DE3874338T2 - Elektrischer motor einschliesslich getriebe. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen mechanischen Aktuator, und insbesondere einen Elektromotor mit einem Getriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Elektromotoren und Getriebe sowie Kombinationen hiervon werden häufig angewandt als kontinuierliche Antriebe wie auch als Aktuatoren, die die Anzahl der Umdrehungen sowie den Drehwinkel einer Achse regeln. Die Kombination umfaßt in diesem Falle auch eine Anzahl von Sensoren und Regelschaltungen.
• Die Kombinationen können aus allgemein erhältlichen Teilen zusammengebaut sein, wie Gleichstrom- oder Wechselstrom- Motoren, verschiedenen Getriebe- und Sensoreinheiten sowie Einheiten einer Regelschaltung. Die Kombinationen enthalten sodann zahlreiche Lager, Wellenverbindungen, verschiedene Fitting-Verbindungen und Verdrahtungen zwischen den Einheiten. Die Verwendung dieser Art von Kombinationen beinhaltet daher für den Konstrukteur bekannte Probleme, besonders wegen der unterschiedlichen Befestigungsmittel und -maßnahmen. Dies führt auch zu Schwierigkeiten bezüglich des Konstruierens und Montierens von Vorrichtungen und Maschinen, in welchen diese Art von Kombinationen enthalten sind. Der komplizierte Aufbau der vorbekannten Maschinen führt häufig zu komplexen Anlagen, wenn eine steife Konstruktion erwünscht ist. Deswegen ist es mühsam und zeitaufwendig, diese Art kombinierter Vorrichtungen zu benutzen und zu warten, und in der Verfahrenstechnik führt dies zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Gewinne.
• FI-PS 26 230 beschreibt eine Kombination eines Motors und eines Getriebes, wobei der Getriebeteil zwecks Veränderung des Übersetzungsverhältnisses ausgetauscht werden kann. Die anzutreibende Vorrichtung ist auf der Motorseite an die Welle angeschlossen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte und einfachere Konstruktionseinheit zu schaffen, die einen Motor und ein Untersetzungsgetriebe aufweist, wobei die Kombination eine sichere Konstruktion darstellt, die eine leichte Bedienung erlaubt und für zahlreiche Betriebsbedingungen geeignet ist.
• Gemäß der Erfindung werden ein Motor und ein Getriebe, die an sich bekannt sind, gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 miteinander kombiniert.
• Das Getriebe kann beispielsweise ein im Handel erhältliches Planetengetriebe oder Reibgetriebe sein, und aufgrund der hohlen Eingangswelle ist es möglich, die Ausgangswelle durch die Eingangswelle hindurchzuführen. Die Ausgangswelle ist vorzugsweise in Lagern an den Enden des kastenförmigen Gehäuses gelagert, und außerdem derart, daß das andere Ende der Welle einen flanschartigen Deckel des Getriebes bildet. Der Elektromotor mit dem Getriebe ist am besten in ein zylindrisches Gehäuse eingebaut, konzentrisch zu den Wellen, obwohl andere Gehäuseformen möglich sind.
• Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind im einzelnen in den Ansprüchen beschrieben. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
• Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des Elektromotors mit einem Getriebe gemäß der Erfindung.
• Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
• Fig. 3 ist ein weiter entwickelter Elektromotor mit einem Getriebe, das ein Dreifachgetriebe enthält.
• In Fig. 1 ist der feste Teil 1 des Gehäuses an der Konstruktion befestigt, die den Elektromotor mit dem Getriebe trägt, durch Halter 17 am Umfang, die z. B. Schrauben sein können. Der feste Teil des Getriebes ist am festen Teil des Gehäuses 1 befestigt, und die Ausgangsseite des Getriebes ist an den Ausgangsflansch 2 der Ausgangswelle 20 angeschlossen, wobei die Teile dadurch angetrieben sind, daß Elektromotor/Getriebe an Flansch 2 befestigt sind. Flansch 2 ist am besten einteilig mit Welle 20.
