CN102474155A - 用于产生平移运动的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生平移运动的装置(1)，其包括具有转子(4)的电动马达(2)，所述平移运动通过将由转子(4)产生的旋转运动变换成平移运动而获得。所述转子(4)被设计成滚珠丝杆传动装置(3)的螺母并且在该螺母内滚珠丝杆传动装置(3)的主轴(5)被设计成平移运动的传递元件。

Description

用于产生平移运动的装置

说明

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的、尤其是用于吹塑机的拉伸杆的提升控制的装置。

现有技术

本发明涉及一种用于产生平移运动的装置，它包括电动马达，该电动马达本身具有转子，其中，由转子产生的旋转运动被变换成平移运动。总体上来说，本发明因此涉及一种用于线性轴的传动装置解决方案。对此作为传动装置已知有皮带传动装置，曲柄传动装置，滚珠丝杆传动装置(KGT)或线性直接传动装置。现今线性直接传动装置(或电动直线马达)对于实际上所有机器类型而言都起着很大的作用。直线马达工作时没有旋转运动向平移运动的变换并且可以通过将旋转的三相交流马达展开到一个平面上以图解方式进行形象地说明。尽管线性直接传动装置具有很多优点，但是它们也具有缺点，如高的系统价格，与机器结构的强烈受热以及强磁场和不足的动力传输相关联的高的损失功率，以及大的结构空间。线性直接传动装置的优点是高的定位精度和同时高的调节动力学特性（调节能动性）。在进给量、速度和动态进给力方面，高速滚珠丝杆传动装置(H-KGT)由于在机床制造工业中的总费用较低而对线性直接传动装置具有竞争力。KGT传动装置一般由电动马达、滚珠丝杆传动装置和用于确定可运动的机座部件的位置的测量系统组成。滚珠丝杆传动装置使用滚珠作为滚动体并且用于将旋转运动变换成平移运动(例如提升运动（往复直线运动）)。由于滚珠的点式接触，传动功率被大大减小，形成较小的滚道磨损并且提高了可达到的移动速度以及定位精度。与此相关的是较小的维护成本，较短的加工时间和较低的废品率。

滚珠丝杆传动装置的主要应用领域是机床，其中，要移动的部件被固定在滚珠丝杆传动装置的螺母上并且同时经线性导向机构进行支承。马达或者直接地或者经变速器和皮带传动装置驱动装KGT的主轴（螺杆）。在主轴和螺母之间，滚珠作为滚动体在滚动沟道中滚动，它们在主轴旋转时沿轴向游动。循环的滚珠在理想情况（无间隙）下在每一点处都接触螺纹的两个侧面。作为KGT的特征性的特征采用主轴的螺距，其作为主轴每转一圈主轴螺母走过的距离（升程）进行测量。然后由螺距和转速的乘积得出进给量。经典的解决方案，如皮带传动装置，曲柄传动装置，以及具有同步封闭式马达的滚珠丝杆传动装置，在可达到的调节动力学特性和定位精度方面常常逊色于线性直接传动装置。但是，在能量效率上，KGT传动装置由于通过主轴的传动而具有明显的优点。

作为滚珠丝杆传动装置的使用的一个示例，可以列举对吹塑机的拉伸杆的提升控制（升程控制）。例如DE102007008023Al提出一种用于吹塑制造容器的方法和装置，在该方法中或在该装置中，由热塑性材料例如PET(聚对一酸乙二酯（Polyethylenterephthalat）)制成的毛坯，在热调节（加热）之后在吹塑模具内用拉伸杆拉伸并且通过吹风压力作用被成型成容器。在此情况下，在使用电－机械式拉伸杆传动装置下，在该拉伸杆传动装置中，伺服马达的马达轴的旋转运动通过机械的耦合装置变换成拉伸杆的提升运动，对拉伸杆的定位进行预先设置。在该文献中具体地描述了一种伺服马达，在它的马达轴上安装有螺杆，它本身经耦合元件(螺纹套管)与拉伸杆支架连接，拉伸杆也固定在拉伸杆支架上。依据该文献，通过将伺服马达经螺杆、螺纹套管和拉伸杆支架与拉伸杆耦合，提供了一种相对于外部负载刚性的但是高动态的系统。通过采用测量技术测量伺服马达的马达电流，可以依据预定的定位方案或预定的动力方案进行拉伸杆的提升控制。EP0577384Al提出一种类似的用于吹塑机拉伸杆的提升控制的解决方案。

