DE19512080A1 - Elektrisches Stellglied - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Stellglied für die Übertragung der Drehung eines Elektromotors als einer Antriebsquelle auf einen Gleittisch zur Förderung eines auf dem Gleittisch gehaltenen Werkstücks.

Elektrische Stellglieder oder Betätigungselemente werden bekannterweise zur Förderung von Werkstücken eingesetzt. Ein herkömmliches elektrisches Stellglied ist in Fig. 16 der beigefügten Zeichnung dargestellt.

Das herkömmliche elektrische Stellglied, das in Fig. 16 mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist, umfaßt im wesentlichen einen Elektromotor 10, der an einem Stellgliedrahmen 20 befestigt ist und eine Motorwelle 16 aufweist, eine Antriebs­ kraftübertragungseinrichtung, wie eine Kugelspindel oder Förderspindel 4, für die Umsetzung einer rotierenden Antriebs­ kraft der Motorwelle 16 in eine lineare Bewegung und die Übertragung der linearen Bewegung auf ein anderes Element, sowie eine Mutter 6, die in axialer Richtung der Kugelspindel verschiebbar ist, um einen nicht dargestellten Gleittisch in Längsrichtung des Stellgliedrahmens 20 zu bewegen.

Zwischen dem Elektromotor 10 und der Kugelumlaufspindel 4 ist eine Kupplung 30 angeordnet, die die Motorwelle 16 und die Kugelspindel 4 koaxial verbindet, um die Rotation der Motorwelle 16 auf die Kugelspindel 4 zu übertragen. Die Kugelspindel 4 ist an ihrem einen, von der Kupplung 30 entfernten Ende drehbar von einem Halteblock 22 gehalten. Ein Encoder 12 ist in der Nähe des Elektromotors 10 oder ein­ stückig mit dem Elektromotor 10 ausgebildet vorgesehen, um eine Drehgeschwindigkeit oder eine Winkelverschiebung des Elektromotors 10 festzustellen.

Bei dem herkömmlichen elektrischen Stellglied 2 ist die Kupplung 30 erforderlich, um die Kugelumlaufspindel 4 und die Motorwelle 16 koaxial miteinander zu verbinden. Eine Vielzahl von Lagern 24, 26, 34, 42 ist in einem Lagerblock 8, einer Verbindung 18 und einer Antriebseinheit 14 vorgesehen, um die Kugelspindel 4 und die Motorwelle 16 koaxial zueinander zu halten.

Es erfordert viel Zeit und Kosten, die obengenannten zahlrei­ chen Komponenten des elektrischen Stellgliedes 2 zusammen­ zusetzen. Die Kupplung 30 nimmt einen zusätzlichen Raum ein unabhängig von einem Bereich, in welchem der Gleittisch in Längsrichtung des Stellgliedrahmens 20 bewegbar ist. Der von der Kupplung 30 eingenommene Raum bringt eine Begrenzung des Bereichs der Bewegung des Gleittischs mit sich, so daß der Gleittisch sich nicht über die volle Länge des Stellgliedrah­ mens 20 bewegen kann.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Stellglied zu schaffen, welches einen Rahmen mit reduzierter Länge schafft, ohne die Entfernung zu reduzieren, um die ein Tischmechanismus bewegt werden kann, was zu einer insgesamt geringen Größe führt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines elektrischen Stellglieds, welches verein­ heitlichte Komponenten aufweist, die auf einem Rahmen angeordnet sind, und das dadurch mit einer geringeren Anzahl von Schritten und zu geringeren Kosten zusammengesetzt werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die obengenannten Aufgaben durch ein elektrisches Stellglied gelöst, welches einen länglichen geraden Rahmen, einen Antriebsmechanismus mit einem an dem länglichen geraden Rahmen befestigten Motor und einen Detektor zum Feststellen einer Rotationsgeschwindigkeit oder einer Winkelverschiebung des Motors umfaßt, wobei der Motor eine Motorwelle aufweist, einen Tischmechanimus, der an dem Rahmen befestigt ist, um sich in Reaktion auf das Antreiben des Motors axial entlang des Rahmens zu verschieben, sowie einstückig mit der Motorwelle vorgesehene Antriebskraft­ übertragungsmittel zur Übertragung einer Drehbewegung des Motors als lineare Bewegung auf den Tischmechanismus.

Der Motor ist einstückig mit einem Ende der Antriebskraftüber­ tragungsmittel ausgebildet und der Motor und die Antriebs­ kraftübertragungsmittel sind in einer Einheit kombiniert, wobei die Einheit lösbar an dem Rahmen befestigt ist.

Der Detektor ist ebenfalls einstückig mit einem gegen­ überliegenden Ende der Antriebskraftübertragungsmittel ausgebildet und mit den Antriebskraftübertragungsmitteln so kombiniert, daß er in die Einheit eingeschlossen ist.

Das elektrische Stellglied weist keine Kupplung auf, sondern der Motor und die Antriebskraftübertragungsmittel sind einstückig miteinander ausgebildet. Daher erfordert das elektrische Stellglied keinen Raum zur Aufnahme irgendeiner Kupplung, die andernfalls notwendig wäre, um den Motor und die Antriebskraftübertragungsmittel miteinander zu verbinden. Dementsprechend wird der Bereich, in welchem der Tischmecha­ nismus verschiebbar ist, in einem solchen Maße vergrößert, daß der Tischmechanismus sich über im wesentlichen die gesamte Länge des elektrischen Stellglieds bewegen kann.

Da der Motor und die Antriebskraftübertragungsmittel in der Einheit kombiniert sind, können sie einfach als Einheit an dem Rahmen installiert werden. Der Detektor kann ebenfalls in die Einheit eingeschlossen sein. Demzufolge kann das aus vielen Komponenten zusammengesetzte elektrische Stellglied in effizienter Weise in relativ kurzer Zeit zusammengesetzt werden.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Stellglieds gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt des in Fig. 1 dar­ gestellten elektrischen Stellglieds,

Fig. 4A und 4B eine perspektivische Ansicht eines modifizierten Führungselements,

Fig. 5 einen Querschnitt separater Statorkerne, die in kreisförmiger Konfiguration zusammengesetzt sind,

Fig. 6 einen teilweisen Längsschnitt eines elektrischen Stellglieds gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7A und 7B Diagramme, die den Prozeß der Steuerung eines Encoders darstellen,

Fig. 8A und 8B Teillängsschnitte eines elektrischen Stellglieds gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung und einer Modifikation davon,

Fig. 9A und 9B Teillängsschnitte abgewandelter magnetischer Encoder,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Stellglieds gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 11 eine perspektivische Explosionsdarstellung des in Fig. 10 dargestellten elektrischen Stellglieds,

Fig. 12 eine teilweise geschnittene abgebrochene Seiten­ ansicht des in Fig. 10 dargestellten elektrischen Stellglieds,

Fig. 13 einen Querschnitt entlang der Linie XIII-XIII in Fig. 10,

Fig. 14 einen Querschnitt eines Motors einer Antriebsein­ heit des in Fig. 10 dargestellten elektrischen Stellglieds,

Fig. 15 einen Querschnitt eines Encoders der Antriebsein­ heit des in Fig. 10 dargestellten elektrischen Stellglieds und

Fig. 16 einen teilweisen Längsschnitt eines herkömmlichen elektrischen Stellglieds.