• Die Eingangswelle 15 wird von Rotor 7 des Motors angetrieben; der Rotor ist an der Welle befestigt, und der Stator des Motors ist am abnehmbaren Teil 13 des Gehäuses befestigt. Die Eingangswelle 15 ist in Lagern des Gehäuses 1 sowie im flanschartigen Deckel 2 des Getriebes gelagert. Um der Ausgangswelle genügend Stabilität zu verleihen, ist diese in Lagern 3 des Endflansches im Bereich des Umfanges gelagert, und am anderen Ende in Lager 4. Am entfernbaren Teil 13 des Gehäuses sind Stator 8 des Motors, Sensoren 9 und Schaltungen 11 zur Regelung und zum Betrieb, je nach Bedarf, befestigt. Der Motor ist am besten ein Gleichstrommotor, dessen Drehrichtung, Stärke und Drehzahl von Schaltungen 11 geregelt sind, entsprechend einem Signal, das z. B. von einem Regelkabel kommt. Teil 13 ist gegen Lager 4 durch eine Mutter 5 verspannt, die auf die Ausgangswelle aufgeschraubt ist, wobei die Teile des Gehäuses z. B. am Umfang entlang der Stellen 16 aufliegen. Die Anschlußleiter für die Stromversorgung des Motors wie auch für die Sensoren und Regelschaltungen sind durch Einlässe 12 in das Gehäuse eingeführt.
• Der entfernbare elektronische Teil 13 des Gehäuses wird für Wartungs- oder andere Zwecke durch Lösen der Mutter 5 entfernt, worauf es möglich ist, den gesamten Teil 13 auf einfache Weise herauszuheben, eingeschlossen seine inneren Teile, entlang der Trennfläche 14-14. Um den Entfernvorgang zu erleichtern, sind die Leiter mit entsprechenden Anschlüssen ausgerüstet. Der Rotor 7 des Motors, die Sensorrotoren 10, das Lager 3 sowie das Untersetzungsgetriebe 6 werden dann nicht entfernt, wenn Teil 13 entfernt oder möglicherweise ausgetauscht wird.
• Es ist möglich, die Sensorrotoren 10 und 20' an der Eingangs- und Ausgangswelle zu befestigen, wobei über die Sensoren 9 der Regelung Informationen zugeführt werden bezüglich der Drehgeschwindigkeit, der Drehzahl, der Drehrichtung, des Umlaufwinkels oder entsprechender Daten. Die Sensoren sind von einer im Handel erhältlichen Art, oder besonders für diesen Zweck aufgebaut. Da die Sensoren an der Eingangswelle und an der Ausgangswelle montiert werden können, ist es möglich, den Betrieb des Motors und des Getriebes auf vielfältige Weise zu überwachen und zu steuern.
• Ist ein großer Abstand zwischen den Lagern erwünscht, so ist der entfernbare Teil 13 des Gehäuses geräumig, um Raum für die Regelung des Motors zu schaffen, z. B. für die Stromversorgung des Motors sowie für weitere nützliche Regelvorrichtungen, die aus im Handel erhältlichen Teilen zusammengebaut und/oder aus Teilen gestaltet sind, die speziell für diesen Zweck geschaffen wurden.
• Der oben beschriebene Getriebemotor kann weiterhin mit flüssigkeitsdichten Lagern 3, 4 sowie mit einer flüssigkeitsdichten Dichtung 19 zwischen den Teilen des Gehäuses ausgerüstet sein. Der Einlaß 12 ist ferner mit einer flüssigkeitsdichten Packung 18 versehen. Bei dieser Konstruktion ist der gesamte Innenraum des Gehäuses mit einer geeigneten Flüssigkeit gefüllt, z. B. mit einer Wasser-Propylen-Glykol-Lösung, wobei es möglich ist, durch den kombinierten Effekt der Flüssigkeit und der Dichtungen den Getriebemotor in Wasser oder in eine Umgebung einzubringen, die z. B. aggressive Gase enthält. Alternativ hierzu kann nur ein Teil des Gehäuses mit der Flüsskigkeit gefüllt sein.
• Eine weitere vorteilhafte Ausführung des Elektromotors mit dem Getriebe ist in Fig. 2 dargestellt. Dieselben Bezugszeichen wurden für gleiche Teile verwendet, wie in Fig. 1. Der wesentliche Unterschied ist die Tatsache, daß das Untersetzungsgetriebe ein Reibgetriebe 30 ist, das mit Kugeln ausgeführt ist. Ein Reibgetriebe dieser Art ist bekannt aus FI-PS 7136. Bei der vorliegenden Erfindung sind die Kugeln in gleichem gegenseitigen Abstand entlang einer Lauffläche angeordnet, die für sie vorgesehen ist. Die Kugeln 30 bilden die Lagerung entsprechend dem Lager 3 in Fig. 1. Weiterhin bilden sie das Getriebe 6. Die Kugeln liegen an zwei Flächen 31 in der Nut an, die im Rotor vorgesehen ist, eine Fläche 32 im Gehäuse, und eine Fläche 33 im Abtriebsflansch. Läuft der Motor um, so bilden die Flächen 31, 32, 33 im Querschnitt gemäß Fig. 2 eine Kreisbahn. Das Untersetzungsverhältnis ist definiert durch die Abstände der Flächen 31, 32, 33 zur Achse 34 der Welle, sowie durch die Verhältnisse zwischen diesen Abständen.
