Antriebseinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse gelagerten Antriebswelle mit einer Wellenachse und einem ersten und einem zweiten elektrischen Antrieb, - wobei die Antriebswelle mittels der elektrischen Antriebe um die Wellenachse drehbar und entlang der Wellenachse axi¬ al verschiebbar ist, - wobei beide Antriebe fluchtend zur Wellenachse angeordnet sind und jeweils einen Stator und einen Rotor aufweisen, - wobei die Statoren am Gehäuse befestigt sind, - wobei die Rotoren als Hohlwellen ausgebildet und am Gehäuse gelagert sind, - wobei der Rotor des zweiten Antriebs über eine Linearla¬ gereinrichtung mit der Antriebswelle drehfest, aber axial verschieblich verbunden ist.

Eine derartige Antriebseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 43 44 335 C2 bekannt. Sie wird eingesetzt, wenn eine An¬ triebswelle sowohl um ihre Wellenachse drehbar als auch in Richtung ihrer Wellenachse verschiebbar sein soll. Ein Bei- spiel einer derartigen Anwendung ist die Bewegung einer For¬ derschnecke einer Spritzgießmaschine. Weitere Anwendungen sind beispielsweise Forderarme, mittels derer ein Werkstuck von einer ersten Bearbeitungsstation zu einer zweiten Bear¬ beitungsstation oder dergleichen transportiert werden soll. Denn bei diesen Forderarmen wird oftmals ein Werkstück zu¬ nächst angehoben, danach kreisbogenformig verschwenkt und so¬ dann wieder abgesenkt. Auch beim Wickeln von Garnen und Dräh¬ ten finden sich solche Bewegungen. Schließlich sind solche Bewegungen insbesondere auch bei Antrieben für Spindeln von Drehmaschinen denkbar. Bei der bekannten Antriebseinrichtung ist der zweite Antrieb mit der Antriebswelle indirekt über eine Gewindespindel ver¬ bunden, die ihrerseits mit der Antriebswelle drehfest und axial unverschieblich verbunden ist. Am Rotor des zweiten An- triebs ist ein Antriebszapfen angeordnet, der in eine Ausneh¬ mung der Gewindespindel eingreift und in dieser drehfest, aber axial verschieblich gelagert ist. Der Rotor des ersten Antriebs ist mit einer mit der Gewindespindel zusammenwirken¬ den Gewindemutter drehfest und axial unverschieblich verbun- den.

Die bekannte Antriebseinrichtung ist fertigungstechnisch kom¬ pliziert herzustellen, weil insbesondere in die Gewindespin¬ del die Ausnehmung für den Antriebszapfen des zweiten Rotors eingebracht werden muss. Weiterhin sind konstruktionsbedingt die beiden Antriebe axial hintereinander angeordnet, wodurch sich eine große axiale Bauweise der Antriebseinrichtung er¬ gibt. Schließlich ist der Hebelarm, mit dem der Antriebszap¬ fen des zweiten Antriebs auf die Antriebswelle wirkt, relativ gering, so dass auch nur relativ geringe Drehmomente über¬ tragbar sind und sich nur eine relativ geringe Torsionsstei- figkeit ergibt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu entwickeln, dass sie fertigungstechnisch einfacher herstellbar ist und eine hohe Torsionssteifigkeit erreichbar ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, - dass der Rotor des ersten Antriebs mit einer Gewindespindel drehfest und axial unverschieblich verbunden ist, - dass die Antriebswelle mit einer mit der Gewindespindel zu¬ sammenwirkenden Gewindemutter drehfest und axial unver- schieblich verbunden ist und - dass die Antriebswelle eine Ausnehmung zur Aufnahme der Ge¬ windespindel aufweist. Denn dadurch muss zum Einen in die Gewindespindel keine Aus¬ nehmung mehr eingebracht werden, was dazu führt, dass nunmehr eine Standard-Gewindespindel verwendet werden kann. Zum Ande¬ ren kann nunmehr die Antriebswelle direkt mit dem Rotor des zweiten Antriebs verbunden werden, was zu einer Übertragbar¬ keit von relativ großen Drehmomenten und einer hohen Torsi¬ onssteifigkeit führt.