Ein elektrisches Stellglied gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Das in den Fig. 1 bis 3 generell mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnete elektrische Stellglied bzw. Betätigungselement umfaßt einen länglichen Rahmen 52 als Grundkörper, ein Paar länglicher Seitenabdeckungen 54a, 54b, die jeweils auf in Querrichtung gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 52 angebracht sind, ein Paar von Endabdeckungen 56, 57, die jeweils an gegenüberliegenden Längsenden des Rahmens 52 angebracht sind und eine längliche obere Abdeckung 58, die in obere Flächen der Seitenabdeckungen 54a, 54b eingreift.

An dem Rahmen 52 sind ein Antriebsmechanismus 60, der an einem Ende des Rahmens 52 befestigt ist und ein Ende einer Kugel­ umlaufspindel 62 trägt, ein Lagerblock 64, der an dem anderen Ende des Rahmens 52 befestigt ist und das andere Ende der Kugelspindel 62 trägt, und ein Tischmechanismus 66 befestigt, der durch Drehung der Kugelspindel 62 linear zwischen dem Antriebsmechanismus 60 und dem Lagerblock 64 verschiebbar ist. Ein Paar von in Querrichtung beabstandeten Führungselementen 68a, 68b ist an der oberen Fläche des Rahmens 52 befestigt, um den Tischmechanismus 66 linear zu führen, wenn der Tischmechanismus 66 durch die Kugelspindel 62 verschoben wird. Der Lagerblock 64 umfaßt einen Halteblock 22, der an dem Rahmen 52 befestigt ist, und das andere Ende der Kugelspindel 62 ist über ein Lager 24 drehbar in dem Halteblock 22 aufgenommen.

Der Rahmen 52 hat zwei in Querrichtung beabstandete Nuten 70a, 70b mit identischem T-förmigem Querschnitt, die an seiner unteren Fläche ausgebildet sind und sich parallel zueinander in Längsrichtung des Rahmens 52 erstrecken. Die in Quer­ richtung gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 52 weisen entsprechende darin ausgebildete Eingriffsnuten 72a, 72b auf, die sich zur Befestigung der Seitenabdeckungen 54a, 54b in Längsrichtung entlang des Rahmens 52 erstrecken. Der Rahmen 52 weist außerdem Längsdurchgänge 74a, 74b, 76a, 76b auf, die darin zur Aufnahme von elektrischen Drähten und Förderfluiden ausgebildet sind. Der Rahmen 52 weist ein Paar von Be­ festigungsnuten 77a, 77b auf, die an seiner oberen Fläche in der Nähe der Durchgänge 76a, 76b zur Befestigung von Detekto­ ren, wie automatischen Schaltern oder dgl., vorgesehen sind. Die Befestigungsnuten 77a, 77b dienen auch als Verdrahtungs­ nuten zur Aufnahme von Leitungen, die mit den Detektoren verbunden sind.

Die Seitenabdeckungen 54a, 54b weisen jeweils im wesentlichen L-förmige Haken 78a, 78b auf, die an ihren Innenseiten für den Eingriff in die entsprechenden Eingriffsnuten 72a, 72b vorgesehen sind. Die Haken 78a, 78b können in die ent­ sprechenden Eingriffsnuten 72a, 72b eingesetzt werden, wenn die Seitenabdeckungen 54a, 54b schräg nach unten gegen die in Querrichtung gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 52 gepreßt werden. Zur Abnahme der Seitenabdeckungen 54a, 54b von dem Rahmen 52 werden die Seitenabdeckungen 54a, 54b jeweils nach oben weg von den in Querrichtung gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 52 gezogen. Daher können die Seitenabdeckungen 54a, 54b einfach an dem Rahmen 52 befestigt und von diesem entfernt werden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, umfaßt der Tischmechanismus eine Kugelspindelhülse 80 zur Umsetzung der Drehbewegung der Kugelspindel 62 in eine lineare Bewegung, ein Paar von Tischblöcken 82a, 82b, die jeweils in Querrichtung gegen­ überliegende Seiten der Kugelspindelhülse 80 halten, und ein Paar von Haltern 84a, 84b mit kanalförmigem Querschnitt, die zwischen den Tischblöcken 82a, 82b und den Führungselementen 68a, 68b angeordnet sind. Wie in Fig. 1 dargestellt, weisen die Tischblöcke 82a, 82b in ihren oberen Flächen Öffnungen 86 zur Ankupplung eines an den Tischblöcken 82a, 82b befestigten Elements auf und der Tischblock 82b weist einen Absatz 88 auf, der an seiner oberen Fläche zur hochgenauen Positionierung eines Werkstücks ausgebildet ist.

Eine oder beide der Kugelspindel 62 und der Kugelspindelhülse 80 können aus ultrahochmolekulargewichtigem Polyethylen hergestellt sein, um den Verschleißwiderstand und die Gleitfähigkeit zu erhöhen.

Die Fig. 4A und 4B zeigen ein modifiziertes Führungselement 90, das anstelle jedes der in Fig. 2 dargestellten Führungs­ elemente 68a, 68b verwendet werden kann. Das Führungselement 90 weist eine Führungswelle 92 auf, die an der oberen Fläche des Rahmens 52 befestigt werden kann, und eine Rippe 94 mit einer scharfen Ecke, die sich axial entlang der Führungswelle 92 erstreckt. Wälzlager 96a bis 96c sind zwischen dem Führungselement 90 und einem kanalförmigen Halter 97 an­ geordnet, so daß der Halter 97 relativ zu dem Führungselement mit verringerten Reibungskräften gleiten kann. Eine Vielzahl von Reihen von Einstellschrauben 99a bis 99c (lediglich die Einstellschrauben 99b, 99c sind dargestellt) sind an ent­ sprechenden Seiten des Halters 97 befestigt, wobei sich die Reihen der Einstellschrauben 99a bis 99c in dessen Längs­ richtung erstrecken. Die Einstellschrauben 99a bis 99c können gedreht werden, um den auf das Führungselement 90 durch die Wälzlager 96a bis 96c ausgeübten Druck zu variieren und dadurch die Gleitfähigkeit zwischen dem Führungselement 90 und den Wälzlagern 96a bis 96c einzustellen. Somit kann der Halter 97 so eingestellt werden, daß er einheitlich in Axialrichtung des Führungselements 90 gleitet. Das Führungselement 90 und die Führungswelle 92 können einstückig miteinander ausgebildet sein.

Die Wälzlager 96a bis 96c sind aus ultrahochmolekulargewichti­ gem Polyethylen, Oleopolyacetal oder dgl. hergestellt. Die Wälzlager 96a bis 96c umfassen jeweils längliche Lagerplatten 98a bis 98c, die jeweils eine Vielzahl von geraden Öffnungen 100 aufweisen, die darin im wesentlichen senkrecht zu der Achse der länglichen Lagerplatten ausgebildet sind und in Intervallen daran beabstandet angeordnet sind, sowie eine Vielzahl von Sets zylindrischer Rollen 102, die drehbar in den geraden Öffnungen 100 angeordnet sind. Die zylindrischen Rollen 102 der Wälzlager 96a bis 96c werden in rollendem Kontakt mit den flachen Oberflächen des Führungselements 90 gehalten, um die Reibungskräfte zu reduzieren, wenn die Halter 97 relativ zu dem Führungselement 90 gleiten. Die Wälzlager 96a bis 96c können durch flache Plattenlager ersetzt werden.