在已经提到的DE102007008023Al中描述了吹塑过程的通常的实施情况。在将毛坯插入吹塑模具中并且闭锁吹塑站之后，在同时的吹风压力支持下，先将拉伸杆这样地移入毛坯中，使得毛坯通过轴向拉伸到吹塑模具里面而不在拉伸杆上沿径向收缩。在完全实施拉伸过程之后，将容器吹塑扩展到容器的最终轮廓并且保持最大内压力直到容器通过冷却已经达到足够的形状稳定性。这可以通过输入冷却空气进行支持。在达到形状稳定性之后吹风压力(和冷却空气)的输入被切断并且拉伸杆从吹塑模具中并且由此也从被吹塑制造的容器中拉回。常用的是所谓的吹风轮（Blasräder），它们具有许多吹风站（Blasstation）。在此处可以相继地或者也可以同步地进行多个吹塑（吹模）加工。关于容器的吹塑加工的其它细节明确地提示参阅所述文献。

在已知的借助于滚珠丝杆传动装置和伺服马达驱动装置的提升控制中，缺点是低的能动性（动力学特性）和较大的结构体积。因此值得期望的是，给出一种用于产生平移运动，尤其是用于吹塑机的拉伸杆的提升控制的装置，该装置将直接传动装置的解决方案的优点和KGT的解决方案的优点集成一体并且因此具有尽可能高的能量效率，同时具有高的调节质量和低的成本以及尽可能免维护的紧凑的机械构造。

本发明的公开

按照本发明，提出一种具有权利要求1的特征的用于产生平移运动的装置。有利的实施例是从属权利要求和以下的说明书的主题。权利要求5给出提升装置的用途。

本发明的优点

本发明基本上涉及这样的方法，即使滚珠丝杆传动装置成为直接传动装置的组成部分，从而不需要任何机械的耦联装置。这是这样实现的，即按照本发明的装置的电动马达的转子被构造成螺母滚珠丝杆传动装置的螺母，并且在滚珠丝杆传动装置的该螺母内存在的主轴（螺杆）被构造成或设置成平移运动的传递元件，尤其是用于产生提升（运动）的提升杆。滚珠丝杆传动装置的主轴一般是循环滚珠螺杆，它例如本身形成提升杆或者与工具(拉伸杆)连接，以便产生或实施平移运动(提升运动)。将电动马达的转子设计成滚珠丝杆传动装置的螺母的特征也应该包括滚珠丝杆传动装置的螺母与转子一起转动的设计方案。因此不必要将转子和螺母一体地构造。可以通过导向机构防止主轴扭转。与转子一起转动的螺母应该通过相应的支承保持在位置上，从而主轴可以移动通过并且由此实施平移的运动。在吹塑机的拉伸杆的提升控制的应用情况下，拉伸杆可以直接地固定在滚珠丝杆传动装置(KGT)的循环滚珠螺杆上。

按照本发明的提升装置使用已知的带有定子绕组和在内部旋转的转子的电动马达(力矩马达)。优选使用交流马达，尤其是伺服马达，更尤其是力矩马达。转子(KGT-螺母)最好是恒定磁化的(通过永久磁体)并且在环绕的定子中被运动的旋转磁场带动（同步马达)。当然也可以实现其它的马达类型。重要的是将KGT-螺母作为转子使用并且本身不进行平移运动。它可转动地支承在机架中，从而位于它的内部中的循环滚珠螺杆被置于平移运动(提升运动（往复直线运动）)中。通过将工件或工具支架定位在该主轴上，现在可以使该工件或工具平移地运动。

如已提到的那样，有利地使用伺服马达，它的运行可以进行力矩调节、速度调节和/或位置调节。这使之实现与不同的应用相适应。作为更特殊的伺服马达，在此处列举力矩马达的使用，它是一种无变速器的具有高转矩和低转速的直接传动装置。力矩马达可以被看作是具有空心轴的大型伺服马达，它以高扭矩进行优化。力矩马达允许被用于快速且精确的移动和定位任务。因此力矩马达特别好地适用于按照本发明的装置，该装置用于产生平移运动，尤其是用于吹塑机的拉伸杆的提升控制。

