Beschreibung

Einbaumotor, insbesondere Einbau-Torquemotor

Die Erfindung betrifft einen Einbaumotor, insbesondere einen Einbau-Torquemotor ohne eigene Lagerung.

Einbaumotoren sind Motoren, die als Einbaukomponenten geliefert werden. Für eine komplette Antriebseinheit sind zusätz- liehe Bauteile, wie beispielsweise ein Lager und ein Drehge ^¬ ber notwendig. Insbesondere weisen Einbaumotoren keine eigene Lagerung auf und sind wellenlos, da das zu bewegende Teil, d.h. der Rotor, des Einbaumotors zur Anflanschung an eine Welle vorgesehen ist.

Torquemotoren sind hochpolige permanent erregte Drehstrom- Synchronmotoren. Das Drehmoment wird in der Regel durch einen feststehenden Stator erreicht, der über den Luftspalt das Drehmoment direkt auf den Rotor überträgt. Bei diesem An- triebskonzept entfallen mechanische übertragungselemente, wie beispielsweise ein Getriebe und damit auch die durch Mechanik bedingten Ungenauigkeiten . Außerdem bietet der Torquemotor einen nahezu verschleiß- und wartungsfreien Betrieb.

Besonders geeignet sind Torquemotoren für Werkzeugmaschinen mit Rundtischen oder Schwenkachsen, also beispielsweise High- Speed-Cutting-Bearbeitungszentren oder beim Formfräsen mit Schwenkköpfen in Groß-Bearbeitungszentren . Darüber hinaus können sie eingesetzt werden als Antriebe für schnell hoch- laufende Achsen bei Drehmaschinen, für dynamische Werkzeugma ^¬ gazine von Bearbeitungszentren, in der Robotik, und bei Kunststoff-Spritzmasehinen .

Insbesondere bei Direktantrieben in Form von Torquemotoren kommt es durch die zusätzlich notwendige Integration kinema ^¬ tischer Sensoren für die Regelung zu Zuordnungsproblemen bei Konstruktion und Montage. Beispielsweise kann es bei Winkel ^¬ messsystemen mit absoluter Information für die Kommutierung

neben der Auswahl des falschen Lagesensors zu einer fehlerhaften Platzierung bei der Montage kommen. Dies führt zu Verzögerungen von Inbetriebnahmen, Fehlern im Betrieb mit der Folge unzureichender Motorperformance oder gar Schäden. Ein weiteres Problem kann durch fehlende Justagemöglichkeit oder Fehljustage der Sensoren entstehen.

Die bislang in lagerlosen Einbau-Torquemotoren nicht vorab integrierte Sensorik für kinematische Größen behindert den Einsatz dieser Antriebe in Anwendungen, die bereits eine ma- schinenseitige Lagerung haben. Für diese Anwendungen sind Einbaumotoren ohne eigene Lagerung zwar prinzipiell optimal geeignet, allerdings werden Motoren mit integrierter Sensorik zur Erfassung kinematischer Größen aus Genauigkeitsgründen nur mit eigener Lagerung gebaut. Bislang ist die Aufgabe der Sensorintegration bei Verwendung von Einbau-Torquemotoren daher vom Maschinenkonstrukteur zu bewältigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Einbaumotor, insbesondere einen Einbau-Torquemotor bereitzustellen, der integrierte Geber und/oder Sensoren zur Erfassung kinematischer Größen aufweist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 ge- löst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Einbau-Torquemotor weist einen Rotor, einen Stator und einen Geber und/oder eine Positioniervorrichtung zur Positio- nierung von zumindest einem Geber auf.

Vorzugsweise weist der Stator einen Montageflansch auf und die Positioniervorrichtung ist am Montageflansch angeordnet. Da es sich um einen Einbaumotor handelt, der i.d.R. einen Montageflansch zur Anflanschung des Motors an eine Maschine, wie beispielsweise eine Druck- oder Werkzeugmaschine, auf ^¬ weist, bietet es sich an, die Positioniervorrichtung in den Montageflansch zu integrieren. Durch die Integration des Ge-

bers in den Montageflansch des Stators bzw. in den Stator, ist der Geber gleichzeitig, beispielsweise gegen Schmutz oder auch vor Zerstörung bei Montage des Einbaumotors, geschützt. Die Positioniervorrichtung kann aber auch am Stator angeord- net sein, für den Fall, dass der Montageflansch an der Maschine angeordnet ist. Stator und Montageflansch können ebenso einstückig ausgebildet sein.