Wie in Fig. 3 dargestellt, umfaßt der Führungsmechanismus 60 ein Gehäuse 106, das an dem Rahmen 52 befestigt ist und ein Lager 104 aufweist, durch welches ein Ende der Kugelspindel 62 drehbar gehalten wird, einen Motor 108 und einen Encoder 112, der durch eine Abdeckung 110 abgedeckt wird. Das Gehäuse 106, das die Kugelspindel 62 trägt, dient als Motorkörper.

Der Motor 108 ist an dem Gehäuse 106 befestigt und umfaßt einen Stator 116, der aus einer Vielzahl von separaten Statorkernen 114 (die später beschrieben werden), die miteinander verbunden sind, zusammengesetzt ist, eine Vielzahl von Spulen 118, die um die entsprechenden Statorkerne 114 gewunden sind, und einen ringförmigen Permanentmagneten 122, der als ein Rotor dient, welcher über eine Hülse 120 fest an einem Ende 62a der Kugelspindel 62 befestigt ist, welches einen reduzierten Durchmesser aufweist.

Wie in Fig. 5 dargestellt, ist jeder der Statorkerne 114 in Vorderansicht T-förmig und weist einen Finger 124 auf, der in Umfangsrichtung von einer Seite eines Kopfes des Kerns vorsteht und einen Absatz 126, der an der anderen Seite des Kopfes komplementär zu dem Finger 124 ausgebildet ist. Die Statorkerne 114 sind miteinander in kreisförmiger Konfigura­ tion gekoppelt, wobei der Finger 124 jedes der Statorkerne 114 in den Absatz 126 eines angrenzenden Statorkernes 114 eingesetzt ist. Da die Spulen 112 um die entsprechenden separaten Statorkerne 114 gewunden sind, werden mehr Spulen­ windungen eingesetzt, um größere elektromagnetische Kräfte zu erzeugen, als es der Fall wäre, wenn Spulen um einen ein­ stückigen einzelnen Stator gewunden wären.

Wie in Fig. 3 dargestellt, umfaßt der Encoder 112 eine drehbare Scheibe 128, die an der Hülse 120 befestigt ist, welche gemeinsam mit dem Ende 62a der Kugelspindel 62, welches einen reduzierten Durchmesser aufweist, drehbar ist, wobei Encoderdetektoren 130 jeweils ein Licht aussendendes Element und ein Licht feststellendes Element aufweisen, von denen eines auf jeder Seite der drehbaren Scheibe 128 angeordnet ist, und schwebende Verbindungen 132, die die Encoder­ detektoren 130 halten und an dem Stator 116 über Schrauben befestigt sind. Die schwebenden Verbindungen 132 weisen bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform die Form dünner Federplatten auf. Die schwebenden Verbindungen 132 können jedoch auch aus elastischem Material, wie Gummi, bestehen. Ein Lager 134, das über ein Ringelement gehalten wird, ist zwischen der drehbaren Scheibe 128 und dem Permanentmagneten 122 angeordnet und das Ende 62a der Kugelspindel 62 mit reduziertem Durchmesser ist drehbar von dem Lager 134 gehalten.

Der Motor 108 und der Encoder 112 sind an ein Kabel 136 angeschlossen, das an einen Servoverstärker (nicht dar­ gestellt) angeschlossen ist.

Betrieb und Vorteile des elektrischen Stellglieds 50 mit oben beschriebenem Aufbau werden nachfolgend beschrieben.

Abhängig von der Umgebung, in der das elektrische Stellglied 50 angebracht werden soll, kann der Bediener entscheiden, ob er auf die obere Abdeckung 58, die Seitenabdeckungen 54a, 54b und die Endabdeckungen 56, 57 verzichten will und das elek­ trische Stellglied 50 mit offenem Tischmechanismus 66, Lagerblock 64 und Antriebsmechanismus 60, die an dem Rahmen 52 befestigt sind, verwenden will. Der Rahmen 52 ist über die Nuten 70a, 70b mit im wesentlichen T-förmigem Querschnitt, die in seiner unteren Fläche ausgebildet sind, an einem nicht dargestellten Element befestigt, und ein nicht dargestelltes Element ist mit den Tischblöcken 82a, 82b über nicht dar­ gestellte Befestigungselemente, die sich durch die darin ausgebildeten Öffnungen 86 erstrecken, verbunden, um ein bspw. darauf getragenes Werkstück zu fördern.

Der Bediener kann eine gewünschte Abdeckung oder Abdeckungen auswählen und die gewünschte Abdeckung oder Abdeckungen in Abhängigkeit von der Umgebung, in welcher das elektrische Stellglied 50 angebracht werden soll, an dem Rahmen 52 befestigen. So kann der Bediener eine oder beide der Seiten­ abdeckungen 54a, 54b auswählen und an dem Rahmen 52 befestigen und er kann auch eine oder beide der Endabdeckungen 56, 57 auswählen und an dem Rahmen 52 befestigen. Schließlich kann der Bediener auch die obere Abdeckung 58 in Eingriff mit der Seitenabdeckung oder den Abdeckungen 54a, 54b befestigen.

Nachdem der Bediener eine gewünschte Abdeckung oder Abdeckun­ gen ausgewählt und an dem Rahmen 52 angebracht hat und dadurch das elektrische Stellglied 50 vervollständigt hat, wird der nicht dargestellte Servoverstärker mit Energie versorgt, um einen Strom durch das Kabel 136 zu den Spulen 118 zu liefern. Da der Strom senkrecht zu dem durch den Permanentmagneten 122 erzeugten magnetischen Fluß fließt, dreht sich der Permanent­ magnet 122 als Rotor, wodurch bewirkt wird, daß das Ende 62a mit reduziertem Durchmesser die Kugelspindel 62 um ihre eigene Achse dreht. Das Drehmoment des Motors 108 wird durch den Servoverstärker gesteuert. Wird die Kugelspindel 62 auf diese Weise gedreht, so wird die Kugelspindelhülse 80 axial auf und entlang der Kugelspindel 62 verschoben. Somit bewegen sich die Tischblöcke 82a, 82b mit der Kugelspindelhülse 80 und fördern dadurch ein darauf getragenes Werkstück.

Das elektrische Stellglied 50 weist keine getrennte Kupplung zwischen dem Motor 108 und der Kugelspindel 62 auf, sondern die Kugelspindel 62 hat ihr Ende 62a mit reduziertem Durch­ messer, das als direkt mit der Kugelspindel 62 gekoppelte Motorwelle dient. Die Länge der Kugelspindel 62, d. h. die Länge des Rahmens 52, ist wesentlich geringer als die Länge der Kugelspindel oder des Rahmens des herkömmlichen elek­ trischen Stellglieds, ohne eine Reduzierung des Tischmecha­ nismus 66 entlang der Achse der Kugelspindel 62 zu bewirken. Als Folge davon wird das elektrische Stellglied 50 in seiner gesamten Größe reduziert.

Außerdem wird, soweit die Spulen 118 um die entsprechenden separaten Statorkerne 114 (vgl. Fig. 5) gewunden werden, der Motor 108 in seiner Größe in Axialrichtung der Motorwelle reduziert und in seinem Durchmesser radial nach außen von der Motorwelle vergrößert. Der vergrößerte Durchmesser des Motors 108 schafft einen ausreichenden Platz zur Einbringung des Encoders 112, wodurch es möglich wird, die Motorwindungen und den Encoder 112 geschickt miteinander zu verbinden.