在一个有利的实施方式中，使用具有分散式（非中央的）智能系统（Intelligenz）的分散式（分布式）逆变器。分散式逆变器可以具有用于马达调节的以及用于逻辑处理的电子装置。以这种方式可以分散地直接地在传动装置中实施E/A（输入/输出）和传感器信号的处理并且由此实现模块式的机器设计方案。马达，调节器和轴机构以这种方式熔合成一个单元。以这种方式可以提供较大数量的结构相同的单元(例如用于拉伸杆控制的单元)供使用并且被挂靠（连接）到一个主控制机构上。

按照本发明的用于产生平移运动的装置的优点是在低成本和高能量效率下的高的集成密度和因此紧凑的低磨损的结构形式。在以高的调节质量和调节动力学特性为前提条件的应用中其使用是特别有效的。提及的模块式（标准）构件的解决方案具有分散式处理E/A的优点并且可以直接地在传动装置中设置运动功能。

另外要强调的是高的定位动力学特性和精确度以及运动控制和/或调节的高能效的解决方案具有在电网故障情况下用于故障反应的能量存储器的可能性。所述的优点使得按照本发明的尤其是用于吹塑机的拉伸杆控制的装置具有吸引力。依据该实施例以下参照附图详细说明本发明和它的优点。

不言而喻，上述的以及下面还要讨论的特征不仅可以在各给出的组合下应用，而且可以在其它的组合下或者单独地使用，而没有脱离本发明的范围。

附图说明

图1显示了在一个有利的实施方式中用于产生平移运动的装置

图2示意地显示了一种具有多个利用分散的调节器产生平移运动的装置的系统。

不言而喻，在所示的图中仅仅非常示意地示出了本发明的示例性的实施方式。除此之外也可以考虑任何不同的实施方式，而不会脱离本发明的范畴。

图1以非常示意的视图示出了一种尤其是用于产生升降（运动）的装置1。装置1显示出电动马达2，尤其是力矩马达，其包括以下部件:机架7包围定子(定子绕组)6并且围住转子4，转子作为滚珠丝杆传动装置的螺母使用。转子4经支承（轴承）9可转动地支承在机架7中。滚珠丝杆传动装置本身用3表示。滚珠丝杆传动装置3的主轴用5表示。马达传感器8经线路13与电子装置10作用连接，以便进行逻辑处理。此外，电子装置10经线路12与马达2作用连接，以便进行马达调控。电子装置10尤其涉及一种分散式逆变器，它将用于马达调控以及用于逻辑处理的电子装置集成一体。

在用于产生升降的装置1运行时和由此在电动马达2运行时，转子4（它在此处与滚珠丝杆传动装置螺母4是相同的）以可预定的转速在可预定的旋转方向上围绕自己的纵轴线旋转。滚珠丝杆传动装置3在它的内部以已知的并且在上面详细说明的方式引导主轴5(循环滚珠螺杆)，它在这种情况下也可以称为提升杆或作为提升杆使用。主轴5在它的轴线方向上实施平移运动。产生的提升运动（往复直线运动）可以通过控制马达2进行控制或调节。主轴5的进给量由马达转速和滚珠丝杆传动装置3的螺距的乘积得出。除了提升运动以外，装置1还产生主轴5围绕它自己的纵轴线的旋转运动。

所示的装置的特征在于具有高的集成密度（没有机械联接装置）并且由此在低成本和高能效下具有紧凑的并且低磨损的结构形式。尤其是在高的调控质量和调控动力学特性作为先决条件的应用情况下使用是特别有效的。在说明书中已经提及的模块式组合部件解决方案的可能性具有分散处理E/A的优点(经线路12和13进行马达调控或逻辑处理)并且由此可以直接地在驱动装置中设置运动功能。此外突出的是高的定位能动性和定位精度。

