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Title:
SPINDLE DRIVE HAVING AN ELECTRIC MOTOR AND A SPINDLE MECHANISM WHICH IS DRIVEN BY THE ELECTRIC MOTOR, AND METHOD FOR OPERATING A SPINDLE DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/166658
Kind Code:
A1
Abstract:
Spindle drive having an electric motor and a spindle mechanism which is driven by the electric motor, and method for operating a spindle drive, wherein a rotor shaft of the electric motor is connected in a rotationally fixed manner to the spindle (5) of the spindle mechanism, which spindle is operatively connected to a spindle nut (11) of the spindle mechanism, wherein the spindle nut (11) is arranged in a rotationally fixed manner, but such that it can move in a linear, in particular axial, manner, on the housing (2), in particular on the housing (2) which has a housing part (8), of the spindle mechanism, wherein a piston rod (6) is connected to the spindle nut (11) and protrudes out of the spindle mechanism, in particular out of the housing (2), in particular the housing part (8), wherein a first seal (9) is arranged between the piston rod (6) and the housing (2), in particular the housing part (8), and wherein a further seal, in particular a shaft sealing ring, is arranged between the spindle and the housing, so that the interior region of the spindle mechanism is pressure-tight, in particular hermetically sealed, in relation to the surrounding area, wherein the spindle drive has a means (10) for detecting the pressure in the interior region of the spindle mechanism.

Inventors:
DITTES, Gerhard (Meierhof 8, Gondelsheim, 75053, DE)
Application Number:
EP2018/025057
Publication Date:
September 20, 2018
Filing Date:
March 07, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SEW-EURODRIVE GMBH & CO. KG (Ernst-Blickle-Str. 42, Bruchsal, 76646, DE)
International Classes:
H02K7/06; H02K7/116; H02K11/24
Foreign References:
DE102014224257A12016-06-02
US20140288776A12014-09-25
EP1795987A22007-06-13
DE102009050359A12011-05-26
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche:

1 . Spindelantrieb, aufweisend einen Elektromotor und einen von dem Elektromotor angetriebenen Spindeltrieb, wobei eine Rotorwelle des Elektromotors drehfest verbunden ist mit einer Spindel des Spindeltriebs, die in Wirkverbindung mit einer Spindelmutter des Spindeltriebs ist, wobei die Spindelmutter drehfest, aber linear, insbesondere axial, bewegbar am Gehäuse, insbesondere am ein Gehäuseteil aufweisenden Gehäuse, des Spindeltriebs angeordnet ist, wobei eine Kolbenstange mit der Spindelmutter verbunden ist, welche aus dem Spindeltrieb, insbesondere aus dem Gehäuse, insbesondere Gehäuseteil, herausragt, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Dichtung zwischen Kolbenstange und Gehäuse, insbesondere Gehäuseteil, angeordnet ist und dass eine weitere Dichtung, insbesondere Wellendichtring, zwischen Spindel und Gehäuse angeordnet ist, so dass der Innenraumbereich des Spindeltriebs druckdicht, insbesondere hermetisch abgeschlossen, ist gegenüber der Umgebung, wobei der Spindelantrieb ein Mittel zur Erfassung des Drucks im Innenraumbereich des Spindeltriebs aufweist.

2. Spindelantrieb nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Mittel ein Drucksensor ist, welcher in dem Gehäuseteil des Spindeltriebs angeordnet ist und/oder welcher die Druckdifferenz zwischen dem Innenraumbereich und der äußeren Umgebung des Spindeltriebs erfasst.

3. Spindelantrieb nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

als Mittel eine Vorrichtung zur Bestimmung des vom Elektromotor erzeugten Drehmoments verwendet wird, insbesondere wobei die Vorrichtung ein die Statorwicklung des Elektromotors speisender Wechselrichter, insbesondere Umrichter, ist, wobei eine Auswerteeinheit, insbesondere elektronische Schaltung, des Wechselrichters aus dem der Statorwicklung zugeführten Strom, insbesondere Stromraumzeiger, und/oder aus der der Statorwicklung vom Wechselrichter bereit gestellten Spannung das vom Elektromotor erzeugte Drehmoment bestimmt und daraus, insbesondere unter Berücksichtigung der vom Spindelantrieb an eine anzutreibende Last geleiteten Kraft, den Druck im Innenraumbereich des Spindelantriebs bestimmt.

4. Spindelantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Innenraumbereich begrenzt ist durch das Gehäuse des Spindeltriebs und die

Kolbenstange, so dass das Volumen des Innenraumbereichs von der Linearposition der Kolbenstange abhängt.

5. Spindelantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Innenraumbereich mittels der ersten Dichtung und der weiteren Dichtung hermetisch von der Umgebung des Spindeltriebs oder Spindelantriebs abgeschlossen ist.

6. Spindelantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Spindelmutter linear geführt ist im Spindeltrieb, insbesondere im Gehäuse des

Spindeltriebs.

7. Spindelantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Rotorwelle mit der Spindel mittels einer Kupplung drehfest verbunden ist.

8. Spindelantrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Mittel verbunden ist mit einer Auswerteeinheit, welche ein Warnsignal herausgebbar macht, insbesondere optisch, akustisch und/oder elektronisch.

9. Verfahren zum Betreiben eines Spindelantriebs, insbesondere nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Druck in einem Innenraumbereich des Spindelantriebs, insbesondere im Innenraumbereich des Spindeltriebs des Spindelantriebs, erfasst wird und in Abhängigkeit von dem

Linearpositionsverlauf der Kolbenstange des Spindeltriebs ausgewertet wird zur Bestimmung des Ölvolumens, insbesondere Ölstands, im Spindeltrieb.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

aus dem erfassten Motorstrom und/oder aus der erfassten Motorspannung des Elektromotors das vom Elektromotor erzeugte Drehmoment bestimmt wird, insbesondere mit welchem der Spindelantrieb angetrieben wird, wobei aus dem Verlauf des Drehmoments unter Berücksichtigung der an die vom

Linearantrieb an eine vom Linearantrieb anzutreibende Last geleitete Kraft der Druck im Innenraumbereich des Spindeltriebs bestimmt wird und daraus das Ölvolumen, insbesondere der Ölstand, im Innenraumbereich.

1 1 . Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

bei Unterschreiten eines kritischen Wertes an Ölvolumen ein Warnsignal weitergeleitet oder angezeigt wird, insbesondere elektronisch, optisch und/oder akustisch.

12. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

bei Inbetriebnahme zu jeder Linearposition, insbesondere der Kolbenstange, ein Druckwert erfasst wird und der Linearpositionswert zusammen mit dem zugeordneten Druckwert als Wertepaar abgespeichert wird, insbesondere in einem Speicher des den Elektromotor des Linearantriebs speisenden Wechselrichters, wobei während des der Inbetriebnahme nachfolgenden Betriebs ein jeweils aktuell erfasster Druckwert samt dem aktuell zugehörigen Linearpositionswert verglichen wird mit den gespeicherten Wertepaaren und/oder mit einem aus den gespeicherten Werten durch Interpolation bestimmten Wertepaar.

Description:
Spindelantrieb, aufweisend einen Elektromotor und einen von dem Elektromotor angetriebenen Spindeltrieb, und Verfahren zum Betreiben eines Spindelantriebs

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Spindelantrieb, aufweisend einen Elektromotor und einen von dem Elektromotor angetriebenen Spindeltrieb, und ein Verfahren zum Betreiben eines

Spindelantriebs. Es ist allgemein bekannt, dass ein Spindelantrieb als Linearantrieb verwendbar ist und mit seiner Kolbenstange eine Kraft auf eine anzutreibende Last ausübt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit bei Betrieb eines

Spindelantriebs weiterzubilden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Spindelantrieb nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Spindelantrieb sind, dass der Spindelantrieb einen Elektromotor und einen von dem Elektromotor angetriebenen Spindeltrieb aufweist, wobei eine Rotorwelle des Elektromotors drehfest verbunden ist mit einer Spindel des Spindeltriebs, die in Wirkverbindung mit einer Spindelmutter des Spindeltriebs ist, wobei die Spindelmutter drehfest, aber linear, insbesondere axial, bewegbar am Gehäuse, insbesondere am ein Gehäuseteil aufweisenden Gehäuse, des Spindeltriebs angeordnet ist, wobei eine Kolbenstange mit der Spindelmutter verbunden ist, welche aus dem Spindeltrieb, insbesondere aus dem Gehäuse, insbesondere Gehäuseteil, herausragt, wobei eine erste Dichtung zwischen Kolbenstange und Gehäuse, insbesondere Gehäuseteil, angeordnet ist und dass eine weitere Dichtung, insbesondere Wellendichtring, zwischen Spindel und