Jeder der Statorkerne 114 ist üblicherweise aus einer laminierten Zusammenstellung von Silikonstahlblechen zu­ sammengesetzt unter Berücksichtigung der Wärme, die aufgrund seiner relativen Permabilität, Eisenverlusten, Kupfer­ verlusten, Hystereseverlusten und Wirbelströmen erzeugt wird. Die Anzahl der verwendeten Silikonstahlbleche wird reduziert, da der Motor 108 eine flache Form aufweist, die durch Reduzierung seiner Axialabmessung und durch Vergrößerung seiner Radialabmessung erreicht wird. Dementsprechend kann der Stator 116 aus einem preiswerten magnetischen Material und daher das elektrische Stellglied 50 kostengünstig hergestellt werden. Da die Motorwelle des Motors 108 bei der flachen Motorgestaltung relativ kurz ist, werden unerwünschte Vibrationen der Motorwelle reduziert und die kritische Geschwindigkeit des Motors 108, die der natürlichen Bie­ gefrequenz der Motorwelle entspricht, wird erhöht.

Die Windungen des Stators 116 können in Form von gedruckten Spulen ausgebildet sein, um die axiale Abmessung des Motors 108 weiter zu reduzieren.

Wie oben beschrieben werden die Kosten des elektrischen Stellglieds 150 wesentlich verringert, da es keine der Kupplung 50 in Fig. 16 entsprechende Kupplung und keine der Verbindung 18 in Fig. 16 entsprechende Verbindung benötigt.

Fig. 6 zeigt ein elektrisches Stellglied 140 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Teile des elektrischen Stellglieds 140, die denen des in Fig. 3 dargestellten elektrischen Stellglieds 50 entsprechen, werden mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht erneut im Detail beschrieben.

Das elektrische Stellglied 140 weist einen Encoder 142, der an einem Ende einer Kugelspindel 62 befestigt ist und einen an dem anderen Ende der Kugelspindel 62 befestigten Motor 144 auf, wobei der Encoder 142 und der Motor 144 um eine bestimmte Entfernung voneinander beabstandet sind.

Der Motor 144 weist ein Rillenkugellager 146, über welches das andere Ende der Kugelspindel 62 drehbar gehalten wird, ein aus ersten und zweiten Blöcken 148, 150 zusammengesetztes Motorgehäuse 152, einen zwischen den ersten und zweiten Blöcken 148, 150 angeordneten Stator, der aus einer Vielzahl von separaten miteinander verbundenen Statorkernen 114 identischer Konfiguration besteht, eine Vielzahl von Spulen 156, die um die entsprechenden separaten Statorkerne 114 gewunden sind und einen Permanentmagneten 116 auf, der über eine Hülse 158 fest an der Kugelspindel 62 befestigt ist. Die Statorkerne 114 haben denselben Aufbau wie die Statorkerne 114 des elektrischen Stellglieds 50 gemäß der ersten Ausführungs­ form. Das Rillenkugellager 146 dient dazu, eine Biegung der Kugelspindel 62 zu verhindern. Eine ringförmige Federscheibe 162, die gegen das Rillenkugellager 146 gehalten wird, dient dazu thermische Verschiebungen der Kugelspindel 62 zu absorbieren. Das Rillenkugellager 146 kann durch ein konisches Rollenlager, ein zylindrisches Rollenlager oder dgl. ersetzt werden.

Der Encoder 162 umfaßt ein Encodergehäuse 166 mit ringförmigen Kugellagern 164 (die Rücken an Rücken gehalten sind), eine Abdeckung 168, die an dem Encodergehäuse 166 befestigt ist, eine drehbare Scheibe 172, die an einem an einem Ende der Kugelspindel 62 befestigten Verbinder 170 gehalten ist und einem Encoderdetektor 176 auf, der aus einem Licht aus­ sendenden Element 174a zum Aussenden von Licht und aus einem Licht feststellenden Element 174b zur Feststellung des von dem Licht aussendenden Element 174a durch in der drehbaren Scheibe 172 ausgebildete Schlitze ausgesandten Lichts. Die ringförmi­ gen Lager 164 dienen dazu, eine Biegung der Kugelspindel 62 zu verhindern, um, dadurch das Licht aussendende Element 174a und das Licht feststellende Element 174b um einen festgelegten Abstand von der drehbaren Scheibe 172 entfernt zu halten. Mit dem elektrische Stellglied 140 gemäß der zweiten Ausführungs­ form ist es möglich, Toleranzen für das koaxiale Einsetzen von Verbindungen zwischen der Kugelspindel 62, dem Motor 144 und dem Encoder 142 zu vergrößern, da der Motor 144 und der Encoder 142 voneinander beabstandet sind. Sind der Motor 144 und der Encoder 142 einstückig miteinander gekoppelt, so müßte die gesamte Einheit des Motors 144 und des Encoders 142 ausgetauscht werden, wenn entweder der Motor 144 oder der Encoder 142 ausfällt. Da gemäß der zweiten Ausführungsform der Motor 144 und der Encoder 142 unabhängig voneinander sind, muß, wenn entweder der Motor 144 oder der Encoder 142 ausfällt, lediglich die defekte Komponente ausgetauscht werden. Der Betrieb des elektrischen Stellglieds 140 ist derselbe wie der des elektrischen Stellglieds 50 gemäß der ersten Ausführungsform und wird nicht erneut im Detail beschrieben.

Ein Verfahren zur Steuerung eines synchronen Wechselstrom- Servomotors, der als Antriebsmechanismus in den elektrischen Stellgliedern 50, 140 verwendet werden kann, wird nachfolgend beschrieben.

Der synchrone Wechselstrom-Servomotor besteht normalerweise aus drei Spulen U, V, B, die nacheinander mit festgelegtem Timing mit Energie versorgt werden, um einen aus einem Permanentmagneten bestehenden Rotor zu drehen.

An den Wechselstrom-Servomotor ist ein Encoder angeschlossen, um Signale von zwei Phasen A und B auszugeben, die 90° außer Phase zueinander stehen, ein Signal einer Phase z, die einen Puls pro Drehung des Wechselstrom-Servomotors darstellt, und magnetische Polpositionssignale der Phasen U, V, W, die die Positionen des magnetischen Pols der Spulen darstellen. Positions- und Drehsteuerung des synchronen Wechselstrom- Servomotors erfordert daher insgesamt sechs Signalleitungen zur Übertragung der Signale der Phasen A, B, Z, U, V und W.

Ein Induktions-Wechselstrom-Servomotor erzeugt ein sich drehendes magnetisches Feld in Abhängigkeit von den Spulen zugeführten Strömen. Da die Phasen immer senkrecht zueinander stehen, ist es nicht notwendig, die Position des sich drehenden magnetischen Feldes festzustellen und ein an den Induktions-Wechselstrom-Servomotor angeschlossener Encoder gibt Signale der drei Phasen A, B, Z aus.

Dementsprechend ist der in Verbindung mit einem synchronen Wechselstrom-Servomotor verwendete Encoder kein normaler Encoder, sondern ein Encoder, der dazu geeignet ist, gemeinsam mit einem solchen synchronen Wechselstrom-Servomotor verwendet zu werden.

Gemäß dem Verfahren zur Steuerung eines synchronen Wechsel­ strom-Servomotors, der als Antriebsmechanismus in dem elektrischen Stellglied 50, 140 verwendet werden kann, kann der synchrone Wechselstrom-Servomotor, ebenso wie andere Elektromotoren, mit drei Signalen der Phasen A, B, Z gesteuert werden. Der verwendete Encoder kann ein optischer Encoder, ein magnetischer Encoder oder ein Laserstrahl-Encoder sein.

