Beschreibung

Lagerbaugruppe mit integriertem Messsystem

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerbaugruppe zur Lagerung einer dreh-linear-beweglichen Welle mit einem Rotationslager zur rotatorischen Lagerung der Welle und einem Linearlager zur linearen Lagerung der Welle. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung einen Kombinationsantrieb und eine Spritzgussmaschine mit einer entsprechenden Lagerbaugruppe.

Als Antrieb, insbesondere als Einspritzer- und Dosierer- Aggregat in einer Kunststoffspritzgussmaschine oder ähnlichen Maschinenanwendungen, ist es erforderlich, eine rotatorische und eine lineare Bewegung der Antriebswelle zu realisieren. Diese Bewegungen müssen einerseits unabhängig voneinander, aber auch überlagert zu erzeugen sein. Hierfür wird in der Regel ein Kombinationsantrieb eingesetzt, der auf einer Welle eine rotatorische und lineare Bewegung vorzugsweise mittels Direktantriebstechnik erzeugt. Die Herausforderung bei der Realisierung eines solchen Motors liegen einerseits in der Lagerung der Welle, die eine unabhängige lineare und rotatorische Bewegung gestatten muss, und andererseits in der Positionserfassung der rotatorischen und linearen Bewegung. Die Positionserfassung ist zur Regelung des Kombinationsantriebs erforderlich .

Bisher wurden in Kombinationsantrieben separate Baugruppen für die Lagerung und das Messsystem eingesetzt, die die je- weiligen Funktionen umsetzen. Ein derartiger Kombinationsantrieb mit separaten Lagerungen und einem entsprechenden Messsystem ist in FIG 1 im Längsschnitt wiedergegeben. Der Kombinationsantrieb besteht aus einem Rotationsantrieb 1 und einem axial anschließenden Linearantrieb 2. Die beiden Antriebe sorgen für eine Dreh-Linear-Bewegung einer Welle 3. Die Welle

3 ist mit zwei Lagergruppen 4 an den stirnseitigen Gehäuseseiten 5 des Antriebs gelagert. Jede der beiden Lagergruppen

4 besteht aus einem Lagerschild 41, das an der jeweiligen Ge-

häusestirnseite 5 angeschraubt ist. In ihrem Inneren ist ein Paar Kugellager 42 angeordnet. Die Innenlagerringe der Kugellager 42 stützen sich auf eine Linearkugelbüchse 43, die ihrerseits drehfest mit der Welle 3 verbunden ist.

Zur Messung der rotatorischen und linearen Bewegung der Welle 3 ist an der rechten Gehäusestirnseite 5 ein Messsystem 6 befestigt. Dieses Messsystem besitzt eine Messwelle 61, die fest mit der Welle 3 verbunden ist. Dies bedeutet, dass sie die gleichen Bewegungen macht wie die Welle 3. Ein erster Abschnitt 62 der Messwelle 61 dient zur Erfassung der Drehbewegungen und ist mit Längsnuten ausgestattet, die in der Figur nicht zu erkennen sind. In den Längsnuten läuft eine Drehmo- mentenkugelbüchse 63, die beispielsweise auch die Funktion eines Polrads besitzt oder ein solches trägt. Ein Drehgeber

64 greift die Drehbewegung der Drehmomentenkugelbüchse 63 ab, die drehfest mit dem Abschnitt 62 der Messwelle 61 und damit auch drehfest mit der Welle 3 verbunden ist.

Zur Erfassung der Linearbewegung besitzt die Messwelle 61 einen weiteren Abschnitt 65, der mit Ringnuten versehen ist, welche in FIG 1 ebenfalls nicht zu erkennen sind. Ein Lineargeber 66 erfasst die Bewegungen der Ringnuten.

Das Messsystem 6 ist zwar in der Lage, die Rotationsbewegung und die Linearbewegung der Welle sehr exakt zu erfassen, aber es ist verhältnismäßig kompliziert aufgebaut. Insbesondere sind für die Erfassung der beiden Bewegungen eine Entkopplung dieser Bewegungen mit geeigneten Bauelementen notwendig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Erfassung einer Rotationsbewegung und einer Linearbewegung einer drehlinearbeweglichen Welle mit vereinfachten Mitteln zu erreichen.

Erfindungsgemäße wird diese Aufgabe gelöst durch eine Lagerbaugruppe zur Lagerung einer dreh-linear-beweglichen Welle mit einem Rotationslager zur rotatorischen Lagerung der Welle

und einem Linearlager zur linearen Lagerung der Welle, sowie einem Drehgeber, der direkt an dem Rotationslager angebracht ist, zum Erfassen der Drehbewegung der Welle und/oder einem Lineargeber, der direkt an dem Linearlager angebracht ist, zum Erfassen der Linearbewegung der Welle.

In vorteilhafter Weise ist es somit möglich, für das Messsystem auf separate Entkopplungsglieder für die lineare bzw. die rotatorische Bewegung zu verzichten. Vielmehr werden die Ent- kopplungsglieder des Lagers auch für das Messsystem genutzt.

Vorzugsweise besitzt das Rotationslager ein Schrägkugellagerpaar. Ein derartiges Schrägkugellagerpaar gewährleistet einen spielarmen Lauf einer Welle, so dass deren Linearbewegung ge- nauer abgegriffen werden kann.