Wenn die Antriebe in Radialrichtung ineinander verschachtelt sind, kann darüber hinaus auch eine geringe axiale Baulänge der Antriebseinrichtung erreicht werden. Vorzugsweise ist da¬ bei der radial innen angeordnete Antrieb der erste Antrieb. Denn dadurch wird der konstruktive Aufbau der Antriebsein¬ richtung noch weiter vereinfacht.

Auf Grund der radial ineinander verschachtelten Anordnung der Antriebe ist vorzugsweise der radial innen angeordnete An¬ trieb als Innenrotor-Motor ausgebildet. Aus dem gleichen Grund ist vorzugsweise der radial außen angeordnete Antrieb als Außenrotor-Motor ausgebildet.

Bei einem Innenrotor-Motor liegt der Stator radial weiter au¬ ßen als der Rotor. Bei einem Außenrotor-Motor ist es umge¬ kehrt. Beide Statoren liegen somit radial innerhalb der bei- den Rotoren. Der Aufbau der Antriebseinrichtung kann somit dadurch noch weiter vereinfacht werden, dass das Gehäuse ein Ringelement aufweist, das sich in Axialrichtung zwischen die Rotoren der Antriebe erstreckt und die Statoren beider An¬ triebe trägt. Darüber hinaus kann durch diese Maßnahme auch der radial erforderliche Bauraum noch weiter reduziert wer¬ den.

Das Ringelement ist vorzugsweise als Kühleinrichtung für die Statoren ausgebildet. Denn dann ist eine hohe Antriebsleis- tung realisierbar. Dies gilt ganz besonders, wenn das Ring¬ element einen Ringkanal für ein Kühlmedium, insbesondere Was¬ ser, aufweist. Auf den Rotor des ersten Antriebs wirken sowohl Axial- als auch Radialkräfte. Er ist daher vorzugsweise am Gehäuse radi¬ al und axial gelagert, insbesondere über eine Radiallagerung und eine davon getrennte Axiallagerung. Auf den Rotor des zweiten Antriebs wirken hingegen nur Radialkräfte. Bezüglich des Rotors des zweiten Antriebs ist es daher ausreichend, wenn dieser am Gehäuse ausschließlich radial gelagert ist.

Wenn der erste und/oder der zweite Antrieb als permanenter- regter Drehstrom-Synchronmotor ausgebildet ist, ergibt sich eine noch kompaktere Bauweise. Prinzipiell können aber auch andere Antriebe verwendet werden, z.B. Drehstrom-Asynchron¬ motoren oder Gleichstrommotoren.

Wenn der erste und/oder der zweite Antrieb Permanentmagnete aufweist, die im Rotor des permanenterregten Motors angeord¬ net sind, ist keinerlei Stromzuführung zu beweglichen Teilen erforderlich, sei es über Schleifringe, sei es über Transfor¬ matoranordnungen.

Wenn dem ersten und/oder dem zweiten Antrieb Lagegeber zuge¬ ordnet sind, die mit einem dem jeweiligen Antrieb zugeordne¬ ten Lageregler verbindbar sind, sind die Dreh- und/oder die Axiallage der Antriebswelle leicht positionsregelbar. Die La- ge des Rotors des zweiten Antriebs korrespondiert dabei mit der Drehstellung der Antriebswelle, die Differenz der Lage des ersten Antriebs zur Lage des zweiten Antriebs mit der Axialverschiebung der Antriebswelle. Die Umrechnung der Lage¬ differenz in die Axialverschiebung ergibt sich dabei direkt und unmittelbar unter Heranziehung der Steigung der Gewinde¬ spindel.

Die Linearlagereinrichtung weist vorzugsweise mindestens drei in Urnfangsrichtung gleichmäßig verteilte Linearlager auf. Denn dann ergibt sich eine besonders zuverlässige Radiallage¬ rung der Antriebswelle relativ zum Rotor des zweiten An- triebs. Die Linearlager weisen dabei vorzugsweise Laufwägen und Linearführungen auf.

Wenn zwischen den Laufwägen und den Linearführungen Wälzlage- rungen angeordnet sind, ist die Antriebswelle besonders leicht und zuverlässig axial verschiebbar. Der konstruktive Aufbau der Wälzlagerungen kann dabei einfach gehalten werden, wenn sie als um die Linearführungen umlaufende Wälzlagerket¬ ten ausgebildet sind.