Wie in Fig. 7a dargestellt, werden von dem Encoder 112, 142 ausgegebene Signale der Phasen A, B zu einem kombinierten Signal zusammengefaßt, und Pulse des kombinierten Signals pro Umdrehung werden auf der Basis eines Signals einer Phase Z gezählt, um dadurch bspw. ein Signal von 1000 Pulsen zu erzeugen. Von der Pulszählung werden Kommutierungssignale UE, WE, VE, die gespeichert wurden, auf der Basis des Timings der Erregung der Phasen U, V, W (vgl. Fig. 7b) ausgegeben. Bspw. speichert eine Steuerung festgelegte UE-, WE-, VE-Signale und gibt UE-, WE-, VE-Signale aus, wobei das UE-Signal einem α-ten Puls des kombinierten Signals, das WE-Signal einem β-ten Puls des kombinierten Signals und das VE-Signal einem γ-ten Puls des kombinierten Signals entspricht.

Entsprechend können sowohl die Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungssteuerung des Motors und die Feststellung der magnetischen Polpositionen auf der Basis lediglich der drei Signale der Phasen A, B, Z, die von dem Encoder 112, 142 ausgegeben werden, erfolgen. Als Folge davon ist es möglich, normale, herkömmlicherweise erhältliche Encoder in Verbindung mit allen Elektromotoren einschließlich synchroner Wechsel­ strom-Servomotoren zur Verwendung als Antriebsmechanismus des elektrischen Stellglieds gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden. Dadurch wird die Kompatibilität des elektrischen Stellglieds gemäß der vorliegenden Erfindung mit normalen, herkömmlicherweise erhältlichen Encodern verbessert. Außerdem ist es bei einer Kombination des synchronen Wechselstrom- Servomotors und des Encoders mit dem elektrischen Stellglied nicht erforderlich, die Signale der Phasen U, V, W in Phase mit der Encoder-Signalwellenform zu bringen, da Signale der Phasen U, V, W nicht erforderlich sind. Eine Speicherein­ richtung kann hinzugenommen werden, um die Signale der Phasen A, B, Z, die von den Encodern 112, 142 ausgegeben werden, zu speichern, und die gespeicherten Signale können seriell zu anderen Vorrichtungen übertragen werden. Leitungen für die Übertragung der Signale der Phasen A, B, Z können in dem Encodergehäuse aufgenommen sein, um dadurch den zur Anordnung der Leitung erforderlichen Platz zu reduzieren.

Fig. 8a zeigt ein elektrisches Stellglied 180 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Fig. 8b zeigt eine Modifizierung 180a hiervon.

Wie in Fig. 8a dargestellt, umfaßt das elektrische Stellglied 180 einen Antriebsmechanismus 182, einen magnetischen Encoder 184 und eine Kugelspindel 186, die als Antriebskraftüber­ tragungsmittel zur Übertragung von Antriebskräften von dem Antriebsmechanismus 182 dient.

Der Antriebsmechanismus 182 umfaßt einen Permanentmagneten 190, der auf die Kugelspindel 186 aufgesetzt ist, und einen Stator 192, der um den Permanentmagneten 190 herum angeordnet ist und Spulen aufweist. Der magnetische Encoder 184 weist eine an einem Ende der Kugelspindel 186 befestigte zylindrische magnetische Trommel 188 auf, die sich hiermit dreht und einstückig mit einem Gehäuse 194 ausgebildet ist, sowie einem magnetischen Detektor 196, der ein magnetoresistives Element, ein Hall-Effektelement oder dgl. umfaßt. Die zylindrische magnetische Trommel 188 weist eine Vielzahl von Polsensorspuren 198 auf, die an seiner äußeren Umfangsfläche in Form von S- und N-Polen angeordnet sind. Der magnetische Detektor 196, der um eine bestimmte Entfernung von der äußeren Umfangsfläche der zylindrischen magnetischen Trommel 188 beabstandet ist, stellt magnetische Pole der Polsensorspuren 198 fest.

Da die einstückig mit dem Gehäuse 194 ausgebildete zylindrische magnetische Trommel 188 an dem Ende der Kugelspindel 186 befestigt ist, das als eine Motorwelle dient, wird die axiale Länge des Antriebsmechanismus 182 reduziert und damit auch die Gesamtlänge des elektrischen Stellglieds 180. Bei der Herstellung des elektrischen Stellglieds 180 kann der magnetische Encoder 184 einfach an der Kugelspindel 186 befestigt werden.

Wie in Fig. 8b dargestellt, weist das modifizierte elek­ trische Stellglied 180a einen magnetischen Encoder 184 und einen magnetischen Detektor 196 auf, die in einem Raum angeordnet sind, der zwischen vorspringenden Abschnitten 197 von um einen Stator 192 gewundenen Spulen festgelegt ist.

Die Fig. 9a und 9b zeigen modifizierte magnetische Encoder. Fig. 9a zeigt einen magnetischen absoluten Encoder mit drei zylindrischen magnetischen Trommeln 199, die axial miteinander verbunden sind, und drei Detektoren 200, die axial in Zusammenwirkung mit den entsprechenden zylindrischen magnetischen Trommeln 199 miteinander verbunden sind. Fig. 9b zeigt einen magnetischen Encoder mit einer Öffnung 204, die axial in einem Ende einer Kugelspindel 202 ausgebildet ist, mit einem Durchmesser von 50 mm oder mehr, einer in die Öffnung 204 eingesetzten zylindrischen Trommel 206 und einem in der zylindrischen Trommel 206 angeordneten magnetischen Detektor 208.

Ein elektrisches Stellglied gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis 12 beschrieben.

Wie in Fig. 11 dargestellt, umfaßt das mit dem Bezugszeichen 410 bezeichnete elektrische Stellglied einen länglichen Rahmen 412, ein Paar von im wesentlich parallelen linearen Führungen 416a, 416b, die fest in entsprechenden Nuten 414a, 414b, welche in einer oberen Fläche des Rahmens 412 ausgebildet sind, angeordnet sind, einen fest an den linearen Führungen Führungen 416a, 416b befestigten und in Längsrichtung des Rahmens 412 beweglichen Gleittisch 418 und eine Antriebseinheit 420, die auf einem Paar von Stufen 419, 421 angeordnet und befestigt ist, welche an entsprechenden gegenüberliegenden Längsenden des Rahmens 412 ausgebildet sind.

Wie in Fig. 10 dargestellt, umfaßt das elektrische Stellglied 410 auch ein Paar von Endabdeckungen 422, 424, die jeweils an den in Längsrichtung gegenüberliegenden Enden des Rahmens 412 befestigt sind, ein Paar von Seitenabdeckungen 426a, 426b, die jeweils an in Querrichtung gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 412 befestigt sind, und eine obere Abdeckung 428, die an der oberen Fläche des Rahmens 412 angebracht ist. Die Endabdeckungen 422, 424, die Seitenabdeckungen 426a, 426b und die obere Abdeckung 428 sind lösbar an dem Rahmen 412 befestigt. Wie in Fig. 13 dargestellt, weist der Rahmen 412 erste, zweite, dritte und vierte Durchgangsöffnungen 430a, 430b, 430c, 430d auf, die jeweils einen rechteckigen Quer­ schnitt aufweisen und in Längsrichtung als Durchgänge für Drähte oder Leitungen der Antriebseinheit 420 ausgebildet sind. Der Rahmen 412 weist außerdem ein Paar von in Quer­ richtung beabstandeten Nuten 432a, 432b mit im wesentlichen T-förmigem Querschnitt auf, die in seiner unteren Fläche ausgebildet sind und sich in seiner Längsrichtung erstrecken, wobei die Nuten 432a, 432b zur Verbindung des Rahmens 412 mit einer anderen Einrichtung verwendet werden.