Darüber hinaus kann das Linearlager einen Führungswagen aufweisen, der auf einer Linearführung linear beweglich ist. Insbesondere kann der Lineargeber dann in den Führungswagen integriert sein. Auf diese Weise lässt sich eine Schiene der Linearführung auch gleichzeitig als bzw. für eine Maßverkörperung nutzen.

Entsprechend einer speziellen Ausführungsform kann der Dreh- geber ein Polrad aufweisen, das an die zu lagernde Welle fest montierbar ist. Hierdurch lässt sich die Drehbewegung der Welle störungsarm, magnetisch abgreifen.

In einer bevorzugten Anwendung ist ein Kombinationsantrieb zum rotatorischen und linearen Antrieb einer Welle mit einer oben geschilderten erfindungsgemäßen Lagerbaugruppe ausgestattet. Dies bedeutet, dass ein Lager des Kombinationsantriebs, das ohnehin vorhanden sein muss, gleichzeitig als Messsystem dient.

Die erfindungsgemäße Lagerbaugruppe kann auch in eine Spritzgussmaschine integriert werden, wobei der Drehgeber und der Lineargeber zur Regelung der Bewegung einer Spindel dienen.

Dabei kann die Lagerbaugruppe entweder zur Lagerung der Spindel außerhalb oder innerhalb des Direktantriebs verwendet werden .

Die vorliegende Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

FIG 1 einen Kombinationsantrieb im Längsschnitt, bei dem

Lagerung und Messsystem getrennt sind, und FIG 2 eine erfindungsgemäße Lagerbaugruppe mit integriertem Messsystem.

Das nachfolgend näher geschilderte Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

Die Lagerung einer Welle 10 und die Messung von deren Dreh- und Linearbewegung wird erfindungsgemäße durch eine einzige Lagerbaugruppe gewährleistet. Ein Beispiel einer solchen La- gerbaugruppe ist in FIG 2 im Schnitt wiedergegeben. Sie übernimmt also einerseits die Lagerung beispielsweise einer Motorwelle und andererseits die Positionserfassung der linearen und rotatorischen Bewegung.

Die Lagerbaugruppe weist ein Kombinationslager auf, welches in diesem Fall aus einem paarweise eingebauten Schrägkugellager 11, das eine Entkopplung der rotatorischen Bewegung bewirkt, und einer Kugelführung 12 zur linearen Lagerung des Gehäuses 13 des rotatorischen Lagers 11 besteht. Die Kugel- führung 12 besteht im einzelnen aus einem Führungswagen 14, der auf einer Schiene bzw. Linearführung 15 läuft. Der Führungswagen 14 bewegt sich also ausschließlich linear, was durch den Doppelpfeil 16 angedeutet ist.

Durch das Kombinationslager erfolgt bereits eine mechanische Entkopplung der beiden Bewegungen, die in geeigneter Weise zur Positionsmessung der rotatorischen und linearen Bewegung genutzt werden kann. Damit muss für die Positionsmessung

nicht erneut eine Entkopplung mit einem separaten Bauteil durchgeführt werden.

In dem konkreten Beispiel von FIG 2 ist auf der Abtriebswelle ein Polrad 17 drehfest montiert. Dieses Polrad 17 besitzt beispielsweise Magnete, so dass die Drehzahl bzw. Drehposition magnetisch/induktiv erfasst werden kann. Der dazugehörige Messkopf 18 ist am Gehäuse 13 des rotatorischen Lagers befestigt, so dass die rotatorische Bewegung der Welle 10 gemessen werden kann.

Auch in die Kugelführung 12 ist im vorliegenden Beispiel ein Messsystem integriert. Konkret ist nämlich der Führungswagen mit einem speziellen Messwagen 19 gekoppelt. Dieser besitzt einen in FIG 2 nicht dargestellten Sensor, welcher eine Maßverkörperung in oder an der Linearführung 15 abgreift. Der Sensor arbeitet beispielsweise optisch oder magnetisch.

In dem Beispiel von FIG 2 sind der Führungswagen 14 und der Messwagen 19 durch ein Blech 20 aneinander gekoppelt. Alternativ kann der Messwagen 19 aber auch direkt in den Führungswagen 14 integriert sein. Damit lässt sich das lineare Lager- Messsystem noch kompakter ausbilden.

Das oben dargestellte Ausführungsbeispiel stellt also eine Baugruppe dar, die einerseits als Lagerung und andererseits als Messsystem für einen Kombinationsantrieb dient, so dass für das Messsystem keine eigenen Entkopplungsglieder mehr notwendig sind. Im speziellen Beispiel weist die Lagerbau- gruppe sowohl einen Drehgeber als auch einen Lineargeber auf. Prinzipiell kann in der Lagerbaugruppe aber auch nur ein einziger Geber vorgesehen sein. So ist es beispielsweise möglich, bei einem Kombinationsantrieb, der zwei Kombinationslager besitzt (vergleiche FIG 1), das eine Lager als Lagerbau- gruppe mit Drehgeber und das andere Lager als Lagerbaugruppe mit Lineargeber auszustatten. Das gleiche gilt für die Lagerung einer Spindel einer Werkzeugmaschine oder einer Spritz-

gussmaschine sowie der Lagerung einer Welle eines Roboters und dergleichen.