• Falls erforderlich, kann der Getriebeteil durch Dichtungen 22, 23 und 24 abgedichtet sein. Das Getriebe kann auch in trockenem Zustand laufen, wobei keine Abdichtung notwendig ist. Es kann schwierig sein, ein vorgegebenes Getriebeverhältnis mit einem Reibgetriebe dieser Art zu schaffen, teilweise wegen der Herstellungstoleranzen der Teile, und teilweise wegen des Verschleißes der Teile während des Betriebes. Das Verändern des Übersetzungsverhältnisses während des Betriebes bietet jedoch kein Problem, da der Getriebemotor gemäß der Erfindung durch die Information aus den Sensoren 10, 20' und 9 gesteuert wird. Die Steuerelektronik 11 kann ein Feedback-System bilden, womit der Drehwinkel oder die Drehzahl der Abtriebswelle 20' genau geregelt werden können, unabhängig von den Veränderungen des Untersetzungsverhältnisses.
• Andererseits läßt sich die Veränderung des von den Sensoren 9, 10, 20' erfaßten Untersetzungsverhältnisses beim Langzeitbetrieb dazu ausnutzen, den Elektromotor mit Getriebe zu überwachen und z. B. das Lagerspiel einzustellen.
• Wird das Material der Kugeln und der Anschlagflächen auf geeignete Weise ausgewählt und dimensioniert, so lassen sich die obenerwähnten Abweichungen im wesentlichen vollständig vermeiden.
• In Fig. 3 ist dieselbe Reiblagerkonstruktion wie in Fig. 2 angewandt, jedoch als Beispiel in drei Stufen. Es könnten jedoch zwei, vier, fünf usw. Stufen verwendet werden. Dieselben Bezugszeichen werden benutzt, um dieselben Teile wie in Fig. 2 zu bezeichnen.
• Die Kugeln in den verschiedenen Stufen des Getriebes haben Bezugszeichen 30, 30' und 30". Demgemäß haben die Eingangswellen der Getriebestufen Bezugszeichen 15, 15' und 15", und ihre Dichtungen 24, 24' und 24".
• Jede Getriebestufe hat ein Untersetzungsverhältnis, das durch den Radius seiner anliegenden Flächen definiert ist. Bei dieser Ausführungsform können die Untersetzungsverhältnisse jeweils 16:1 sein, wobei dem Getriebesatz ein Gesamt- Untersetzungsverhältnis von 4096:1 verliehen wird.
• Die Eingangs- und Ausgangswelle einer jeden Stufe kann mit Sensorrotoren 10, 10' und 10", 20' versehen sein, wobei die obengenannten Regel- und Überwachungsfunktionen z. B. mit einer Feedback-Schaltung versehen sein können. Der Getriebemotor gemäß der Erfindung kann in geeigneter Weise mit einer hohlen Abtriebswelle 20 ausgerüstet sein, so wie in der Figur dargestellt. Je nach Anwendungsfall können sodann axiale Tragkonstruktionen, umlaufende Wellen, elektrische Leiter und Leitungen sowie Leiter für Flüssigkeiten und Gase durch das Gehäuse der Einheit hindurchgeführt sein, entweder als funktionale Teile der Vorrichtung, oder Vorrichtungen, die durch den Getriebemotor anzutreiben sind, oder als unabhängige Einheiten.
• Wird ein Teil mit Innengewinde am anderen Ende der hohlen Abtriebswelle 20 befestigt, so läßt sich die Drehbewegung des Getriebemotors in eine Axialbewegung einer Spindel umsetzen, die nicht dargestellt ist.
• Die durch die Sensoren 9, 10 und 20' sowie die Regelelektronik gesteuerte Drehbewegung läßt sich exakt limitieren, sogar in Bruchteilen eines Umlaufes, oder Ausdehnen auf eine kontinuierliche Drehbewegung mit geregelter Geschwindigkeit. Aufgrund des Untersetzungsverhältnisses des Untersetzungsgetriebes und der Steigung des genannten Gewindes kann der Spindel, die sich in der Hohlwelle bewegt, eine genau geregelte Bewegung verliehen werden, mit einer Einstellgenauigkeit von größer 0,01 mm, selbst bei einem Ein-Stufen-Getriebe.
• Der Elektromotor mit dem Getriebe kann somit als Aktuator verwendet werden, sowohl für eine Drehbewegung wie für eine Axialbewegung, und das Untersetzungsverhältnis ist zwischen 5:1 und 10.000:1 wählbar.