Wie in Fig. 11 dargestellt, haben die linearen Führungen 416a, 416b im wesentlichen eine identische Form und umfassen ein Paar von entsprechenden Führungsschienen 436a, 436b, die in den entsprechenden Nuten 414a, 414b angeordnet und über nicht dargestellte, sich durch in den Führungsschienen 436a, 436b ausgebildete beabstandete Öffnungen 434 erstreckende Be­ festigungselemente befestigt sind, und zwei Paare von Führungsblöcken 438a, 438b, die gleitend an den entsprechenden Führungsschienen 436a, 436b befestigt sind, um sich daran in Längsrichtung zu verschieben. Nicht dargestellte Rollelemente, wie Kugeln oder dgl., sind in nicht dargestellten ringförmigen Durchgängen, welche in Gleitflächen der Führungsschienen 436a, 436b und der Führungsblöcke 438a, 438b ausgebildet sind, um den Führungsblöcken 438a, 438b eine gleichmäßige und glatte Verschiebung entlang der Führungsschienen 436a, 436b zu ermöglichen, angeordnet.

Wie in den Fig. 11 und 13 dargestellt, umfaßt der Gleittisch 418 ein Paar fester Blöcke 440a, 440b die in Querrichtung voneinander beabstandet sind und sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei die festen Blöcke 440a, 440b relativ zu den Führungsblöcken 438a, 438b befestigt sind, und einen einstückig zwischen den festen Blöcken 440a, 440b gekoppelter Halteblock 442 mit einem im wesentlichen gekrümm­ ten Querschnitt. Der Halteblock 442 weist eine Lücke 446 auf, die in seiner oberen Fläche ausgebildet ist und eine Breite aufweist, die groß genug ist, eine Kugelspindel 444 der Antriebseinheit 420 hierdurch in den Halteblock 442 ein­ zusetzen. Der Halteblock 442 hat außerdem eine darin ausge­ bildete im wesentlichen kreisförmige Öffnung, die an die Lücke 446 angrenzt.

Wie in den Fig. 11 und 12 dargestellt, umfaßt die Antriebsein­ heit 420 einen Motor 448, der koaxial an einem Ende einer als Antriebskraftübertragungsmittel dienenden Kugelspindel 444 befestigt ist, einen Encoder 450, der koaxial an dem anderen Ende der Kugelspindel 444 angebracht ist, und einen Angriffs­ block 452, der auf die Kugelspindel 444 geschraubt ist, um sich axial entlang der Kugelspindel 444 zu verschieben. Die Kugelspindel 444, der Motor 448, der Encoder 450 und der Angriffsblock 452 werden vorab zu einem einheitlichen Element zusammengesetzt. Der Angriffsblock 452 weist ein zylindrisches Element 454 auf, das in der Öffnung in dem Halteblock 442 durch nicht dargestellte, sich durch Befestigungsöffnungen 456 in einem Flansch des Angriffsblocks 452 erstreckende Be­ festigungselement befestigt ist. Die Kugelspindel 444, die als eine Förderspindel zur Bewegung des Gleittisches 418 dient, kann durch einen Synchronriemen oder dgl. ersetzt werden.

Wie in Fig. 14 dargestellt, umfaßt der Motor 448 einen Motorbefestigungsblock 460, der an der Stufe 419 des Rahmens 412 über eine Schraube 458 befestigt und über einen nicht dargestellten Positionierungsstift in zentrale Ausrichtung mit dem Rahmen 412 angeordnet ist, sowie ein Gehäuse 462 mit im wesentlichen rechteckförmigem Querschnitt, das einstückig mit dem Motorbefestigungsblock 460 verbunden ist. Der Stift wird durch den Motorbefestigungsblock 460 eingesetzt. Ein Stator 464 ist an einer äußeren Umfangswand des Gehäuses 462 befestigt und eine Statorspulenanordnung 466, die aus gewundenen Spulen zusammengesetzt ist, ist an einer inneren Wandfläche des Stators 464 befestigt. Ein Ende der Kugel­ spindel 444 ist über ein Lager 468 drehbar als eine Motorwelle in dem Gehäuse 462 gehalten, und der Motor 448 weist einen Rotor 470 auf, der auf dem Motorwellenende der Kugelspindel 444 gehalten und über eine Stellschraube 472 befestigt ist.

Wie in Fig. 15 dargestellt, umfaßt der Encoder 450 einen Encoderbefestigungsblock 478, in welchem das andere Ende der Kugelspindel 444 über ein Lager 474 drehbar gehalten wird und das über eine Schraube 476 an dem Absatz 421 des Rahmens 412 befestigt ist, sowie eine Encodereinheit 484 zur Feststellung der Rotationsgeschwindigkeit oder Winkelverschiebung des Motors 448, wobei die Encodereinheit 484 über Kupplungen 480, 482 mit dem Encoderbefestigungsblock verbunden ist. Die Encodereinheit 484 ist einstückig an dem Encoderbefestigungs­ block 478 gekoppelt und wird durch diesen gehalten.

Da der Motor 448 und der Encoder 450 an den entsprechenden Stufen 419, 421 an den entsprechenden Enden des Rahmens 412 angeordnet und befestigt sind, erstreckt sich die Kugelspindel 444 hochgenau parallel zu den Führungsschienen 436a, 436b. Sowohl der Motorbefestigungsblock 460 als auch der Encoderbe­ festigungsblock 478 weisen darin ausgebildete, nicht dar­ gestellte Positionierungsöffnungen auf. Wenn die Posi­ tionierungsstifte durch diese Positionierungsöffnungen in den Motorbefestigungsblock 460 und den Encoderbefestigungsblock 478 und außerdem durch in den Stufen 419, 421 ausgebildete Positionierungsöffnungen 486, 488 (vgl. Fig. 11) eingesetzt werden, werden der Motorbefestigungsblock 460 und der Encoderbefestigungsblock 478 hochgenau in zentraler Aus­ richtung mit dem Rahmen 412 angeordnet.

Während der Motor 448, die Kugelspindel 444 und der Encoder 450 in eine Einheit, wie der dargestellten Antriebseinheit 420, zusammengefaßt sind, kann ein Schrittmotor als Motor 448 verwendet werden und lediglich der Motor 448 und die Kugel­ spindel 444 in einer einheitlichen Einheit zusammengefaßt werden.

Die Encodereinheit 484 kann durch einen Sensor, wie einen an dem Encoderbefestigungsblock 478 befestigten Begrenzungs­ schalter, ersetzt werden.

Funktion und Vorteile des elektrischen Stellglieds 410 gemäß der vierten Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben.

Zunächst wird das elektrische Stellglied 410 wie folgt zusammengesetzt. Wie in Fig. 11 dargestellt, werden die linearen Führungen 416a, 416b in den Nuten 414a bzw. 414b in dem Rahmen 412 angeordnet und an ihrer Position befestigt. Dann werden die festen Blöcke 440a, 440b des Gleittisches 418 an den entsprechenden Paaren der Führungsblöcke 438a, 438b der linearen Führungen 416a, 416b befestigt, so daß sie sich daran entlang erstrecken. Der Angriffsblock 442 der Antriebseinheit 420 wird in den Halteblock 442 des Gleittischs 418 eingesetzt. Zu dieser Zeit wird die Kugelspindel 444 durch die Lücke 446 in die Öffnung in dem Halteblock 442 eingesetzt. Dann wird die Kugelspindel 444 axial bewegt, bis das zylindrische Element 454 in die Öffnung in dem Halteblock 442 eingesetzt ist.