Gehäuse angeordnet ist, so dass der Innenraumbereich des Spindeltriebs druckdicht, insbesondere hermetisch abgeschlossen, ist gegenüber der Umgebung, wobei der Spindelantrieb ein Mittel zur Erfassung des Drucks im Innenraumbereich des Spindeltriebs aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass zu jeder Linearposition der Spindelmutter und/oder Kolbenstange ein Druck erfassbar ist und somit bei Betrieb überwachbar ist, ob der Druck an der jeweiligen Position verringert ist. Somit ist bei einem detektierten Druckabfall ein Ölverlust erkennbar und eine Warnung anzeigbar, insbesondere akustisch, optisch oder elektronisch. Im einfachsten Fall wird also bei Inbetriebnahme der Druckverlauf als Funktion der Linearposition erfasst und die entsprechenden Werte abgespeichert. Dabei werden die Linearpositionen vorzugsweise derart langsam durchfahren, dass die Temperatur im Wesentlichen konstant bleibt. Somit ist dann jeder Position ein Druckwert zugeordnet. Diese Wertepaare sind abgespeichert. In Weiterbildung sind auch nur wenige Werte abgespeichert, wobei dann mittels Interpolation der gesamte Funktionsverlauf ermittelbar ist. Im späteren Betrieb werden dann die jeweils aktuell erfassten Druckwerte und Linearpositionswerte verglichen mit der durch Interpolation bestimmten Funktion. Somit ist bei einer kritischen Abweichung ein Ölverlust detektierbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Mittel ein Drucksensor, welcher in dem

Gehäuseteil des Spindeltriebs angeordnet ist und/oder welcher die Druckdifferenz zwischen dem Innenraumbereich und der äußeren Umgebung des Spindeltriebs erfasst. Von Vorteil

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird als Mittel eine Vorrichtung zur Bestimmung des vom Elektromotor erzeugten Drehmoments verwendet, insbesondere wobei die Vorrichtung ein die Statorwicklung des Elektromotors speisender Wechselrichter, insbesondere Umrichter, ist, wobei eine Auswerteeinheit, insbesondere elektronische Schaltung, des Wechselrichters aus dem der Statorwicklung zugeführten Strom, insbesondere Stromraumzeiger, und/oder aus der der Statorwicklung vom Wechselrichter bereit gestellten Spannung das vom Elektromotor erzeugte Drehmoment bestimmt und daraus, insbesondere unter Berücksichtigung der vom Spindelantrieb an eine anzutreibende Last geleiteten Kraft, den Druck im Innenraumbereich des Spindelantriebs bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass kein separater Drucksensor notwendig ist sondern aus den vom

Wechselrichter dem Elektromotor bereitgestellten Strom und der vom Wechselrichter dem Elektromotor zur Verfügung gestellten Spannung das erzeugte Drehmoment bestimmbar ist und daraus auf das Luftvolumen beziehungsweise den Ölstand im Innenraumbereich schließbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Innenraumbereich begrenzt durch das Gehäuse des Spindeltriebs und die Kolbenstange, so dass das Volumen des Innenraumbereichs von der Linearposition der Kolbenstange abhängt. Von Vorteil ist dabei, dass das Ölvolumen und somit der Ölstand in einfacher Weise bestimmbar und überwachbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Innenraumbereich mittels der ersten Dichtung und der weiteren Dichtung hermetisch von der Umgebung des Spindeltriebs oder Spindelantriebs abgeschlossen. Von Vorteil ist dabei, dass der Druck im Innenraumbereich abhängt von der Linearposition der Kolbenstange, insbesondere wobei der Druck im Innenraumbereich eineindeutig abhängt von der Linearposition der Kolbenstange, wenn die Temperatur konstant ist. Somit ist aus den Druckwerten unter Berücksichtigung der Linearpositionen auf das Luftvolumen im Innenraumbereich und somit auf die Ölmenge im Innenraumbereich schließbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Spindelmutter linear geführt im Spindeltrieb, insbesondere im Gehäuse des Spindeltriebs. Von Vorteil ist dabei, dass eine Linearführung einfach herstellbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Rotorwelle mit der Spindel mittels einer Kupplung drehfest verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfach herstellbare Verbindung verwendbar ist und Spindel und Rotorwelle zueinander einen herstellungsbedingten