Vorteilhafterweise ist eine Messspur am Rotor oder an einem Rotorflansch angeordnet. Rotor und Rotorflansch können auch einstückig ausgebildet sein. Die Messspur stellt die Messflä ^¬ che des Messobjekts dar, die der Geber abtastet. Die Anord ^¬ nung der Messspur ist so ausgeführt, dass die genaue axiale Position, Rundheit und Zentrierung entsprechend dem verwende- ten Geber gewährleistet ist.

Der Montageflansch des Stators und der Rotorflansch, oder alternativ auch entsprechende Zwischenflansche, sind so ausge ^¬ bildet, dass sie Zentrierbünde aufweisen, so dass Stator und Rotor auf maschinenseitig vorzusehende, maschinenlagernahe Zentrierbünde passend zu den Zentrierbünden des Montage- flanschs des Stators und des Rotorflansch aufgesetzt und ver ^¬ schraubt werden können.

Aufgrund der Anordnung des Gebers in den Montageflansch des Stators bzw. in einen Verbindungsflansch zwischen Motor und Maschine kann die Rundlaufgenauigkeit der Maschinenlagerung direkt auf die Laufgenauigkeit des Gebers abgebildet werden. Hierzu sind die Zentrierbünde auf den motorseitigen Flanschen und auf der Maschinenseite mit ausreichender Passgenauigkeit für die vom Geber geforderte Rundlaufgenauigkeit auszuführen. Für den Fall, dass eine absolute Maßverkörperung erforderlich ist, so ist diese in erforderlicher Genauigkeit zu den Mag ^¬ netpositionen des Rotors justiert, um beispielsweise die Kom- mutierung des Motors sicherzustellen.

Vorzugsweise ist die Positioniervorrichtung als Ausnehmung, insbesondere zur zumindest teilweisen Aufnahme des Gebers,

ausgebildet. Dazu sind im Montageflansch des Stators bzw. im Stator eine Ausnehmung in Form eines oder mehrerer Aufnahmeschächte vorgesehen, die der lagegenauen Fixierung eines oder mehrerer verwendeter Geber dienen. Der oder die Geber oder eine entsprechende Geberhalterung wird dabei in die Aufnahme ^¬ schächte radial von außen eingeschoben und ermöglicht so eine radiale Führung zur Motorachse und bietet somit einen Frei ^¬ heitsgrad zur Einstellung eines benötigten Abstandes zwischen Geber und Messspur. Für den Fall, dass eine absolute Maßver- körperung erforderlich ist, so sind die Geber definiert genau zur Motorwicklung ausgerichtet, so dass eine korrekte Kommu ^¬ tierung des Motors sichergestellt ist. Die Positioniervor ^¬ richtung für den Geber kann aber beispielsweise als Schraube oder Nut-Feder-Verbindung ausgebildet sein.

Vorzugsweise weist die Positioniervorrichtung und/oder der Geber einen Anschlag zur Einstellung des Abstandes zwischen Geber und Messspur auf. Eine bei der Motorherstellung an einer „Idealwelle" ermittelte optimale Einstellung des Abstan- des ist durch diesen Anschlag am Montageflansch des Stators bzw. des Stators vordefiniert. Nach der Montage des eigentli ^¬ chen Motors wird zum Zweck der Geberjustage der Geber oder die Geberhalterung über einen Betätigungsmechanismus, wie beispielsweise durch radialen Druck gegen eine Rückhaltefe- der, auf diesen Anschlag positioniert und verriegelt. Für ei ^¬ ne spätere Demontage des Motors wird der Geber oder die Ge ^¬ berhalterung einfach durch Lösen des Betätigungsmechanismus und die Federkraft vom Rotor radial weggerückt, wobei der Be ^¬ tätigungsmechanismus so ausgestaltet ist, dass dies vor der Motordemontage ausgeführt werden muss, womit verhindert wird, dass der Geber bei der Demontage beschädigt wird. Die Verrie ^¬ gelung erfolgt durch eine wesentlich steifere Feder oder durch ein Kraftbegrenzungselement und ist für den Fall einer Kollision von Messspur und Geber so gestaltet, dass der Geber und die Messspur nicht zerstört werden, sondern der Geber zurückgeschoben wird. Hierzu können beispielsweise Kontaktflä ^¬ chen mit Notlaufeigenschaft parallel zu Geber und Messspur vorgesehen sein, die vor den eigentlichen Messflächen des Ge-

bers auf Kontakt gehen.