Anschließend werden der Motor 448 und der Encoder 450 an dem Rahmen 412 angeordnet und befestigt. Im einzelnen werden der Motorbefestigungsblock 460 und der Encoderbefestigungsblock 478 an den entsprechenden Stufen 419, 421 des Rahmens 412 angeordnet, so daß sie die Kugelspindel 444 hochgenau parallel zu den Führungsschienen 436a, 436b halten. Anschließend werden der Motorbefestigungsblock 460 und der Encoderbefestigungs­ block 478 in zentraler Ausrichtung mit dem Rahmen 412 durch nicht dargestellte Positionierungsstifte positioniert und daran durch Befestigungselemente befestigt.

Nachdem die linearen Führungen 416a, 416b, der Gleittisch 418 und die Antriebseinheit 420 auf dem Rahmen 412 zusammengesetzt wurden, werden die Endabdeckungen 422, 424, die Seiten­ abdeckungen 426a, 426b und die obere Abdeckung 428 an dem Rahmen 412 angebracht. Abhängig davon, wie der Benutzer das elektrische Stellglied 410 verwendet, kann auf die Abdeckungen verzichtet werden, und die linearen Führungen 416a, 416b, der Gleittisch 418 und die Antriebseinheit 420 können auf dem Rahmen 412 freiliegen.

Das so zusammengesetzte elektrische Stellglied 410 funktio­ niert wie folgt:

Wird ein an den Motor 448 angeschlossener Stromanschluß mit Energie versorgt, so dreht der Motor 448 die Kugelspindel 444, deren eines Ende als seine Motorwelle fungiert. Die Rotations­ geschwindigkeit oder Winkelverschiebung des Motors 448 wird durch die Encodereinheit 484 festgestellt, die ein fest­ gestelltes Signal durch Leitungen in den Durchgangsöffnungen 430a bis 430d zu einer nicht dargestellten Steuereinrichtung leitet.

Die Drehbewegung der Kugelspindel 444 wird auf den Angriffs­ block 452, der über die Kugelspindel 444 geschraubt ist, übertragen, wodurch bewirkt wird, daß sich der den Angriffs­ block 452 haltende Gleittisch 418 gleichmäßig linear entlang den linearen Führungen 416a, 416b bewegt. Daher kann ein auf dem Gleittisch 418 getragenes, nicht dargestelltes Werkstück in Längsrichtung des elektrischen Stellglieds 410 gefördert werden.

Wie oben beschrieben, sind der Motor 448 und der Encoder 450 koaxial und einstückig an den entsprechenden Enden der Kugelspindel 444 befestigt und der Motor 448, der Encoder 450, die Kugelspindel 444 und der Angriffsblock 452 werden vorab zu einer einheitlichen Einheit als Antriebseinheit 420 zu­ sammengefaßt. Dementsprechend kann das elektrische Stellglied 410 mit einer geringeren Anzahl von Schritten und zu geringe­ ren Kosten zusammengesetzt werden als herkömmliche elektrische Stellglieder, deren Komponenten einzeln zusammengesetzt werden.

Die vorab zusammengesetzte Antriebseinheit 420 kann als vereinigte Zusammensetzung in Massen produziert werden. Im Falle eines Fehlers der Antriebseinheit 420 kann die Antriebs­ einheit 420 einfach von dem Rahmen 412 getrennt und durch eine neue Antriebseinheit 420 ersetzt werden.

Das Motorwellenende der Kugelspindel 444 und die Kugelspindel 444 selbst sind koaxial miteinander ohne irgendeine dazwischen angeordnete Kupplung verbunden. Daher kann sich der Gleittisch 418 in einem Bereich bewegen, der um die Länge einer solchen Kupplung länger ist, als wenn eine solche Kupplung eingesetzt würde. Als Folge davon kann sich der Gleittisch 418 um im wesentlichen die gesamte Länge des Rahmens 412 bewegen.

Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und im Detail beschrieben wurden, versteht es sich, daß verschiedene Änderungen und Modifikatio­ nen möglich sind, ohne den Rahmen der beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Bezugszeichenliste

2 Stellglied
4 Kugelspindel
6 Mutter,
8 Lagerblock
10 Elektromotor
12 Encoder
14 Antriebseinheit
16 Motorwelle
18 Verbindung
20 Rahmen
22 Halteblock
24 Lager
26 Lager
30 Kupplung
34 Lager
42 Lager
50 Stellglied
52 Rahmen
54a, b Seitenabdeckungen
56 Endabdeckungen
57 Endabdeckungen
58 obere Abdeckung
60 Antriebsmechanismus
62 Kugelspindel
62a Ende von 62
64 Lagerblock
66 Tischmechanismus
68a, b Führungselemente
70a, b Nuten
72a, b Eingriffsnuten
74a, b Durchgänge
76a, b Durchgänge
77a, b Befestigungsnuten
78a, b Haken
80 Kugelspindelhülse
82a, b Tischblöcke
84a, b Halter
86 Öffnungen
88 Absatz
90 Führungselement
92 Führungswelle
94 Rippe
96a- c Wälzlager
97 Halter
98a- c Lagerplatten
99a- c Einstellschrauben
100 Öffnungen
102 Rollen
104 Lager
106 Gehäuse
108 Motor
110 Abdeckung
112 Encoder
114 Statorkerne
116 Stator
118 Spulen
120 Hülse
122 Permanentmagnet
124 Finger
126 Absatz
128 Scheibe
130 Encoderdetektoren
132 Verbindungen
134 Lager
136 Kabel
140 Stellglied
142 Encoder
144 Motor
1 46 Rillenkugellager
148 Block
150 Block
152 Motorgehäuse
154 Stator
156 Spulen
158 Hülse
160 Permanentmagnet
162 Federscheibe
164 Kugellager
166 Encodergehäuse
168 Abdeckung
170 Verbinder
172 Scheibe
174a Licht aussenden­ des Element
174b Licht feststellen­ des Element
176 Encoderdetektor
180 Stellglied
180a Stellglied
182 Antriebsmechanismus
184 Encoder
186 Kugelspindel
188 Trommel
190 Permanentmagnet
192 Stator
194 Gehäuse
196 Detektor
197 vorspringende Abschnitte
198 Polsensorspuren
199 Trommeln
200 Detektoren
202 Kugelspindel
204 Öffnung
206 Trommel
208 Detektor
410 Stellglied
412 Rahmen
414a, b Nuten
416a, b Führungen
418 Gleittisch
419 Stufe
420 Antriebseinheit
421 Stufe
422 Endabdeckung
424 Endabdeckung
426a, b Seitenabdeckung
428 obere Abdeckung
430a, b, c, d Durchgangsöff­ nungen
432a, b Nuten
434 Öffnungen
436a, b Führungsschiene
438a, b Führungsblock
440a, b Block
442 Halteblock
444 Kugelspindel
446 Lücke
448 Motor
450 Encoder
452 Angriffsblock
454 zylindrisches Element
456 Befestigungsöffnung
458 Schraube
460 Motorbefestigungsblock
462 Gehäuse
464 Stator
466 Spulenanordnung
468 Lager
470 Rotor
472 Schraube
474 Lager
476 Schraube
478 Encoderbefestigungsblock
480 Kupplung
482 Kupplung
484 Encodereinheit
486 Positionierungsöffnungen
488 Positionierungsöffnungen