Wenn die Linearführungen sich an ihren axial voneinander beabstandeten Enden in Umfangsrichtung kontinuierlich verjün¬ gen, insbesondere abgerundet oder abgewinkelt sind, arbeiten die Wälzlagerungen der Linearführungen besonders zuverlässig.

Vorzugsweise sind die Laufwägen am Rotor des zweiten Antriebs und die Linearführungen an der Antriebswelle angeordnet. Prinzipiell wäre es aber auch möglich, die Laufwägen an der Antriebswelle und die Linearführungen am Rotor des zweiten Antriebs anzuordnen.

Wenn zwischen der Gewindespindel und der Gewindemutter eine Kugellagerung angeordnet ist, ist eine Relativdrehung des Ro¬ tors des ersten Antriebs relativ zum Rotor des zweiten An- triebs' besonders leichtgängig in eine Axialverschiebung der Antriebswelle umsetzbar.

Wie bereits eingangs erwähnt, ist die Antriebseinrichtung stets einsetzbar, wenn sowohl eine Drehbewegung der Antriebs- welle als auch ein Axialvorschub der Antriebswelle realisier¬ bar sein soll. Eine besonders bevorzugte Anwendung besteht aber als Antriebseinrichtung für eine Förderschnecke einer Spritzgießmaschine.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach¬ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbin- 'dung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung: FIG 1 ein Blockschaltbild einer Spritzgießmaschine, FIG 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebs¬ einrichtung, FIG 3 eine Draufsicht auf die Antriebseinrichtung von FIG 2 und FIG 4 ein Detail von FIG 3.

Gemäß FIG 1 weist eine allgemein mit dem Bezugszeichen 1 ver¬ sehene Spritzgießmaschine unter anderem einen Einfülltrichter 2 auf, über den der Spritzgießmaschine 1 Kunststoffgranulat 3 zugeführt wird. Das Kunststoffgranulat 3- wird durch Drehen einer Förderschnecke 4 in einen Plastifizierraum 5 der Spritzgießmaschine 1 gefördert. Dort wird es durch Erhitzen mittels einer schematisch angedeuteten Heizung 6 aufgeschmol- zen. Danach wird es durch axiales Verschieben der Förder¬ schnecke 4 in eine Spritzgießform 7 eingespritzt, wo es zum fertigen Spritzgießteil erstarrt.

Die Funktionsweise der Spritzgießmaschine 1 wird von einer Steuereinrichtung 8 gesteuert. Die Steuereinrichtung 8 steu¬ ert unter anderem eine Antriebseinrichtung 9 an, welche so¬ wohl die Drehung der Förderschnecke 4 als auch das axiale Verschieben der Förderschnecke 4 bewirkt. Diese Antriebsein¬ richtung 9 ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Sie wird nachfolgend in Verbindung mit den FIG 2 bis 4, insbeson¬ dere der FIG 2, näher erläutert. Der guten Ordnung halber seid dabei erwähnt, dass die Darstellung der Antriebseinrich¬ tung 9 in FIG 2 im Vergleich zu der Anordnung von FIG 1 spie¬ gelbildlich ist. Rechts und links sind also in den FIG 1 und 2 vertauscht.

Gemäß FIG 2 weist die Antriebseinrichtung 9 ein Gehäuse 10 auf. Über das Gehäuse 10 ist die Antriebseinrichtung 9 mit einem Grundkörper 11 der Spritzgießmaschine 1 verbunden, z.B. verschraubt. Im Gehäuse 10 sind ein erster elektrischer An¬ trieb 12 und ein zweiter elektrischer Antrieb 13 angeordnet. Die Antriebe 12, 13 wirken auf eine Antriebswelle 14 mit ei- ner Wellenachse 15, die im Gehäuse 10 gelagert ist. Die An¬ triebe 12, 13 sind fluchtend zur Wellenachse 15 angeordnet.

Die Antriebe 12, 13 sind gemäß FIG 2 in Radialrichtung inein- ander verschachtelt . Der radial innen angeordnete Antrieb ist dabei der erste Antrieb 12.

