DE10312766B4 - Getriebemotor - Google Patents

Abstract

Getriebemotor, umfassend einen Elektromotor (12) und ein Getriebe, wobei ein A-Lagerschild (9) des Elektromotors (12) mit einem metallischen motorseitigen Gehäuseteil (3) des Getriebes zur Übertragung von Drehmoment und/oder Kraft eine Verbindung bildet, das Getriebe ein mindestens einstufiges Planetengetriebe ist, und der Rotor (14) des Elektromotors (12) mit dem Sonnenrad (13) des Getriebes verbunden ist mittels eines Einsteckritzels, wobei der Rotor (14) samt Sonnenrad (13) im A-Lagerschild (9) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem A-Lagerschild (9) des Elektromotors (12) und dem Gehäuseteil (3) des Getriebes über den Umfang hinweg eine zumindest einen Teil der Kontaktflächen der Verbindung bedeckende Wärmesperre (8) zur Reduktion des Wärmeflusses vom Elektromotor (12) zum Getriebe vorgesehen ist, die Verbindung lösbar ausgeführt ist, die Wärmesperre (8) aus Glasfaser besteht, die in einer Aussparung des A-Lagerschildes (9) angeordnet ist, und die Wärmesperre (8) ringförmig geformt ist und als Dichtung wirksam ist, wobei der Elektromotor (12) ein Servomotor ist zum Erreichen einer hohen Positioniergenauigkeit, Positionierdynamik und damit verbundener hohen Drehzahl, wobei die lösbar ausgeführte Verbindung mittels Schrauben oder Gewindestiften ausgeführt ist, die die Gehäuseteile (3, 9) aufeinanderpressen, wobei die lösbar ausgeführte Verbindung Gewinde umfasst zum Zusammenhalten der Gehäuseteile (3, 9).