Claims (8)

1. Elektromotor mit Getriebe, wobei das feste Teil (6) des Untersetzungsgetriebes am festen Teil (1) des Gehäuses befestigt ist, das ein geschlossenes Gehäuse (1, 13) darstellt, und wobei der Stator des Motors am abnehmbaren Endteil (13) des Gehäuses befestigt ist, und der Rotor (7) des Motors an das Getriebe mit einer Eingangswelle (15) angeschlossen ist und sich die Abtriebswelle (20) konzentrisch durch die Eingangswelle hindurch erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (20) in Lagern (3, 4) gelagert ist, die sich im wesentlichen im Bereich der Endflächen des Gehäuses (1, 13) befinden, und daß ein Ende der Abtriebswelle einen flanschartigen Deckel (2) des Getriebes bildet, und der Flansch in einem Lager (3) nahe des Außenumfanges des Gehäuses gelagert ist.

2. Elektromotor mit Getriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe ein Reibgetriebe ist, das mit Kugeln (30) ausgeführt ist, und daß die Kugeln (30) das Lager des flanschartigen Deckels (2) bilden.

3. Elektromotor mit Getriebe gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe verschiedene koaxiale Reibgetriebe umfaßt, die mit Kugeln (30, 30', 30") ausgeführt sind.

4. Elektromotor mit Getriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Endteil (13), das als Ganzes entfernbar ist, Sensoren (9) und eine elektronische Regelschaltung (11) umfaßt, die um die Wellen (15, 20) angeordnet sind, und daß die Sensor-Rotoren (10) sowohl an der Eingangswelle (15) als auch an der Abtriebswelle (20) des Getriebes angeordnet sind.

5. Elektromotor mit Getriebe nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorrotoren (10, 10', 10", 20') an den Wellen einer jeden Getriebestufe angeordnet sind.

6. Elektromotor mit Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (30; 3, 4) der Abtriebswelle (20), die Dichtungen (19; 22, 23, 24) zwischen den Teilen des Gehäuses, und die Einlaßdichtungen (18) flüssigkeitsdicht sind, und daß der Elektromotor mit Getriebe komplett oder teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist.

7. Elektromotor mit Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (20) hohl ist.

8. Elektromotor mit Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewindeteil auf der Innenseite an der Abtriebswelle (20) befestigt ist, und daß die Drehbewegung der Abtriebswelle (20) in eine kontrollierte axial gerichtete Bewegung der Spindel umgewandelt wird, die sich in die Abtriebswelle hineinerstreckt.