Der erste Antrieb 12 ist als Innenrotor-Motor ausgebildet. Er weist also einen Stator 16 und einen Rotor 17 auf, wobei der Rotor 17 bezüglich des Stators 16 radial innen angeordnet ist. Der Stator 16 des ersten Antriebs 12, also des radial innen liegenden Antriebs 12, ist dabei an einem Ringelement 18 angeordnet, das Bestandteil des Gehäuses 10 ist und sich in Axialrichtung bis über den Rotor 17 des ersten Antriebs 12 erstreckt.

Der zweite Antrieb 13 ist als Außenrotor-Motor ausgebildet. Er weist also ebenfalls einen Stator 19 und einen Rotor 20 auf, wobei der Rotor 20 bezüglich des Stators 19 jedoch radi- al außen angeordnet ist. Der Stator 19 des zweiten Antriebs 13, also des radial außen liegenden Antriebs 13, ist dabei ebenfalls am Ringelement 18 angeordnet. Das Ringelement 18 ist somit ein beiden Antrieben 12, 13 gemeinsames Element, das sich in Axialrichtung zwischen die Rotoren 17, 20 der An- triebe 12, 13 erstreckt und die Statoren 16, 19 beider An¬ triebe 12, 13 trägt. Beide Statoren 16, 19 sind somit - näm¬ lich indirekt über das Ringelement 18 - am Gehäuse 10 befes¬ tigt.

Die Antriebe 12, 13 sind vorzugsweise als permanenterregte Drehstrom-Synchronmotoren 12, 13 ausgebildet, da sich hier¬ durch ein besonders kompakter Aufbau der Antriebseinrichtung 9 ergibt. Sie weisen also Permanentmagnete 21, 22 auf. Gemäß FIG 2 sind dabei die Permanentmagnete 21, 22 in den Rotoren 17, 20 der Antriebe 12, 13 angeordnet. Gemäß FlG 2 weist das Ringelement 18 einen Kühlkanal 23 für ein Kühlmedium auf. Das Kühlmedium ist dabei vorzugsweise Wasser. Das Ringelement 18 ist somit als Kühleinrichtung für die Statoren 16, 19 ausgebildet.

Wie weiterhin aus FIG 2 ersichtlich ist, sind die Rotoren 17, 20 als Hohlwellen ausgebildet und am Gehäuse 10 gelagert. Der Rotor 17 des ersten Antriebs 12 ist dabei über eine Radialla¬ gerung 24 am Gehäuse 10 radial gelagert. Die Radiallagerung 24 kann, wie in FIG 2 dargestellt, insbesondere als Wälzlage¬ rung, z.B. als Kugellagerung, ausgebildet sein. Die Axialla¬ gerung des Rotors 17 des ersten Antriebs 12 erfolgt vorzugs¬ weise über eine von der Radiallagerung 24 getrennte Axialla¬ gerung 25. Auch die Axiallagerung 25 ist vorzugsweise als Wälzlagerung ausgebildet, z.B., wie in FIG 2 dargestellt, wieder als Kugellagerung. Der Rotor 20 des zweiten Antriebs 13 ist vorzugsweise am Gehäuse 10 ausschließlich radial gela¬ gert, und zwar vorzugsweise wieder über eine Wälzlagerung 26, z.B. eine Kugellagerung.

Der Rotor 17 des ersten Antriebs 12 ist gemäß FIG 2 mit einer Gewindespindel 27 drehfest und axial unverschieblich verbun¬ den. Der Rotor 20 des zweiten Antriebs 13 hingegen ist über eine Linearlagereinrichtung 28 mit der Antriebswelle 14 dreh- fest, aber axial verschieblich verbunden. Die Antriebswelle 14 wiederum ist mit einer Gewindemutter 29 drehfest und axial unverschieblich verbunden. Die Gewindemutter 29 wirkt dabei mit der Gewindespindel 27 zusammen, beispielsweise über eine zwischen der Gewindespindel 27 und der Gewindemutter 29 ange- ordnete Kugellagerung 30. Weiterhin weist die Antriebswelle 14 eine Ausnehmung 31 zur Aufnahme der Gewindespindel 27 auf.