Description

• Die Erfindung betrifft einen Getriebemotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Getriebemotoren, umfassend einen Elektromotor und ein Getriebe, sind allgemein bekannt. Die Verbindung zwischen Elektromotor und Getriebe kann auch mittels einer Kupplung geschehen.
• Wegen verschiedener Effekte, wie beispielweise Reibung, Ohmscher Verlustleitung und Wirbelströme, erreichen Motoren und Getriebe beim Betrieb hohe Temperaturen. Insbesondere bei Servoantrieben werden hohe Drehzahlen und auch hohe Beschleunigungen vorgesehen. Um die Betriebstemperatur im zulässigen Bereich zu halten, müssen daher Elektromotor und Getriebe genügend groß dimensioniert werden. Eine andere Möglichkeit zur Temperaturreduktion wären Kühlungsmechanismen mit aktiver Kühlung, wie Lüfter oder Wasserkühlung, oder die Ausführung des Motors mit supraleitenden Komponenten.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kompakteren Getriebemotor in kostengünstiger Weise mit möglichst geringem Aufwand zu schaffen.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Getriebemotor nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
• Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Getriebemotor sind, dass der Getriebemotor, einen Elektromotor und ein Getriebe umfasst, wobei ein metallisches getriebeseitiges Gehäuseteil, insbesondere A-Lagerschild des Motors, des Elektromotors mit einem metallischen motorseitigem Gehäuseteil des Getriebes zur Übertragung von Drehmoment und/oder Kraft eine Verbindung bildet, wobei zwischen den Gehäuseteilen eine zumindest einen Teil der Kontaktflächen bedeckende Wärmesperre vorgesehen ist und die Verbindung lösbar ausgeführt ist. Der große Temperaturunterschied, der bei großer Belastung zwischen Motor und Getriebe vorhanden ist, führt zu einer Erwärmung des Getriebes. Von Vorteil ist bei der Erfindung, dass der Wärmefluss zwischen Elektromotor und Getriebe reduzierbar ist, insbesondere der Wärmefluss vom Elektromotor zum Getriebe, ohne dass die Stabilität der Verbindung beeinträchtigt ist, wobei die Verbindung darüber hinaus sogar noch lösbar ist. Vorteiligerweise ist nun das Getriebe sehr kompakt ausführbar, da nun weniger oder keine wesentliche thermische Belastung vom Motor her kommt, also im Wesentlichen keine vom Motor her stammende Wärme über das Getriebegehäuse an die Umgebung abgeführt werden muss. Isoliermaterial zur Vorsehung einer Wärmesperre ist kostengünstig und bei Vorhandensein einer entsprechenden Ausnehmung in zumindest einem der Gehäuseteile des Elektromotors oder des Getriebes kostengünstig montierbar. Zwar benötigt die Wärmesperre ein gewisses Bauvolumen, aber die Reduzierung des Bauvolumens des Getriebes ist viel erheblicher. Aktive Kühlungen und/oder supraleitende Ausführungen sind somit entbehrlich. Überraschend ist bei der Erfindung, dass schon eine nur einen Teilbereich der Gesamt-Kontaktfläche abdeckende Wärmeisolierung eine wesentliche Temperaturreduzierung zur Folge hat. Insbesondere überrascht, dass eine am Gehäuse vorgesehene Wärmesperre derart vorteilhaft ist und eine Wärmesperre zwischen Rotor des Elektromotors und eintreibendem Verzahnteil des Getriebes, beispielsweise einem Sonnenrad, nicht unbedingt notwendig ist, um kompaktere Planetengetriebe einzusetzen. Eine solche Wärmesperre würde den Wärmefluss vom Elektromotor zum Getriebe hin weiter verbessern.
• Wesentlicher weiterer Vorteil ist bei der Erfindung, dass die Lebensdauer des Schmierstoffs im Getriebe erhöht wird. Dies spart Wartungskosten. Weiter vorteilhaft ist, dass mittels geeigneter Wahl und Dimensionierung der Wärmesperre Toleranzen ausgleichbar sind, insbesondere axiale Toleranzen.
• Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Elektromotor ein Servomotor, zum Erreichen einer hohen Positioniergenauigkeit, Positionierdynamik und damit verbundener hohen Drehzahl. Von Vorteil ist dabei, dass bei modernen Servoantrieben mittels der Erfindung kompaktere Lösungen bei gleicher Leistung ermöglicht sind.
• Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die lösbar ausgeführte Verbindung mittels Schrauben oder Gewindestiften herstellbar, die die Gehäuseteile aufeinanderpressen. Von Vorteil ist dabei, dass Standardteile verwendbar sind, die nicht weiter wärmeisoliert werden müssen oder aus einem speziellen Werkstoff zu fertigen sind.
• Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung umfasst die lösbar ausgeführte Verbindung Gewinde zum Zusammenhalten der Gehäuseteile. Von Vorteil ist dabei, dass keine weiteren Bauteile zur Bildung der lösbaren Verbindung notwendig sind und die Bauteilzahl und somit auch die Lagerkosten reduzierbar ist.
• Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist das Getriebe ein mindestens einstufiges Planetengetriebe. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärmesperre für ein Planetengetriebe einsetzbar ist, das eine viel höhere Verlustleistung oder Wärmeleistung pro Bauvolumen hat als ein Stirnradgetriebe oder viele andere Getriebesorten.
• Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Getriebemotor derart ausgelegt, dass ein Betrieb mit einer Drehzahl von mehr als 6000 Umdrehungen pro Stunde bei mehr als 10000 Stunden Dauerbetrieb keinen Ausfall verursacht. Von Vorteil ist dabei, dass die Wärmesperre bei solch schnell laufenden Getrieben, die also auch eine hohe Wärmeproduktion haben, solch lange Standzeiten bei kompaktester Ausführungsart ermöglicht.
• Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Motorwelle mit dem Sonnenrad der eintreibenden Stufe des Planetengetriebes direkt oder mittels einer oder mehrerer Komponenten verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass trotz der unmittelbaren oder fast unmittelbaren Drehmomentübertragung die Wärmesperre am Gehäuse eine wesentliche Reduzierung des Wärmeflusses zum Getriebe hin bewirkt.
• Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung umfasst die Wärmesperre Glasfaser. Von Vorteil ist dabei, dass Fertigungstoleranzen oder belastungsbedingte oder wärmebedingte Toleranzen, insbesondere axiale Toleranzen ausgleichbar sind, da die Glasfasermatte nicht nur wärmeisolierend sondern auch elastisch ist.
• Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
  In der 1 ist der erfindungsgemäße Getriebemotor gezeigt. Er ist als Servoantrieb ausgeführt und umfasst ein Planetengetriebe und einen Synchronmotor. Der Antrieb ist für hochdynamischen Betrieb ausgelegt, insbesondere ist er als Antrieb für Handhabungsgeräte, wie Roboter oder dergleichen, verwendbar. Dabei ist der Getriebemotor derart ausgelegt, dass ein Betrieb mit einer Drehzahl von mehr als 6000 Umdrehungen pro Stunde bei mehr als 10000 Stunden Dauerbetrieb keinen Ausfall verursacht. Außerdem sind hohe Beschleunigungen in schnell aufeinander abfolgender Art vorsehbar.
• Der Rotor 14 des Elektromotors 12 ist mittels eines Einsteckritzels mit der Sonnenrad 13 des Planetengetriebes verbunden. Die Sonne 13 steht im Eingriff mit den auf Planetenbolzen 6 gelagerten Planetenrädern 5, die mittels des Planetenträgers die Abtriebswelle 1 antreiben. Diese Abtriebswelle 1 ist über ein Abtriebswellenlager 4 im Gehäuse 3 gelagert. Mittels des am Gehäuse 3 vorgesehenen Radialwellendichtrings 2, der auf der Abtriebswelle 1 läuft, wird das Innere des Getriebes gegen die Umgebung abgedichtet.
• Der Rotor 14 ist mittels des A-Lagerschilds 9 des Elektromotors 12 in einem gehäusebildenden Teil des Elektromotors 12, nämlich dem A-Lager 10 des Elektromotors, gelagert und mittels des Radialwellendichtrings 15 des Elektromotors 12 abgedichtet. Das A-Lager 10 des Elektromotors 12 ist mittels des Sicherungsrings 11 in axialer Richtung gesichert. Die Wellenmutter 7 dient zur Sicherung der Abtriebswellenlagerung 4
• Zwischen A-Lagerschild 9 des Elektromotors 12 und Gehäuse 3 ist über den Umfang hinweg Isoliermaterial 8 vorgesehen. Der ebenfalls eingebrachte O-Ring 16 dichtet die Verbindung ab. A-Lagerschild 9 und Gehäuse 3 werden mittels Schrauben zusammengehalten, sind also lösbar verbunden. Auch der O-Ring 16 weist eine gewisse Wärmedämmung auf, die jedoch völlig ungenügend wäre. Erst mittels des Isoliermaterials 8 ist eine ausreichende Wärmedämmung erreicht, die den Wärmefluss erheblich reduziert, der bei hoher Leistung des Antriebs vom Elektromotor 12 zum Getriebe hin besteht. Beispielsweise beträgt die zulässige Betriebstemperatur des Elektromotors 100°C und die zulässige maximale Betriebstemperatur des Getriebes 90°C.
• Ohne das Isoliermaterial 8 würde der Wärmefluss vom Elektromotor 12 zum Getriebe erhöht und das Getriebe, insbesondere seine Verzahnungen und/oder Wellendichtringe, wären gefährdet. Das Isoliermaterial 8 ist in einer Aussparung des Gehäuses vorgesehen, damit nicht zu viel Bauvolumen verwendet werden muss. Durch die wesentlich kompaktere Ausführung des Planetengetriebes ist aber insgesamt eine deutliche Reduktion des Bauvolumens erreicht.
• Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel fließt ein nicht unerheblicher Teil der Wärme über den Rotor 14 ins Sonnenrad 13. Außerdem fließt auch ein Wärmestrom über die genannten Schrauben sowie über die noch bestehenden Kontaktflächen zwischen Getriebegehäuse 3 und Motorgehäuse.
• Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden die Durchleitungsmöglichkeiten für die genannten Wärmeflüsse mit einem erhöhten Wärmewiderstand ausgeführt, insbesondere unter Verwendung von Isoliermaterial 8.
• Als Isoliermaterial 8 sind Glasfasermatten vorteilhaft verwendbar, da sie eine hohe Schmelztemperatur von ungefähr 700°C aufweisen, eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit 0,04 W/mK. Im Vergleich dazu weist Aluminium eine Wärmeleitfähigkeit von 238 W/mK auf. Darüber hinaus ist die Glasfasermatte elastisch ausgeführt und ermöglicht daher den Ausgleich von axialen Toleranzen, die verschieden Ursachen haben, insbesondere fertigungsbedingt sind oder erst belastungsabhängig oder temperaturabhängig sind.
• Gemäß 2 ist die geometrische Ausformung der Wärmesperre ringförmig zu wählen bei entsprechenden runden Motorzentrierungen. 2 zeigt dabei eine räumliche Ansicht einer solchen ringförmigen Wärmesperre aus Isoliermaterial 8. Die Ausnehmungen im Gehäuse des Elektromotors 12 sind zur Aufnahme dieser ringförmigen Wärmesperre 8 entsprechend geformt. Bei der Montage wird das Isoliermaterial 8 deformiert und gleicht dabei gewisse verschiedene Toleranzen aus, insbesondere axiale. Außerdem führt das montierte deformierte und gepresste Isoliermaterial 8 darüber hinaus eine gewisse Dichtfunktion aus.
• Die geometrische Ausformung der Wärmesperre ist quadratisch zu wählen bei entsprechenden Quadratflanschen anderer erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele.
• Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist das Gehäuseteil 3 mit Innenverzahnung ausgeführt. In anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist in das Gehäuseteil 3 ein Hohlrad mit Innenverzahnung eingefügt und verbunden.
• In der 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Wärmesperre aus Isoliermaterial 8 und A-Lagerschild 9 des Motors gezeigt. Dabei ist in der 4d eine räumliche Ansicht der Wärmesperre gezeigt.
• In der 4a ist das A-Lagerschild 9 des Motors mit der Wärmesperre in einer axialen Draufsicht gezeigt. In der 4b ist die zugehörige Schnittansicht gezeigt. In der 4c ist der in 4b gekennzeichnete Bereich vergrößert gezeigt.
• Bezugszeichenliste