Vorzugsweise ist ein Abstandssensor zur Justage des Gebers vorgesehen. Der Abstandssensor dient zusätzlich zur Justage des Gebers, insbesondere in dem Fall, dass die Justage mit ^¬ tels des zuvor beschriebenen Anschlags nicht ausreichend ist. Der Abstandssensor misst den Abstand bzw. den Luftspalt zwischen Geber und Messspur, wobei das Signal des Abstandssensors auf einer Anzeige zur Feinjustage dargestellt wird. Ist der Abstand nicht richtig, kann dieser dann beispielsweise durch einen Mechanismus zum Verschieben des Anschlags einge ^¬ stellt werden.

Durch die Justage der Positioniervorrichtung bzw. des Gebers mittels des Anschlags ist es bereits möglich, den Motor prin ^¬ zipiell zu betreiben. Die Feinjustage mittels Abstandssensors dient zur Optimierung der Messgenauigkeit des Gebers.

Vorzugsweise ist der Geber ein Positionsgeber. Es können aber auch weitere Geber oder Sensoren, wie beispielsweise Be ^¬ schleunigungsgeber, Geschwindigkeitsgeber oder Temperatursensor angeordnet sein, wobei mehrere Sensoren in einer oder mehreren Positioniervorrichtungen angeordnet sein können. Somit kann auch der Einbaumotor eine oder mehrere Positionier- Vorrichtung aufweisen.

Vorzugsweise weist der Stator eine integrierte Kühlung auf. Durch die Kühlung des Stators, die aufgrund der notwendigen Kühlung des Stators ohnehin vorhanden ist, werden die Geber bzw. Sensoren ebenso gekühlt. Die Kühlungsfunktion für die

Geber bzw. Sensoren dient insbesondere bei Messprinzipien mit Verlustleistung oder auch Rotorverlusten des Motors der Temperierung der Messelemente.

Vorzugsweise ist die Anschlusstechnik des Motors und sämtli ^¬ cher Sensorik zum Betrieb des Motors, wobei auch Temperatursensoren vorhanden sein können, in die Positioniervorrichtung und somit in den Einbaumotor integriert, wobei eine entspre-

chende Sensor- und Datenschnittstelle zur digitalen übertra ^¬ gung der Geber- bzw. Sensorsignale und Motortyperkennung (elektronisches Typschild) ausgebildet ist.

Bei magnetisch streufeidempfindlichen Messprinzipien können ebenfalls noch wirbelstromdämpfende und magnetisch abschir ^¬ mende Materialen zwischen Geber- bzw. Sensorkomponenten und Motorkomponenten integriert sein.

Der erfindungsgemäße Einbaumotor bietet eine Lösung zur ein ^¬ fachen und sicheren Montage und Justage von Einbaumotor und Geber- bzw. Sensorkomponenten durch eine minimierte Anzahl an mechanischen Schnittstellen. Die richtige Justage der Geber bzw. Sensoren ist bereits vor Montage des Motors festgelegt und kann im Montage- oder Servicefall durch einfachste Bedie ^¬ nung erfolgen. Weiterhin werden durch die Anordnung der Geber bzw. Sensoren am Einbaumotor spätere mögliche Montagefehler vermieden. Auch können die Einbaumotoren vor der Montage separat komplett mit Geber bzw. Sensoren auf Funktionsfähigkeit überprüft werden.

In der nachfolgenden Beschreibung werden weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläu- tert . Dabei sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In den Zeichnungen zeigen:

FIG 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemä- ßen Einbaumotors;

FIG 2 den erfindungsgemäßen Einbaumotor von FIG 1 in einer ersten perspektivischen Teilansicht;

FIG 3 den erfindungsgemäßen Einbaumotor von FIG 1 in einer zweiten perspektivischen Teilansicht; FIG 4 den erfindungsgemäßen Einbaumotor von FIG 1 in einer dritten perspektivischen Teilansicht;

FIG 5 den erfindungsgemäßen Einbaumotor von FIG 1 in einer ersten seitlichen Teilansicht;

FIG 6 den erfindungsgemäßen Einbaumotor von FIG in einer zweiten seitlichen Teilansicht.