Werden bei der Antriebseinrichtung 9 der FIG 2 die Rotoren 17, 20 beider Antriebe 12, 13 gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl gedreht, erfolgt hierdurch eine rein rotatorische Bewegung der Antriebswelle 14 um ihre Wellenachse 15. Die Drehlage der Wellenachse 14 korrespondiert dabei mit der Drehlage des Rotors 20 des zweiten Antriebs 13. Wird aus¬ schließlich der Rotor 17 des ersten Antriebs 12 gedreht, er¬ folgt eine rein translatorische Bewegung der Antriebswelle 14 entlang der Wellenachse 15. Die Axialverschiebung der An- triebswelle 14 entlang der Wellenachse 15 korrespondiert da¬ bei mit der Differenz der Drehlagen der Rotoren 17, 20. Wer¬ den die Rotoren 17, 20 beider Antriebe 12, 13 gleichzeitig gedreht, korrespondiert die Drehbewegung der Antriebswelle 14 mit der Drehbewegung des Rotors 20 des zweiten Antriebs 13. Die Axialbewegung der Antriebswelle 14 korrespondiert über die Steigung der Gewindespindel 27 mit der Differenz der Drehbewegungen der Rotoren 17, 20 der beiden Antriebe 12, 13.

Um durch die Linearlagereinrichtung 28 möglichst auch eine Radialführung der Antriebswelle 14 zu erreichen, weist die Linearlagereinrichtung 28 vorzugsweise mindestens drei Line¬ arlager 32 auf, die - siehe FIG 3 - in Umfangsrichtung gleichmäßig um die Wellenachse 15 herum verteilt sind. Die Linearlager 32 umfassen dabei Laufwägen 33 und Linearführun- gen 34. Gemäß FIG 3 sind die Laufwägen 33 am Rotor 20 des zweiten Antriebs 13 angeordnet, die Linearführungen 34 an der Antriebswelle 14. Prinzipiell wäre aber auch eine umgekehrte Anordnung möglich.

Um ein möglichst reibungsarmes und damit exaktes Verschieben der Antriebswelle 14 in Axialrichtung zu erreichen, sind vor¬ zugsweise zwischen den Laufwägen 33 und den Linearführungen 34 Wälzlagerungen 35 angeordnet. Die .Wälzlagerungen 35 können wieder als Kugellager ausgebildet sein. Unabhängig von einer Ausbildung als Kugel- oder andere Wälzlagerung sind die Wälz¬ lagerungen 35 aber entsprechend FIG 4 vorzugsweise als um die Linearführungen 34 umlaufende Wälzlagerketten ausgebildet. Um dabei einen möglichst störungsfreien und zuverlässigen Be¬ trieb zu ermöglichen, verjüngen sich vorzugsweise die Linear- führungen 34 an ihren axial voneinander beabstandeten Enden in Umfangsrichtung kontinuierlich. Wie im oberen Teil von FIG 4 dargestellt, können die Linearführungen 34 beispielsweise abgerundet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Li¬ nearführungen 34 abgewinkelt sind. Dies ist im unteren Teil von FIG 4 dargestellt.

Bei den meisten Anwendungen der erfindungsgemäßen Antriebs¬ einrichtung 9 müssen sowohl die Drehbewegung der Antriebswel¬ le 14 als auch deren Axialvorschub sehr genau erfolgen. Zu¬ mindest der Axialvorschub muss aber in aller Regel exakt sein. Dem ersten und dem zweiten Antrieb 12, 13 sind daher vorzugsweise Lagegeber 36, 37 zugeordnet, die mit einem dem jeweiligen Antrieb 12, 13 zugeordneten Lageregler 38, 39 ver¬ bindbar sind. Durch Vorgabe entsprechender Sollwerte αl*, α2* an die Lageregler 38, 39 durch die Steuereinrichtung 8 und das Erfassen der korrespondierenden Istwerte αl, α2 durch die Lagegeber 36, 37 können daher die Lageregler 38, 39 sowohl die Drehlage der Antriebswelle 14 als auch deren Axi¬ alvorschub genau regeln.

Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung 9 verbindet somit einen fertigungstechnisch einfachen Aufbau mit einer hohen Kompaktheit und Zuverlässigkeit.