1

Abtriebswelle

2

Radialwellendichtring

3

Gehäuse

4

Abtriebswellenlager

5

Planetenrad

6

Planetenbolzen

7

Wellenmutter

8

Isoliermaterial

9

A-Lagerschild des Motors

10

A-Lager des Motors

11

Sicherungsring

12

Motor

13

Sonnenrad

14

Rotor

15

Radialwellendichtring des Motors

16

O-Ring

Claims (1)

1. Getriebemotor, umfassend einen Elektromotor (12) und ein Getriebe, wobei ein A-Lagerschild (9) des Elektromotors (12) mit einem metallischen motorseitigen Gehäuseteil (3) des Getriebes zur Übertragung von Drehmoment und/oder Kraft eine Verbindung bildet, das Getriebe ein mindestens einstufiges Planetengetriebe ist, und der Rotor (14) des Elektromotors (12) mit dem Sonnenrad (13) des Getriebes verbunden ist mittels eines Einsteckritzels, wobei der Rotor (14) samt Sonnenrad (13) im A-Lagerschild (9) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem A-Lagerschild (9) des Elektromotors (12) und dem Gehäuseteil (3) des Getriebes über den Umfang hinweg eine zumindest einen Teil der Kontaktflächen der Verbindung bedeckende Wärmesperre (8) zur Reduktion des Wärmeflusses vom Elektromotor (12) zum Getriebe vorgesehen ist, die Verbindung lösbar ausgeführt ist, die Wärmesperre (8) aus Glasfaser besteht, die in einer Aussparung des A-Lagerschildes (9) angeordnet ist, und die Wärmesperre (8) ringförmig geformt ist und als Dichtung wirksam ist, wobei der Elektromotor (12) ein Servomotor ist zum Erreichen einer hohen Positioniergenauigkeit, Positionierdynamik und damit verbundener hohen Drehzahl, wobei die lösbar ausgeführte Verbindung mittels Schrauben oder Gewindestiften ausgeführt ist, die die Gehäuseteile (3, 9) aufeinanderpressen, wobei die lösbar ausgeführte Verbindung Gewinde umfasst zum Zusammenhalten der Gehäuseteile (3, 9).

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