Claims (22)

1. Elektrisches Stellglied mit:

einem länglichen geraden Rahmen (52, 412) mit einem Führungs­ element (68a, b, 90);
einem Antriebsmechanismus (60, 182, 420) einschließlich eines an dem länglichen geraden Rahmen (52, 412) befestigten Motors (108, 144, 448) und einem Detektor (130, 196, 200, 208) zur Feststellung einer Rotationsgeschwindigkeit oder einer Winkelverschiebung des Motors, wobei der Motor eine Motorwelle aufweist,
einem Tischmechanismus (66, 97), der an dem Führungselement (68a, b, 90) befestigt ist, um sich axial entlang des Rahmens (52) in Abhängigkeit von der Erregung des Motors (108) zu verschieben, und
einem mit der Motorwelle einstückigen Kugelspindelmechanismus (62, 186) um eine Drehbewegung des Motors (108, 144) als lineare Bewegung auf den Tischmechanismus (66, 97) zu übertragen,
wobei der Motor (108, 144) und der Kugelspindelmechanismus (62, 186) eine Einheit bilden, die lösbar an dem elektrischen Stellglied (50, 140, 180, 410) angebracht ist.

2. Elektrisches Stellglied dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor einstückig mit einem gegenüberliegenden Ende des Kugelspindelmechanismus (62, 186) ist und außerdem in der Einheit aufgenommen ist.

3. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor und der Motor um einen be­ stimmten Abstand voneinander beabstandet sind.

4. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit auf einem abgestuften Ab­ schnitt (419, 421) des Rahmens (412) angeordnet und angebracht ist, um dadurch eine genaue Parallelität zwischen dem Kugel­ spindelmechanismus (444) und dem Führungselement (416) zu gewährleisten.

5. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (52, 412) Seitenabdeckungen (54a, b, 426a, b) an seinen beiden Seiten und Endabdeckungen (56, 57, 422, 424) an seinen beiden Enden aufweist, wobei bei Bedarf auf irgendeines der Seitenabdeckungen und/oder End­ abdeckungen verzichtet werden kann.

6. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelspindel (62) an ihren beiden Enden durch Rillenkugellager (146) gehalten wird.

7. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (106, 462) zum Halten eines Endes des Kugelspindelmechanismus (62, 186, 444) als ein Motorkörper dient.

8. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tischmechanismus (97) Wälzlager (96) aufweist und sich auf dem Führungselement (90) mit Hilfe der Wälzlager (96) verschiebt.

9. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzlager (96) in einer Lagerplatte (98) ausgebildet sind, die zwischen dem Tischmechanismus (97) und dem Führungselement (90) einzusetzen ist.

10. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tischmechanismus (97) das Führungs­ element (90) durch wenigstens eine horizontale Fläche, eine vertikale Fläche und eine nach unten geneigte Fläche des Führungselements (90) ergreift und daß die Lagerplatte (98) zwischen dem Führungselement (90) und dem Tischmechanismus (97) an jeder der horizontalen, vertikalen und nach unten geneigten Flächen dazwischen angeordnet ist.

11. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (96) aus einem ultra­ hochmolekulargewichtigen Polyethylen oder Oleopolyacetal besteht.

12. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (108, 144, 448) einen Statorkern aufweist, der aus einer Vielzahl von aufgeteilten Statorkern­ elementen (114) zusammengesetzt ist, die miteinander verbunden sind, wobei jedes der Statorkernelemente (114) eine T-förmige Vorderansicht aufweist.

13. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Statorkernelemente (114) einen Finger (124) aufweist, der in Umfangsrichtung von einer Seite eines Kopfes hiervon vorspringt, und einen Absatz (126), der an der anderen Seite des Kopfes komplementär zu dem Finger (124) ausgebildet ist, wobei die Statorkernelemente (114) miteinander in eine kreisförmiger Konfiguration gekoppelt sind, wobei der Finger (124) jedes der Statorkernelemente (114) in den Absatz (126) eines angrenzenden Statorkern­ elements (114) eingesetzt ist.

14. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (116, 154, 464) des Motors (108, 144, 448) Statorspulen (118, 156, 466) aufweist, die jeweils um die Statorkernelemente (114) gewunden werden, bevor die Statorkernelemente (114) miteinander gekoppelt werden.

15. Elektrischen Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (108, 144, 448) ein relativ kleines Längen/Durchmesserverhältnis aufweist.

16. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Motor (108, 144, 448) einen synchronen Wechselstrom-Servomotor umfaßt und daß der Detektor Signale von Phasen A, B, Z zur Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungssteuerung des synchronen Wechselstrom- Servomotors erzeugt.

17. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine magnetische Trommel (188) aufweist, die einstückig mit der Kugelspindel (186) drehbar ist, und ein an die magnetische Trommel (188) angrenzendes magnetisches Detektorelement (196).

18. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Trommel (188) S- und N- magnetische Pole aufweist, die abwechselnd auf dem Umfang einer Scheibe oder dem äußeren Umfang einer zylindrischen Trommel (188) angeordnet sind, und daß das magnetische Detektorelement (196) ein magnetoresistives Element oder ein Hall-Effektelement umfaßt.

19. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Absolut-Encoder ist, welcher drei koaxial miteinander verbundene magnetische Trommeln (199) aufweist, wobei bei jeder Trommel (199) die magnetischen Pole in unterschiedlichen Abständen von den anderen angeordnet sind, und wobei drei magnetische Detektorelemente (200) entsprechend den jeweiligen magnetischen Trommeln (199) angeordnet sind.

20. Elektrisches Stellglied nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelspindel (202) einen zylindrischen Absatz (204) an ihrem einen Ende aufweist, in welchem die magnetische Trommel (206) eingesetzt ist, und daß das magnetische Detektorelement (208) in einem hohlen Raum in der magnetischen Trommel (206) angeordnet ist.

21. Elektrisches Stellglied mit:
einem länglichen geraden Rahmen (412) mit parallelen Nuten (414a, b), die sich in seiner Axial-Richtung erstrecken, und an seinen beiden Enden ausgebildeten abgestuften Abschnitten (419, 421);
einem Paar von linearen Führungselementen (416a, b) mit Führungsblöcken (438a, b), die jeweils gleitend daran gehalten sind;
einem Paar von Gleittisch-Befestigungsblöcken (440a, b) mit einem Halteblock (442) dazwischen;
einer Antriebseinheit (420), die eine Kugelspindel (444), eine auf die Kugelspindel (444) geschraubte Mutter (452), einen Motor (448) und einen Encoder (450) einstückig mit der Kugelspindel (444) an deren beiden Enden aufweist; und
wobei das Paar der linearen Führungselemente (416a, b) an den entsprechenden parallelen Nuten (414a, b) des Rahmens (412) angeordnet und befestigt ist, wobei das Paar von Gleittisch- Befestigungsblöcken (440a, b) an entsprechenden Führungsblöcken (438a, b) befestigt ist, wobei die Mutter (452) in eine Öffnung des Halteblocks (442) eingesetzt ist, und wobei die Antriebseinheit (420) an den abgestuften Abschnitten (419, 421) des Rahmens (412) angeordnet und befestigt ist.