在图1所示的装置1中，在主轴5的提升运动和它的旋转运动(围绕它的纵轴线的旋转)之间存在一种固定的关系。附加的旋转运动可以有利于一定的应用。

高的定位精度和能动性，加上本发明的其它已述的优点，使得在图1中所示的提升装置尤其是对于吹塑机的拉伸杆控制而言是有吸引力的。为此将主轴5设计成提升杆，它本身与拉伸杆连接或可以直接地构造成拉伸杆。以公知的方式，通过拉伸杆获得吹风空气(可能地，冷却空气)，借助于该吹风空气将毛坯在吹塑机中吹制成预定的最终形状。为此可以参阅说明书开头部分以及再次明确地参阅在那里提到的DE102007008023Al。借助于在此处描述的发明和在图1中示出的实施方式，专业人员可以由此得出拉伸杆的提升运动的控制/调节的应用。拉伸杆在主轴5处的转动可以有利地在这种应用中使用，因为以这种方式可以保证沿着型坯内周面更均匀地施加吹风空气。

对于在吹塑机的拉伸杆的提升控制中使用所示的装置1的典型的(由所示的装置满足的)要求是移动行程(在轴向上;在图中通过双箭头表示)为30至50cm，尤其是40cm，移动速度为约2.0m/s，要被移动的滑板质量为约8至10公斤，尤其是9公斤，拉伸力（伸展力为1600至2000N(滑板上)和吹风力为1000N(滑板下)。驱动装置应该优化地如此设计，使得在以1600和2000N之间的拉伸力拉伸期间可以维持大约0.5mm的定位精度并且在吹制过程中维持大约0.2mm的定位精度。移动行程在已知的角速度情况下由转动圈数乘以滚珠丝杆传动装置3的主轴螺距得出。

与采用线性直接传动装置的解决方案相比，在拉伸单元的具体的情况示例中可以将那里消耗量减小至少50%。在调节质量方面，实际上没有变差。实际的使用显示了良好的可应用性和在吹塑机中在拉伸杆运动控制下通过所示的提升（运动）产生装置满足所有提出的要求。

图2示意示出了具有多个提升产生装置及其分散式调节器的系统。其中示出了一列提升装置中的前两个提升装置111和112。所属配的电子装置或调节器用101和102表示，通向用于马达调节的线路用121及122表示。由用111，101和121或112，102，122表示的元件组成的子系统基本上与图1的提升装置1相一致。就此而言可以参阅与图1相关联的描述。图2附加地显示了当地的传感器141或142以及当地的执行元件151或152的结合，它们经用于传输与时间相关的数据的相应的标准(例如Sercos III)与分散的调节器101，102连接。

各个分散的调节器/电子装置101，102，...本身经用于传输与时间相关的数据的相应的标准(例如Sercos III)与中央电子装置16连接。该中央电子装置也由一个多主机（Multimaster）17控制。

在图2中示出的模块式组合构件解决方案的可能性具有分散处理E/A的优点并且由此可以将运动功能（Motionfunktionalität）直接设置在驱动装置中。这样可以评价当地的（局部的）E/A并且各单个的拉伸单元131，132，...一方面可以被分散式地调节，另一方面可以被一起地挂在一个中央的电子装置16上，以便相互关联地进行调节和/或控制。

附图标记表

1提升装置

2电动马达

3滚珠丝杆传动装置

4螺母，转子

5主轴

6定子

7机架

8马达传感器

9支承（轴承）

10电子装置

12用于马达调节的线路

13用于逻辑处理的线路

16中央电子装置

17多主机

101，102电子装置

111，112提升装置

121，122用于马达调节的线路

131，132拉伸单元

141，142传感器

151，152执行元件

Claims (5)

1. 用于产生平移运动的装置，其包括具有转子(4)的电动马达(2)，其中使用用于将转子(4)产生的旋转运动变换成平移运动的机构，其特征在于，所述转子(4)被设计成一个滚珠丝杆传动装置(3)的螺母并且在该螺母内所述滚珠丝杆传动装置(3)的主轴(5)被设计成平移运动的传递元件。

2. 按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电动马达(2)是伺服马达，尤其是力矩马达。

3. 按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于进行马达调节和用于逻辑处理的电子装置(101，102)被分散地安置，尤其是安置在一个分散式逆变器中。

4. 按照权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置设计成用于产生平移运动的装置(111，112)的模块式构件的模块。

5. 按照前述权利要求中任一项所述的装置(1)的用途，所述装置被用于吹塑机的拉伸杆的提升控制。

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