Fluchtungsfehler aufweisen dürfen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Mittel verbunden mit einer Auswerteeinheit, welche ein Warnsignal herausgebbar macht, insbesondere optisch, akustisch und/oder elektronisch. Von Vorteil ist dabei, dass Ölverlust detektierbar und anzeigbar ist. Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben eines Spindelantriebs sind, dass der Druck in einem Innenraumbereich des Spindelantriebs, insbesondere im Innenraumbereich des Spindeltriebs des Spindelantriebs, erfasst wird und in Abhängigkeit von dem

Linearpositionsverlauf der Kolbenstange des Spindeltriebs ausgewertet wird zur Bestimmung des Ölvolumens, insbesondere Ölstands, im Spindeltrieb.

Von Vorteil ist dabei, dass aus den bei den jeweiligen Linearpositionen erfassten Druckwerten auf das Ölvolumen im Innenraumbereich schließbar ist. Somit ist eine Überwachung auf Ölverlust ausführbar und die Sicherheit somit verbesserbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird aus dem erfassten Motorstrom und/oder aus der erfassten Motorspannung des Elektromotors das vom Elektromotor erzeugte Drehmoment bestimmt, insbesondere mit welchem der Spindelantrieb angetrieben wird, wobei aus dem Verlauf des Drehmoments unter Berücksichtigung der an die vom

Linearantrieb an eine vom Linearantrieb anzutreibende Last geleitete Kraft der Druck im Innenraumbereich des Spindeltriebs bestimmt wird und daraus das Ölvolumen, insbesondere der Ölstand, im Innenraumbereich. Von Vorteil ist dabei, dass das zur Überwindung des Drucks notwendige Drehmoment bestimmbar ist, indem das an die Last gelieferte

Drehmoment bekannt ist und das vom Elektromotor erzeugte Drehmoment ebenfalls bekannt ist. Die Differenz der beiden Drehmomente ist zur Überwindung der Reibung und der vom Druck bewirkten Kräfte notwendig. Somit ist aus der Differenz auf den Druck schließbar. Im einfachsten Fall wird die Reibung vernachlässigt und nur die durch den Druck bewirkten Reibungen und/oder Kräfte berücksichtigt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei Unterschreiten eines kritischen Wertes an Ölvolumen ein Warnsignal weitergeleitet oder angezeigt, insbesondere elektronisch, optisch und/oder akustisch. Von Vorteil ist dabei, dass eine Ölverlust detektierbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei Inbetriebnahme zu jeder Linearposition, insbesondere der Kolbenstange, ein Druckwert erfasst und der Linearpositionswert zusammen mit dem zugeordneten Druckwert als Wertepaar abgespeichert, insbesondere in einem Speicher des den Elektromotor des Linearantriebs speisenden Wechselrichters, wobei während des der Inbetriebnahme nachfolgenden Betriebs ein jeweils aktuell erfasster Druckwert samt dem aktuell zugehörigen Linearpositionswert verglichen wird mit den gespeicherten Wertepaaren und/oder mit einem aus den gespeicherten Werten durch Interpolation bestimmten Wertepaar. Von Vorteil ist dabei, dass bei einer kritischen

Abweichung des Druckwertes ein Ölverlust detektierbar ist und somit eine Warnung weitermeldbar und/oder anzeigbar ist. Vorzugsweise ist ein Temperatursensor im Spindeltrieb angeordnet, so dass die Sicherheit der Bestimmung verbessert ist. Insbesondere sind nur erfasste Werte aus einem schmalen Temperaturbereich bei dem Verfahren verwendet und/oder zugelassen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen

Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist ein Querschnitt eines Linearantrieb gezeigt. Wie in der Figur gezeigt, weist der Linearantrieb einen ölgeschmierten Spindeltrieb auf, der von einem Elektromotor angetrieben wird.

Der Elektromotor weist ein Statorgehäuse 1 auf, welches mit einem Adaptergehäuse 2 verbunden ist, welches mit einem Gehäuseteil 8 des Spindeltriebs verbunden ist. Das

Adaptergehäuse 2 ist zwischen Statorgehäuse 1 und Gehäuseteil 8 angeordnet.

Eine zum Statorgehäuse 1 drehbar gelagerte Rotorwelle des Elektromotors ist drehfest mittels einer Kupplung 4 mit einer Spindel 6, insbesondere Gewindespindel, verbunden. Im Adaptergehäuse 2 ist ein Wellendichtring 3 aufgenommen, welche die Spindel 5 zum

Adaptergehäuse 2 hin abdichtet. Außerdem ist im Adaptergehäuse 2 ein Lager aufgenommen, mittels dessen die Spindel 5 und Kupplung 4, insbesondere Kupplungswelle, drehbar gelagert ist. Die Spindel 5 ist mit der Spindelmutter 1 1 in Wirkverbindung, insbesondere in

Schraubverbindung.

Dabei ist die Spindelmutter 1 1 mit einer Kolbenstange 6 fest verbunden, welche an ihrem von der Spindelmutter abgewandten axialen Endbereich ein Befestigungsmittel 12, insbesondere Gelenkkopf oder Öse, aufweist, welches drehfest, aber linear beweglich an einer Vorrichtung angeordnet ist. Somit schraubt sich die Spindelmutter 1 1 bei Drehbewegung der Spindel 5 in axialer Richtung, also linear, abhängig von der Drehrichtung vorwärts oder rückwärts.

Die Kolbenstange 6 ist im Gehäuseteil 8 des Spindeltriebs lineargelagert, insbesondere gleitgelagert, und mittels einer Dichtung 9 abgedichtet.

Ein Drucksensor 10 erfasst des Druck im vom Gehäuseteil 8 umgebenen Innenraumbereich des Spindeltriebs, der mit Schmieröl teilweise gefüllt ist. Luft füllt den restlichen Freiraum im Innenraumbereich. Das Luftvolumen des Innenraumbereichs ist mittels der Dichtung 9 zur Umgebung hin abgedichtet und mittels des Wellendichtrings 3 zum Motor hin. Somit ist die Luft des

Innenraumbereichs getrennt von der äußeren Umgebung.

Da beim Ausfahren der Kolbenstange 6 das Volumen des Innenraumbereichs vergrößert wird und das Ölvolumen im Wesentlichen konstant bleibt, verändert sich der Druck.

Da die Bewegung der Kolbenstange 6 gesteuert wird und die zugehörige

Winkelstellungsänderung der Steuerung bekannt ist, ist die entsprechende Änderung des gesamten Innenraumbereichs bekannt. Aus den erfassten Werten des Drucks unter

Berücksichtigung der Positionsverläufe der Kolbenstange 6 wird der Anteil des Öl befüllten Volumens am Volumen des Innenraumbereichs bestimmt. Somit ist die Ölbefüllung von einer Auswerteeinheit der Steuerung überwachbar. Wenn also im Betrieb ein Leck auftritt und somit der Ölstand abnimmt, ist dies mittels Auswertung des Verlaufs der Öldrucksensorsignale in Abhängigkeit von dem Verlauf der Positionen der Kolbenstange 6 detektierbar. Die Auswerteeinheit ist samt Steuerung als Teil einer

elektronischen Schaltung eines Wechselrichters ausführbar, welcher den Elektromotor speist.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird die Spindelmutter im

Spindeltrieb lineargeführt, insbesondere im Gehäuseteil des Spindeltriebs. Somit wird die Spindelmutter nicht durch das Befestigungsmittel 12 an der Drehbewegung gehindert sondern durch die Linearführung.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird statt des Verlaufs der vom Sensor zur Druckerfassung der Verlauf des Drehmoment des Elektromotors bestimmt. Somit ist der zeitliche Verlauf der vom Linearantrieb erzeugten Kraft oder der zeitlcihe Verlauf des der Kraft entsprechenden Drehmoments bestimmbar und daraus der Druck bestimmbar. Dabei wird der bekannte Kraftverlauf der vom Linearantrieb angetriebenen Vorrichtung

berücksichtigt. Bezugszeichenliste

I Statorgehäuse des Elektromotors 2 Adaptergehäuse

3 Wellendichtring

4 Kupplung

5 Spindel, Gewindespindel

6 Kolbenstange

7 Öl

8 Gehäuseteil

9 Dichtung, insbesondere Lineardichtung

10 Drucksensor

I I Spindelmutter

12 Befestigungsmittel