FIG 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemä- ßen Einbaumotors 1 sowie Teile einer Maschine 11, beispiels ^¬ weise einer Druckmaschine, von vorn. Der Einbaumotor 1 ist bereits teilweise an die Maschine 11 angeflanscht. Der Ein ^¬ baumotor 1, der insbesondere als Einbau-Torquemotor ausgebildet ist, weist einen Rotor 2, einen Stator 3 und einen ers- ten, nicht gezeigten, Geber 6, der sich in der Geberhalterung 6a befindet, auf. Der Stator 3 weist den Montageflansch 8 auf und die Positioniervorrichtung 4 ist am Montageflansch 8 angeordnet. Die Positioniervorrichtung 4 bzw. die Geberhalterung 6a könnte aber genauso gut auch am Stator 3 angeordnet sein.

FIG 2 zeigt den erfindungsgemäßen Einbaumotor 1 von FIG 1 in einer ersten perspektivischen Teilansicht. Besonders gut ist in FIG 2 zu erkennen, dass die Positioniervorrichtung 4 als Ausnehmung ausgebildet ist. Dazu ist im Montageflansch 8 des Stators 3 eine Ausnehmung in Form eines Aufnahmeschachtes vorgesehen, welcher der lagegenauen Fixierung des Gebers 6 dient. Der Geber 6 weist die Geberhalterung 6a auf, die in die Positioniervorrichtung 4 bzw. Ausnehmung radial von außen eingeschoben ist.

FIG 3 zeigt den erfindungsgemäßen Einbaumotor 1 von FIG 1 in einer zweiten perspektivischen Teilansicht. Diese Teilansicht zeigt die Messspur 10, die am Rotorflansch 9 angeordnet ist. Die Messspur 10 könnte ebenso am Rotor 2 angeordnet sein. Die Messspur 10 stellt die Messfläche des Messobjekts, d. h. des Rotors 2, dar, die der Geber 6, der sich in der Geberhalterung 6a befindet, abtastet. Die Geberhalterung 6a weist den Betätigungsmechanismus 12 zur Justage und Verriegelung des Gebers 6 mit der Geberhalterung 6a auf.

FIG 4 zeigt den erfindungsgemäßen Einbaumotor 1 von FIG 1 in einer dritten perspektivischen Teilansicht. FIG 4 zeigt, dass

mehrere Geber und/oder Positionseinrichtungen am Einbaumotor 1 vorgesehen sein können. Der erste Geber 6 ist beispielsweise ein Positionsgeber und der zweite Geber 7 ist beispielsweise ein Beschleunigungssensor. Beide Geber 6 und 7 weisen die Geberhaltungen 6a und 7a auf und sind jeweils in einer separaten Positioniervorrichtung 4 und 5 angeordnet, wobei die Positioniervorrichtungen 4 und 5 gegenüberliegend als Ausnehmung im Montageflansch 8 des Stators 3 angeordnet sind.

FIG 5 zeigt den erfindungsgemäßen Einbaumotor 1 von FIG 1 in einer ersten seitlichen Teilansicht. Die Geberhalterung 6a weist den Betätigungsmechanismus 12 mit Rückhaltefeder 13 auf, mittels derer der Geber 6 in der Geberhalterung 6a auf den Anschlag 15 justiert und verriegelt wird. Der Anschlag 15 wird gebildet durch die beiden Stifte 15a und 15b, welche im Betriebs- bzw. verriegelten Zustand am maschinenseitigen Zentrierbund 14 für den Stator 3 anliegen. FIG 5 zeigt die entriegelte Position der Geberhalterung 6a, die gekennzeichnet ist durch einen Sicherheitsabstand zwischen Geber 6 und Messspur 10.

FIG 6 zeigt den erfindungsgemäßen Einbaumotor 1 von FIG 1 in einer zweiten seitlichen Teilansicht. FIG 6 zeigt den Betriebs- bzw. verriegelten Zustand der Geberhalterung 6a mit dem Geber 6. Die beiden Anschlagsstifte 15a und 15b liegen am maschinenseitigen Zentrierbund 14 für den Stator 3 an.