschieben, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Motor ein synchroner Wechselstrom- Servomotor ist;
- - daß die Motorwelle des Servomotors einstückig mit einem Kugelspindelmechanismus (62, 186) zur Übertragung einer Drehbewegung des Servomotors in eine lineare Bewegung auf den Tischmechanismus ausgebildet ist;
- - daß ein Detektor (130, 176, 196, 200, 208) zur Feststellung einer Rotationsgeschwindigkeit oder einer Winkelverschiebung des Servomotors vorgesehen ist; und
- - daß der Servomotor, der Kugelspindelmechanismus und der Detektor eine Einheit bilden, die lösbar an dem elektrischen Stellglied (50, 140, 180, 410) angebracht ist.
2. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Detektor (176) einstückig an einem dem
Servomotor (144) gegenüberliegenden Ende des Kugelspindel
mechanismus (62) angebracht ist.
3. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Detektor und der Servomotor in einem
bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind.
4. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einheit auf einem abgestuften Ab
schnitt (419, 421) des Rahmens (412) angeordnet und angebracht
ist, um dadurch eine genaue Parallelität zwischen dem Kugel
spindelmechanismus (444) und dem Führungselement (416) zu
gewährleisten.
5. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rahmen (52, 412) Seitenabdeckungen
(54a, b, 426a, b) an seinen beiden Seiten und Endabdeckungen
(56, 57, 422, 424) an seinen beiden Enden aufweist, wobei bei
Bedarf auf eine der Seitenabdeckungen und/oder End
abdeckungen verzichtet werden kann.
6. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kugelspindel (62) an ihren beiden
Enden durch Rillenkugellager (146) gehalten wird.
7. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (106, 462) zum Halten eines
Endes des Kugelspindelmechanismus (62, 186, 444) als ein
Motorkörper dient.
8. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tischmechanismus (97) Wälzlager (96)
aufweist und sich auf dem Führungselement (90) mit Hilfe der
Wälzlager (96) verschiebt.
9. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wälzlager (96) in einer Lagerplatte (98)
ausgebildet sind, die zwischen dem Tischmechanismus (97)
und dem Führungselement (90) einzusetzen ist.
10. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tischmechanismus (97) das Führungs
element (90) durch wenigstens eine horizontale Fläche, eine
vertikale Fläche und eine nach unten geneigte Fläche des
Führungselements (90) ergreift und daß die Lagerplatte (98)
zwischen dem Führungselement (90) und dem Tischmechanismus
(97) an jeder der horizontalen, vertikalen und nach unten
geneigten Flächen dazwischen angeordnet ist.
11. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das Wälzlager (96) aus einem ultra
hochmolekulargewichtigen Polyethylen oder Oleopolyacetal
besteht.
12. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch:
einen länglichen geraden Rahmen (412) mit parallelen Nuten (414a, b), die sich in seiner Axial-Richtung erstrecken, und an seinen beiden Enden ausgebildeten abgestuften Abschnitten (419, 421);
ein Paar von linearen Führungselementen (416a, b) mit Führungs blöcken (438a, b), die jeweils gleitend daran gehalten sind;
ein Paar von Gleittisch-Befestigungsblöcken (440a, b) mit einem dazwischen angeordneten Halteblock (442);
wobei der Kugelspindelmechanismus (420) eine Kugelspindel (444) und eine auf die Kugelspindel (444) aufgeschraubte Mutter (452) aufweist; und
wobei das Paar linearer Führungselemente (416a, b) an den entsprechenden parallelen Nuten (414a, b) des Rahmens (412) angeordnet und befestigt ist, wobei das Paar von Gleittisch- Befestigungsblöcken (440a, b) an entsprechenden Führungsblöcken (438a, b) befestigt ist, wobei die Mutter (452) in eine Öffnung des Halteblocks (442) eingesetzt ist, und wobei die Antriebs einheit (420) an den abgestuften Abschnitten (419, 421) des Rahmens (412) angeordnet und befestigt ist.
einen länglichen geraden Rahmen (412) mit parallelen Nuten (414a, b), die sich in seiner Axial-Richtung erstrecken, und an seinen beiden Enden ausgebildeten abgestuften Abschnitten (419, 421);
ein Paar von linearen Führungselementen (416a, b) mit Führungs blöcken (438a, b), die jeweils gleitend daran gehalten sind;
ein Paar von Gleittisch-Befestigungsblöcken (440a, b) mit einem dazwischen angeordneten Halteblock (442);
wobei der Kugelspindelmechanismus (420) eine Kugelspindel (444) und eine auf die Kugelspindel (444) aufgeschraubte Mutter (452) aufweist; und
wobei das Paar linearer Führungselemente (416a, b) an den entsprechenden parallelen Nuten (414a, b) des Rahmens (412) angeordnet und befestigt ist, wobei das Paar von Gleittisch- Befestigungsblöcken (440a, b) an entsprechenden Führungsblöcken (438a, b) befestigt ist, wobei die Mutter (452) in eine Öffnung des Halteblocks (442) eingesetzt ist, und wobei die Antriebs einheit (420) an den abgestuften Abschnitten (419, 421) des Rahmens (412) angeordnet und befestigt ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |