專利名稱：具有第一電機(jī)和第二電機(jī)的驅(qū)動單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動單元，其用于將工作元件相對于第一殼體元件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動且直 線運(yùn)動，其中驅(qū)動單元具有第一電機(jī)和第二電機(jī)。
背景技術(shù)：
這種類型的驅(qū)動單元可以在多方面應(yīng)用，其使得兩個物體能夠彼此相對旋轉(zhuǎn)且同 時和/或與之不相關(guān)地彼此相對地直線移動。典型的應(yīng)用領(lǐng)域是螺旋封閉器，其在用于自動封閉飲料瓶的設(shè)備中應(yīng)用。為此工 作元件(通常是旋轉(zhuǎn)對稱的軸)與一個封閉頭關(guān)于工作元件的旋轉(zhuǎn)軸線以不能相對旋轉(zhuǎn)且 沿軸向不能相對移動的方式耦合。封閉頭與相應(yīng)的飲料容器(例如PET或玻璃瓶)的形狀 相適配。通過工作元件和因此封閉頭相對于第一殼體元件旋轉(zhuǎn)或直線移動，相對于第一殼 體元件不可運(yùn)動地設(shè)置的飲料容器能夠被封閉。在此必須確保，封閉蓋被一直擰接到其終 端位置，從而飲料容器中的液體直至允諾的失效日充分地相對于環(huán)境因素如環(huán)境空氣和細(xì) 菌密封。此外所謂的印章戒指必須被無損壞地操作并且形鎖合地卡住。此外對于瓶子使用 者而言擰接力矩不應(yīng)當(dāng)過高。這樣的螺旋封閉件的生產(chǎn)率可以是直至65000個瓶子/每小 時。同類型的驅(qū)動單元的其它應(yīng)用領(lǐng)域是兩個或多個機(jī)器件的擰接，其設(shè)有各一個內(nèi) 螺紋或外螺紋或貫通孔。例如在此提及將螺釘旋入螺紋孔中，其中在該應(yīng)用中通常也需要 在擰入扭矩方面的過程監(jiān)控，例如對于在車輛或飛機(jī)工業(yè)中對于安全重要的構(gòu)件而言。同類型的驅(qū)動單元的其它應(yīng)用領(lǐng)域在自動化技術(shù)例如在裝配和檢查自動機(jī)中，或 者在電子生產(chǎn)設(shè)備如在裝料自動機(jī)或在線測試儀中。由DE 100 25 351 Al已知一種同類型的驅(qū)動單元，其中該設(shè)備具有一個直線電機(jī) 和一個旋轉(zhuǎn)電機(jī)。DE 100 25 351 Al的不僅直線電機(jī)而且旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過在工作元件(在此 情況下是旋轉(zhuǎn)對稱的軸)上設(shè)置的永久磁鐵以及包圍永久磁鐵的設(shè)置在殼體中的線圈構(gòu) 成。為了在工作元件的可能的行程上確保電機(jī)的恒定的驅(qū)動功率，構(gòu)成在永久磁鐵和線圈 之間的圓柱形的氣隙面必須始終保持恒定。這在DE 100 25 351A1中如此實(shí)現(xiàn)，即永久磁 鐵的軸向長度比線圈的軸向長度大出最大行程的值。因此然而產(chǎn)生高的費(fèi)用，構(gòu)造和裝配 是麻煩的并且所需要的軸向構(gòu)造空間是大的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種開頭所述類型的驅(qū)動單元，其克服上述缺點(diǎn)。上述任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)。為此根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動單元 的特征在于一種用于將工作元件相對于第一殼體元件旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動的驅(qū)動單元，其中驅(qū) 動單元具有第一和第二電機(jī)，驅(qū)動單元的特征在于設(shè)有支承裝置，其使得對于第一電機(jī)和/ 或第二電機(jī)而言能夠?qū)崿F(xiàn)，在工作元件相對于第一殼體元件直線運(yùn)動時該電機(jī)的初級件和 次級件彼此以沿軸向不能相對移動的方式設(shè)置。因?yàn)樵谶@種電機(jī)中在驅(qū)動單元的工作期間盡管工作元件相對于第一殼體元件直線移動，在初級件和次級件之間在軸向方向上(即沿 著工作元件的旋轉(zhuǎn)軸線)的直線移動不會實(shí)現(xiàn)，所以由現(xiàn)有技術(shù)已知的初級件或次級件的 軸向超出不再需要。因此對于至少一個電機(jī)而言，初級件的軸向長度可以選擇成等于次級 件的軸向長度。用于初級件和次級件的費(fèi)用和因此用于電機(jī)的費(fèi)用因此降低了，簡化了結(jié) 構(gòu)和構(gòu)造，并且減小了電機(jī)的軸向構(gòu)造空間。本發(fā)明的這方面根據(jù)本發(fā)明的第一表現(xiàn)形式如此實(shí)現(xiàn)，即支承裝置包含第一絲桿 和第一螺母，其中第一螺母相對于第一殼體元件以沿著軸向不能相對移動的方式布置并且 與第一電機(jī)的初級件或次級件以不能相對旋轉(zhuǎn)的方式耦合。絲桿可以與螺母相結(jié)合將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成平移運(yùn)動。根據(jù)本發(fā)明，絲桿的平移運(yùn)動或 直線運(yùn)動僅僅能夠通過螺母的轉(zhuǎn)動達(dá)到。螺母因此僅僅必須圍繞絲桿的軸線支承并且能夠 關(guān)于絲桿的軸線沿著軸向不能相對移動地布置。根據(jù)本發(fā)明螺母應(yīng)當(dāng)現(xiàn)在相對于第一殼體元件沿著軸向不能相對移動地布置。絲 桿的平移運(yùn)動可以因此實(shí)現(xiàn)，而待驅(qū)動的機(jī)器元件(即螺母)無需相對于第一殼體元件軸 向移動。通過第一電機(jī)與絲桿和螺母的耦合，特別是通過螺母與第一電機(jī)的初級件或次級 件以不能相對旋轉(zhuǎn)的方式耦合，在工作元件的直線運(yùn)動時初級件相對于次級件的軸向可移 動性是不需要的。因此第一電機(jī)的初級件和次級件的軸向長度可以選擇成相同的。用于 初級件或次級件的費(fèi)用和因此用于第一電機(jī)的費(fèi)用總體上因此被減小了，簡化了結(jié)構(gòu)和構(gòu) 造，并且減小了電機(jī)的軸向構(gòu)造空間。此外有利的是，通過絲桿或螺母的螺矩達(dá)到在電機(jī)轉(zhuǎn)速和工作元件的速度之間的 規(guī)定的轉(zhuǎn)換。通過選擇相應(yīng)的螺矩因此可能的是，將電機(jī)在給定的工作元件的速度時靠近 或在其最佳工作點(diǎn)上工作。本發(fā)明的該方面根據(jù)本發(fā)明的第二表現(xiàn)形式如此實(shí)現(xiàn)，即支承裝置包含與第二電 機(jī)耦合的直線軸承，其中第二電機(jī)是扭矩電機(jī)。利用直線軸承，兩個機(jī)器構(gòu)件能夠彼此相對直線移動地支承，即這兩個機(jī)器構(gòu)件 相互之間能夠?qū)崿F(xiàn)平移運(yùn)動。這兩個機(jī)器構(gòu)件的相對旋轉(zhuǎn)然而被阻止。通常直線軸承由一 個具有凹凸輪廓的軸和一個包圍軸的具有相應(yīng)凹凸輪廓的套筒構(gòu)成。該軸在套筒中可直線 移動，然而軸和套筒的凹凸輪廓使得能夠?qū)崿F(xiàn)扭矩傳遞。如果現(xiàn)在例如套筒被置入旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動，那么軸同樣也被轉(zhuǎn)動。根據(jù)本發(fā)明這點(diǎn)如此被利用，即通過這種直線軸承能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到與軸相 對應(yīng)的工作元件上，即通過這種方式例如包圍工作元件的套筒借助于一個電機(jī)被置于旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動中。因?yàn)樘淄踩欢诠ぷ髟本€運(yùn)動時相對于第一殼體元件無需軸向移動，所以 該電機(jī)的初級件和次級件的軸向長度可以選擇成相同的。旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動元件即與工作元件的 直線運(yùn)動脫耦。用于初級件或次級件的費(fèi)用和因此用于第二電機(jī)的費(fèi)用因此總體被減小 了，簡化了結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，并且減小了第二電機(jī)的軸向構(gòu)造空間。本發(fā)明的該方面根據(jù)本發(fā)明的第三表現(xiàn)形式如此實(shí)現(xiàn)，即支承裝置具有一個相對 于第一殼體元件單元的第二殼體元件，其中在第二殼體元件中設(shè)置第二電機(jī)并且第二殼體 元件通過第一電機(jī)相對于第一殼體元件可直線移動。雖然通過該表現(xiàn)形式首先復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是必要的，因?yàn)樾枰獑为?dú)的第二殼體元件。這缺點(diǎn)然而至少由此被補(bǔ)償，即現(xiàn)在在第二殼體元件中能夠安裝第二電機(jī)，在此情況下僅 僅對于工作壽命的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動而言，并且第二電機(jī)能夠相對于第二殼體元件與第一電機(jī)的可 能的直線運(yùn)動無關(guān)地工作。因此也在本發(fā)明的該表現(xiàn)形式中能夠?qū)崿F(xiàn)，即一個電機(jī)特別是第二電機(jī)的初級件 和次級件能夠選擇成相同長度的。旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動元件即與工作元件的直線運(yùn)動脫耦。用于初 級件或次級件的費(fèi)用和因此用于第二電機(jī)的費(fèi)用因此總體被減小了，簡化了結(jié)構(gòu)和構(gòu)造， 并且減小了第二電機(jī)的軸向構(gòu)造空間。本發(fā)明的該方面的表現(xiàn)形式的構(gòu)造在從屬權(quán)利要求中給出。接下來描述第一表現(xiàn)形式的多個實(shí)施例。根據(jù)第一表現(xiàn)形式的一個實(shí)施例，第一電機(jī)是第一扭矩電機(jī)。扭矩電機(jī)是旋轉(zhuǎn)電 機(jī)，即產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。初級件和次級件彼此同心布置。通常這種電機(jī)類型含鐵的和開槽的。 然而替代地也可以應(yīng)用無鐵的電機(jī)?？梢钥紤]一方面作為內(nèi)轉(zhuǎn)子的構(gòu)造方式，即定子設(shè)置 在轉(zhuǎn)子的徑向外部。當(dāng)然也可以考慮作為外轉(zhuǎn)子的構(gòu)造方式，即轉(zhuǎn)子設(shè)置在定子的徑向外 部。根據(jù)第一表現(xiàn)形式的一個實(shí)施例，扭矩電機(jī)的一個次級件設(shè)置在第一螺母上和/ 或第一殼體元件具有一個圓柱形的開口，在開口的內(nèi)表面上設(shè)置扭矩電機(jī)的一個初級件。 它在此是一個內(nèi)轉(zhuǎn)子，因?yàn)檗D(zhuǎn)子(在此是螺母)設(shè)置在定子(在此是第一殼體元件)內(nèi)部。 第一扭矩電機(jī)應(yīng)當(dāng)在此盡可能構(gòu)成為旋轉(zhuǎn)對稱的，從而它相應(yīng)地安裝在第一殼體元件的圓 柱形的開口中。在此也可以考慮，初級件和/或次級件通過圓弓形式的分段構(gòu)成。圓柱形 的開口能夠在此構(gòu)成第一殼體元件的一個主要部分，即第一元件在此情況下基本上由空心 圓柱體構(gòu)成。在此也可以考慮的是，圓柱形的開口僅僅構(gòu)成第一殼體元件的一部分。在此 原則上適用于本發(fā)明的所有表現(xiàn)形式的是，第一殼體元件可以構(gòu)成為封閉的、半開的或敞 開的并且基本上用作工作元件的運(yùn)動的參考點(diǎn)。根據(jù)第一表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，次級件通過大范圍地設(shè)置在第一螺母上的 永久磁鐵構(gòu)成和/或初級件通過大范圍地設(shè)置在開口的內(nèi)表面上的線圈構(gòu)成。通過轉(zhuǎn)子 (即螺母)與次級件組合，能夠放棄滑動觸點(diǎn)的應(yīng)用。在此特別是可以涉及一種永久磁鐵激 勵的同步電機(jī)。永久磁鐵可以是基于稀土的磁鐵。根據(jù)第一表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，初級件和次級件的軸向長度是等長的。根 據(jù)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)因此完全起了作用，即使當(dāng)出于結(jié)構(gòu)或制造技術(shù)的原因可設(shè)想這些軸向長 度的細(xì)微差別時，并且這也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。根據(jù)第一表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，第二電機(jī)是第二扭矩電機(jī)。這能夠原則上 如第一扭矩電機(jī)地構(gòu)成。因?yàn)橥ㄟ^與第一絲桿和第一螺母耦合的第一電機(jī)業(yè)已能夠?qū)崿F(xiàn)一 個直線運(yùn)動，所以第二電機(jī)能夠僅僅用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。根據(jù)第一表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，第二扭矩電機(jī)的次級件與工作元件以不能 相對旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動的方式耦合和/或第一殼體元件具有一個圓柱形的開口， 在開口的內(nèi)表面上設(shè)置第二扭矩電機(jī)的初級件。在此可以涉及非常簡單的構(gòu)造，以便能夠 實(shí)現(xiàn)工作元件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。根據(jù)第一表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，第二扭矩電機(jī)的次級件通過大范圍地設(shè)置 在工作元件或與工作元件以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動的方式連接的適配元件上的永
5久磁鐵構(gòu)成和/或第二扭矩電機(jī)的初級件通過大范圍地設(shè)置在第一殼體元件的開口的內(nèi) 表面上的線圈構(gòu)成。永久磁鐵能夠例如直接安裝在工作元件的圓柱形的部段上，例如通過 粘結(jié)以材料鎖合的方式。也可以考慮應(yīng)用適配元件，以便例如在預(yù)定的期望的在初級件和 次級件之間的氣隙寬度時將工作元件的圓柱形的部段的直徑與第一殼體元件的開口的內(nèi) 表面的直徑適配。根據(jù)第一表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，第二扭矩電機(jī)與一個直線軸承耦合。在這 種情況下根據(jù)本發(fā)明的業(yè)已在第一電機(jī)中起作用的優(yōu)點(diǎn)也在第二電機(jī)中有效。相應(yīng)地通過 直線軸承，第二電機(jī)的初級件和次級件能夠構(gòu)成為等長的。特別是第二扭矩電機(jī)的永久磁 鐵能夠大范圍地設(shè)置在直線軸承的一個滑移套筒上和/或第一殼體元件具有一個圓柱形 的開口，在該開口的內(nèi)表面上大范圍地設(shè)置第二扭矩電機(jī)的線圈。通過直線軸承，通過第 一電機(jī)產(chǎn)生的直線運(yùn)動與通過第二電機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是不相關(guān)的。與此相對，在通過第 二電機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)時必須采取第一電機(jī)的相應(yīng)的反作用的校正運(yùn)動，以便阻止同時的直線運(yùn) 動。根據(jù)第一表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，第二扭矩電機(jī)與一個第二絲桿和一個第二 螺母耦合，其中第二螺母相對于第一殼體元件沿軸向不能相對移動地設(shè)置并且與第二電機(jī) 的初級件或次級件以不能相對旋轉(zhuǎn)的方式耦合。通過這個實(shí)施例也達(dá)到，根據(jù)本發(fā)明的業(yè) 已在第一電機(jī)中起作用的優(yōu)點(diǎn)也在第二電機(jī)中有效。在此也有利的是，兩個電機(jī)可以非常 類似或結(jié)構(gòu)相同地構(gòu)成。需要注意的是，在此工作元件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線運(yùn)動不是彼此不 相關(guān)的。反而，兩個運(yùn)動分別通過兩個電機(jī)的重疊的控制產(chǎn)生。在此可以考慮，第一絲桿的 螺紋和第二絲桿的螺紋構(gòu)成為反向的。在這種情況下工作元件的純旋轉(zhuǎn)可以由此達(dá)到，即 兩個電機(jī)和因此兩個螺母以相同的轉(zhuǎn)速同方向旋轉(zhuǎn)。在這種情況下工作元件的純直線運(yùn)動 可以由此達(dá)到，即兩個電機(jī)和因此兩個螺母以相同的轉(zhuǎn)速反方向旋轉(zhuǎn)。類似于第一扭矩電 機(jī)的構(gòu)造，第二扭矩電機(jī)的一個次級件設(shè)置在第二螺母上和/或第一殼體元件具有一個圓 柱形的開口，在其內(nèi)表面上設(shè)置第二扭矩電機(jī)的一個初級件。特別是，次級件能夠通過大范 圍地設(shè)置在第二螺母上的永久磁鐵構(gòu)成和/或第二扭矩電機(jī)的初級件通過大范圍地設(shè)置 在第一殼體元件的開口的內(nèi)表面上的線圈構(gòu)成。根據(jù)第一表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，第二電機(jī)設(shè)置在一個與第一殼體元件分離 的第二殼體元件中，其中第二殼體元件與第一絲桿以不能相對旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動 的方式連接。此外根據(jù)本發(fā)明的業(yè)已在第一電機(jī)中起作用的優(yōu)點(diǎn)也在第二電機(jī)中有效。從 而支承在第二殼體元件中的第二電機(jī)能用于僅僅產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。第二電機(jī)的構(gòu)造，特別是初級 件和次級件的軸向長度，因此與通過第一電機(jī)實(shí)現(xiàn)的可能的直線運(yùn)動無關(guān)。因此能夠?qū)崿F(xiàn) 劃分成第一電機(jī)的直線運(yùn)動和第二電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。接下來描述第二表現(xiàn)形式的實(shí)施例。根據(jù)第二表現(xiàn)形式的一個實(shí)施例，第一電機(jī)是直線電機(jī)。它在此能夠例如是螺線 管電機(jī)。螺線管電機(jī)的特征在于，其驅(qū)動力與相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)位置無關(guān)。根據(jù)第二表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，直線電機(jī)的次級件與工作元件以不能相對 旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動的方式耦合和/或第一殼體元件具有一個圓柱形的開口，在該 開口的內(nèi)表面上設(shè)置直線電機(jī)的初級件。由于在次級件和初級件之間的可能的直線移動， 該直線電機(jī)的初級件和次級件的軸向長度然而可以選擇成不同長度的。準(zhǔn)確地說，兩個元件的軸向長度之差必須為工作元件的最大可能的直線行程。根據(jù)第二表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，直線電機(jī)的次級件通過大范圍地設(shè)置在工 作元件或與工作元件以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動的方式連接的適配元件上的永久磁 鐵構(gòu)成和/或直線電機(jī)的初級件通過大范圍地設(shè)置在開口的內(nèi)表面上的線圈構(gòu)成。適配元 件能夠例如通過被推套在工作元件上的套筒構(gòu)成。也可能的是，適配元件附加地或替代地 包含一個軸。適配元件能夠因此由多個零件構(gòu)成。根據(jù)第二表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，第二扭矩電機(jī)的次級件與工作元件以不能 相對旋轉(zhuǎn)的方式耦合和/或第一殼體元件具有一個圓柱形的開口，在該開口的內(nèi)表面上設(shè) 置第二扭矩電機(jī)的初級件。即使原則上當(dāng)?shù)诙ぞ仉姍C(jī)能夠安裝在一個第二殼體元件中 時，該結(jié)構(gòu)也為一種特別簡單的構(gòu)造。根據(jù)第二表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，第二扭矩電機(jī)的次級件通過大范圍地設(shè)置 在滑移套筒上的永久磁鐵構(gòu)成和/或第二扭矩電機(jī)的初級件通過大范圍地設(shè)置在開口的 內(nèi)表面上的線圈構(gòu)成。接下來描述第三表現(xiàn)形式的實(shí)施例。根據(jù)第三表現(xiàn)形式的一個實(shí)施例，第二扭矩電機(jī)的次級件與工作元件以不能相對 旋轉(zhuǎn)的方式耦合和/或第二殼體元件具有一個圓柱形的開口，在該開口的內(nèi)表面上設(shè)置第 二扭矩電機(jī)的初級件。第二扭矩電機(jī)能夠在此僅僅用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。根據(jù)第三表現(xiàn)形式的另外一個實(shí)施例，第二扭矩電機(jī)的次級件通過大范圍地設(shè)置 在工作元件或與工作元件不能相對旋轉(zhuǎn)地連接的適配元件上的永久磁鐵構(gòu)成和/或第二 扭矩電機(jī)的初級件通過大范圍地設(shè)置在第二殼體元件的開口的內(nèi)表面上的線圈構(gòu)成。此外 可能的是，永久磁鐵不能相對移動地設(shè)置在工作元件或適配元件上。 接下來描述用于所有表現(xiàn)形式的實(shí)施例。根據(jù)一個實(shí)施例，存在至少一個位移和/或角度測量系統(tǒng)。位移和/或角度測量 系統(tǒng)能夠例如是一個組合的磁阻的或感應(yīng)的位移和/或角度測量系統(tǒng)。它至少包含一個實(shí) 物量具(其例如設(shè)有在縱向方向上和在圓周方向上的槽)以及至少一個探測頭，在探測頭 中安裝相應(yīng)的傳感器。根據(jù)一個另外的實(shí)施例，存在一個扭矩或力測量系統(tǒng)，其包含電流測量裝置。特別 是扭矩或力測量系統(tǒng)構(gòu)成為無相應(yīng)的傳感器和無扭矩限定離合器。這根據(jù)本發(fā)明如此實(shí) 現(xiàn)，即測量和監(jiān)測相應(yīng)的電流調(diào)節(jié)回路(其作為串聯(lián)的電流、速度及支承調(diào)節(jié)回路原本存 在)的電流實(shí)際值。在此如此利用，即在伺服驅(qū)動裝置中電流實(shí)際值與相應(yīng)的電機(jī)力或相 應(yīng)的電機(jī)力矩成比例。在此“低于電流實(shí)際值的極限值”解釋成未按照規(guī)定擰接的元件(例 如用于飲料容器的封閉蓋)。相反，“超出電流實(shí)際值的極限值”解釋成過分固定擰接的元 件。電機(jī)力矩M經(jīng)由力矩常數(shù)KM按照如下方式與電機(jī)電流I相關(guān)聯(lián)M = KM * I。電機(jī)力 F經(jīng)由力常數(shù)KF按照如下方式與電機(jī)電流I相關(guān)聯(lián)F = KF * I。根據(jù)一個另外的實(shí)施例，存在至少一個徑向和/或軸向軸承用于第一絲桿和/或 第二絲桿和/或工作元件的支承。徑向和/或軸向軸承用于將所述的機(jī)器元件相對于第一 或第二殼體元件這樣支承，使得機(jī)器元件能夠?qū)嵤┬D(zhuǎn)運(yùn)動。徑向和/或軸向軸承例如可 以是滑動軸承或滾動軸承，特別是徑向推力球軸承例如雙列的徑向推力球軸承。即使當(dāng)具 有例如一個雙列的徑向推力球軸承的唯一的支承位置是足夠的時，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動單元
7通常具有兩個支承位置。滾動軸承優(yōu)選被預(yù)緊，以便減小徑向間隙和因此形成的振動，由此 減小磨損，并且以便此外提高精度。根據(jù)一個另外的實(shí)施例，工作元件和/或第一絲桿和/或第二絲桿在背對第一電 機(jī)的一側(cè)是密封的。在此可以涉及一種打滑的接觸的軸密封或無接觸的迷宮式密封。根據(jù) 本發(fā)明的驅(qū)動單元因此能夠以簡單的方式有效地被清潔。根據(jù)一個另外的實(shí)施例，存在一個與第一電機(jī)和第二電機(jī)不相關(guān)的制動器。這種 制動器特別是對于這樣的情況是必要的，即根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動單元應(yīng)當(dāng)垂直布置時。對于 緊急情況或斷電情況，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)的力鎖合的制動。在此可以是電、液壓、氣動或克服彈 簧力預(yù)緊的制動器。替代地也可以替代制動器，借助于配重或借助于彈簧或氣壓彈簧實(shí)現(xiàn) 重量平衡，。也可能的是這樣的制動系統(tǒng)，其工作方式與永久磁鐵的吸引力相關(guān)。在這些類 型的系統(tǒng)重?zé)o需供給能量(電流、壓縮空氣等)，即這些系統(tǒng)也可以應(yīng)用作突然斷電時的安 全裝置。根據(jù)一個另外的實(shí)施例，其中至少一個電機(jī)是電伺服電機(jī)。這意味著，屬于電機(jī)的 控制裝置和所屬的變流器整合在電機(jī)殼體內(nèi)部。特別是當(dāng)多個根據(jù)本發(fā)明的工作單元設(shè)置 在一個共同的旋轉(zhuǎn)的機(jī)器構(gòu)件上時，由此能夠避免繁瑣的滑環(huán)。替代地，控制裝置和變流器 在電機(jī)殼體外部和特別是背對工作元件地且必要時與電機(jī)殼體連接地布置?？刂蒲b置的電 子構(gòu)件組和變流器應(yīng)當(dāng)安裝或保護(hù)在一個盡可能對水密封的且對壓力密封的特種鋼殼體 中，從而清潔及消毒液體或氣體不能進(jìn)入。根據(jù)另外一個實(shí)施例，工作元件可與用于飲料容器的封閉頭耦合。封閉頭與相應(yīng) 的飲料容器相適配并且能夠簡單地更換。根據(jù)另外一個實(shí)施例，至少工作元件具有一個鉆 孔以用于推出位于封閉頭中的封閉蓋。一個相應(yīng)的推出器能夠穿過鉆孔推出未按照規(guī)定擰 接的封閉蓋。必要時，第一和/或第二絲桿或其它的機(jī)器元件具有相應(yīng)的鉆孔。


本發(fā)明的實(shí)施例接下來借助于附圖闡述。在此示出
圖1根據(jù)第一實(shí)施例的驅(qū)動單元；
圖2根據(jù)第二實(shí)施例的驅(qū)動單元；
圖3根據(jù)第三實(shí)施例的驅(qū)動單元；
圖4根據(jù)第四實(shí)施例的驅(qū)動單元；
圖5根據(jù)第五實(shí)施例的驅(qū)動單元；并且
圖6根據(jù)第六實(shí)施例的驅(qū)動單元。
具體實(shí)施例 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一表現(xiàn)形式的第一實(shí)施例的驅(qū)動單元。在由優(yōu)質(zhì)鋼制成 的殼體1中設(shè)置一個第一絲桿2以及一個工作元件3作為中心元件。絲桿2可以是滾珠絲 桿、滾子絲桿或梯形絲桿。工作元件3由一個旋轉(zhuǎn)對稱的軸構(gòu)成，其與第一絲桿2同軸地布 置。第一絲桿2和驅(qū)動單元3彼此以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動的方式連接(例如擰接、 夾緊或通過其它的方式力鎖合地、形鎖合地或材料鎖合地連接)。第一絲桿2配備一個第一 螺母6。第一螺母6通過一個預(yù)緊的滾動軸承4可旋轉(zhuǎn)地支承在第一殼體元件1中。為此
8第一螺母6與滾動軸承4的內(nèi)環(huán)4b以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動的方式連接。滾動軸 承4在此是多列的滾動軸承，即雙列的徑向推力球軸承。滾動軸承4的外環(huán)如通過壓緊配 合以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動的方式設(shè)置在第一殼體元件1的內(nèi)表面5上。由初級件7a和次級件7b構(gòu)成的第一電機(jī)7設(shè)置在第一螺母6和第一殼體元件1 之間。特別是初級件7a在第一殼體元件1的內(nèi)表面5上以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動 的方式設(shè)置。而次級件7b在第一螺母6上以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動的方式設(shè)置，并 且在初級件7a和次級件7b之間構(gòu)成第一電機(jī)7的氣隙。第一電機(jī)7通過驅(qū)動螺母6產(chǎn)生 工作元件3的直線運(yùn)動。不僅初級件7a而且次級件7b相對于第一殼體元件1沿著軸向不 能相對移動地設(shè)置，即初級件7a和次級件7b也彼此沿著軸向不能相對移動地布置。由初級件8a和次級件8b構(gòu)成的第二電機(jī)8設(shè)置在工作元件3和第一殼體元件1 之間。初級件8a以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動的方式與第一殼體元件1直接連接，而次 級件8b經(jīng)由適配元件9與工作元件3以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動的方式連接。適配 元件9通過一個套筒構(gòu)成。原則上也可以考慮次級件8b和工作元件3的直接連接。為了 即使在工作元件3直線移動時在初級件8a和次級件8b之間的軸向重疊也保持相同大小， 以便將構(gòu)成扭矩的氣隙面保持恒定，次級件8b的軸向長度大于初級件8a的軸向長度。也 可以考慮的是，次級件8b的軸向長度小于初級件8a的軸向長度。第二電機(jī)8產(chǎn)生工作元 件3的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其然而在無螺母6的相應(yīng)反作用的校正運(yùn)動的情況下也導(dǎo)致工作元件3 的直線移動。因此兩個運(yùn)動可能性不是彼此不相關(guān)的。絲桿2的旋轉(zhuǎn)通過角度測量系統(tǒng)10測定。工作元件3的角位置通過另外的具有 實(shí)物量具的角度測量系統(tǒng)11測定，其關(guān)于直線運(yùn)動是不敏感的。與第一及第二電機(jī)不相關(guān)地工作的緊急制動器13與工作元件3耦合。替代緊急 制動器13，也可以設(shè)置一個預(yù)緊的壓簧，其作為在斷電或其它的機(jī)械故障時防止墜落的保 護(hù)裝置和用于補(bǔ)償重力。在工作元件3的背對電機(jī)的端部上設(shè)置一個封閉元件14，其與相應(yīng)的飲料容器的 封閉件相協(xié)調(diào)。工作元件3在其背對電機(jī)的端部上設(shè)有一個密封件15，以便避免污物滲入 第一殼體元件1中。優(yōu)選第一殼體元件1具有一個旋轉(zhuǎn)對稱的殼體面，其具有少的或不具有任何根 切、開口或鉆孔。由此可以以非常良好且簡單的方式有效地清潔。所有的殼體構(gòu)件(工作 元件、螺釘和電纜擰接件)由耐酸堿的奧氏體鋼制成。同樣的或同作用的元件在下面的附圖中設(shè)有相同的附圖標(biāo)記，從而與之相關(guān)地參 考附圖1的描述。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第一表現(xiàn)形式的第二實(shí)施例的驅(qū)動單元。工作元件3與四 邊形或多邊形軸16以不能相對旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動的方式連接，該四邊形或多邊 形軸又在一個所謂的直線軸承17中被引導(dǎo)。直線軸承17包含一個配備滾珠列的滑移套筒 18并且如此構(gòu)成，使得它允許一個低摩擦的直線的運(yùn)動，并且經(jīng)由滾珠列能夠形鎖合地將 通過第二電機(jī)的次級件8b實(shí)現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動壓入(eingepragt)四邊形或多邊形軸16中。 為了導(dǎo)致工作元件3的純直線運(yùn)動，第一電機(jī)7驅(qū)動螺母6并且第二電機(jī)8同時產(chǎn)生一個相 應(yīng)的反轉(zhuǎn)扭矩，從而螺母6的旋轉(zhuǎn)僅僅轉(zhuǎn)換成工作元件3的直線運(yùn)動。第二電機(jī)8的初級 件8a與第一殼體元件1不能相對旋轉(zhuǎn)地且沿軸向不能相對移動地連接。第二電機(jī)8的次級件8b與滑移套筒18不能相對旋轉(zhuǎn)地且沿軸向不能相對移動地連接。通過滑移套筒18， 初級件8a和次級件8b能夠在軸向長度上構(gòu)成為等長的。次級件8b，即轉(zhuǎn)子，其角位置經(jīng)由一個角度測量系統(tǒng)19測定，借助于滑移套筒18 支承在一個徑向和/或軸向軸承20中。徑向和/或軸向軸承20基本上如徑向和/或軸向 軸承4構(gòu)成。當(dāng)然第一電機(jī)和第二電機(jī)的安裝位置能夠彼此交換。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的第一表現(xiàn)形式的第三實(shí)施例的驅(qū)動單元。工作元件3與一 個第二絲桿21以不能相對旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動的方式連接。第二絲桿21與第二螺 母22處于嵌接。第二絲桿21也能夠是滾珠絲桿、滾子絲桿或梯形絲桿。第二絲桿21與第 一絲桿2以不能相對旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動的方式耦合。第二電機(jī)8相對于第一殼體 元件1和第二螺母22的設(shè)置基本上與第一電機(jī)7相對于第一殼體元件1和第一螺母6的 設(shè)置相對應(yīng)。因此初級件8a與第一殼體元件1以不能相對旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動的 方式連接。各絲桿具有不同的旋轉(zhuǎn)螺矩。借助于各一個空心軸構(gòu)造的角度測量系統(tǒng)10、19， 測定次級件7b、8b(即轉(zhuǎn)子)和螺母6、22的角位置并且轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)電機(jī)7、8。此外一個唯 一的角度傳感器也可以是足夠的，借助于該角度傳感器測定各絲桿的角位置。附加地還集 成一個具有實(shí)物量具28的位移測量系統(tǒng)27，借助于該位移測量系統(tǒng)能夠測定第一絲桿2、 第二絲桿21和工作元件3的直線移動位置并且該位移測量系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是不敏感的。有利地，包含第一電機(jī)7、第一絲桿2、第一螺母6、徑向和/或軸向軸承4的構(gòu)件組 與包含第二電機(jī)8、第二絲桿21、第二螺母22和徑向和/或軸向軸承20的構(gòu)件組構(gòu)成為結(jié) 構(gòu)相同的。特別是電機(jī)7、8可以是結(jié)構(gòu)相同的扭矩電機(jī)。工作元件3的旋轉(zhuǎn)及直線運(yùn)動不是彼此不相關(guān)的，而是通過兩個螺母的各一個疊 加的控制產(chǎn)生。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的第一表現(xiàn)形式的第四實(shí)施例的驅(qū)動單元。驅(qū)動單元3的直 線運(yùn)動，例如如根據(jù)圖2的實(shí)施例，通過第一電機(jī)7以及第一絲桿2和第一螺母6導(dǎo)致。因 此就第一電機(jī)7的構(gòu)造和布置而言，在此參考圖2的描述。第二電機(jī)8安裝在一個第二殼 體元件23中。第二殼體元件23如第一殼體元件具有一個圓柱形的空腔。第二殼體元件 23與絲桿2以不能相對旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動的方式連接。此外第二殼體元件23經(jīng) 由一個由一個滑座構(gòu)成的直線引導(dǎo)裝置與連接結(jié)構(gòu)24不能相對旋轉(zhuǎn)地連接，所述滑座通 過一個滾珠或滾子循環(huán)直線引導(dǎo)裝置引導(dǎo)。而工作元件3在第二殼體元件23內(nèi)部可旋轉(zhuǎn) 地但是不能軸向相對移動地支承。由此確保了，第一螺母6的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動僅僅導(dǎo)致第二殼體 元件23和因此工作元件3的直線運(yùn)動。由于工作元件3在第二殼體元件23內(nèi)部的軸向固 定，第二電機(jī)8的初級件8a和次級件8b可以構(gòu)成為相同長度的。次級件8b通過一個適配 元件9與工作元件3以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動的方式連接，其中適配元件9又與工 作元件3以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動的方式連接。通過徑向和/或軸向軸承22，工作 元件3支承在第二殼體元件23中。徑向和/或軸向軸承22的內(nèi)環(huán)和外環(huán)與第二殼體元件 23或適配元件9以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動的方式連接。在第一絲桿2和第二殼體元件23之間的連接能夠如此構(gòu)成，即能夠?qū)崿F(xiàn)兩個殼體 元件其中之一的簡單交換。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第二表現(xiàn)形式的第四實(shí)施例的驅(qū)動單元。第一電機(jī)7(其 通過螺線管電機(jī)構(gòu)成)支承在第一殼體元件1中的滾珠套筒(KUgelhUlse)25中。次級件7b與旋轉(zhuǎn)對稱的軸沈以不能相對旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動的方式連接。軸沈和因此 第一電機(jī)7的直線行程經(jīng)由一個具有實(shí)物量具觀的位移測量系統(tǒng)27測量。位移測量系統(tǒng) 27具有這樣的特征，即測定直線運(yùn)動，然而對于旋轉(zhuǎn)是不敏感的。為了在軸沈的每個可能 的軸向位置確保初級件7a和次級件7b的足夠的重疊，初級件7a構(gòu)成為長于次級件7b或 者反之，從而因此構(gòu)成力的氣隙面在每個位置都是恒定的。軸沈與四邊形或多邊形軸16 以不能相對旋轉(zhuǎn)且不能相對移動的方式連接，該四邊形或多邊形軸又與工作元件3以不能 相對旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動的方式連接。四邊形或多邊形軸16在一個直線軸承17中 被引導(dǎo)。直線軸承17包含一個配備滾珠列的滑移套筒18并且如此構(gòu)成，使得直線軸承允 許低摩擦的直線運(yùn)動并且經(jīng)由滾珠列能夠形鎖合地將通過第二電機(jī)的次級件8b實(shí)現(xiàn)的旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動壓入四邊形或多邊形軸16中。在該實(shí)施例中線性自由度與旋轉(zhuǎn)自由度脫耦。第二 電機(jī)(扭矩電機(jī))能夠因此具有一個初級件8a以及一個次級件8b，它們具有相同的軸向長 度。當(dāng)然也可以考慮第一電機(jī)和第二電機(jī)的互換設(shè)置。 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第三表現(xiàn)形式的第五實(shí)施例。第二電機(jī)8安裝在一個第二 殼體元件23中，其具有一個圓柱形的空腔。第二殼體元件23相對于第一殼體元件1借助 于滑座以不能相對旋轉(zhuǎn)、但是可直線移動的方式支承，該滑座通過一個滾珠或滾子循環(huán)直 線引導(dǎo)裝置(umlauflinearfUhrung)引導(dǎo)。工作元件3又在一個第二殼體元件23中沿著 軸向不能相對移動地、但是可旋轉(zhuǎn)地支承。工作元件3的直線運(yùn)動因此僅僅通過第二殼體 元件23的移動實(shí)現(xiàn)，這通過第一電機(jī)7實(shí)現(xiàn)。電機(jī)7由一個初級件7a以及一個次級件7b 構(gòu)成。初級件7a與第二殼體元件23以不能相對旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動的方式連接。 次級件7b與第一殼體元件1以不能相對旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動的方式連接。通過一 個未示出的直尺能夠測量和調(diào)節(jié)直線運(yùn)動。緊急制動器13以夾緊單元的形式構(gòu)成，以便在
緊急情況下阻止直線運(yùn)動。
附圖標(biāo)記清單
1殼體元件
2絲桿
3工作元件
4徑向和/或軸向軸承
5內(nèi)表面
6第一螺母
7第一電機(jī)
7a第一電機(jī)的初級件
7b第一電機(jī)的次級件
8第二電機(jī)
8a第二電機(jī)的初級件
8b第二電機(jī)的次級件
9適配元件
10角度測量系統(tǒng)
11角度測量系統(tǒng)
12實(shí)物量具
11
13緊急制動器14封閉元件15密封件16四邊形或多邊形軸17直線軸承18滑移套筒19角度測量系統(tǒng)20徑向和/或軸向軸承21第二絲桿22第二螺母23第二殼體元件24連接結(jié)構(gòu)25滾珠套筒26軸27位移測量系統(tǒng)28實(shí)物量具
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動單元，其用于將工作元件相對于第一殼體元件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線運(yùn)動，其中 驅(qū)動單元具有第一電機(jī)和第二電機(jī)，其特征在于，設(shè)有支承裝置，其使得對于第一電機(jī)和/ 或第二電機(jī)而言能夠?qū)崿F(xiàn)在工作元件相對于第一殼體元件直線運(yùn)動時該電機(jī)的初級件和 次級件彼此以沿軸向不能相對移動的方式設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動單元，其特征在于，支承裝置包含第一絲桿和第一螺母，其 中第一螺母相對于第一殼體元件以沿著軸向不能相對移動的方式設(shè)置，并且第一螺母與第 一電機(jī)的初級件或次級件以不能相對旋轉(zhuǎn)的方式耦合。
3.如權(quán)利要求2所述的驅(qū)動單元，其特征在于，第一電機(jī)是第一扭矩電機(jī)，和/或第二 電機(jī)是第二扭矩電機(jī)。
4.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動單元，其特征在于，第二扭矩電機(jī)與直線軸承耦合。
5.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動單元，其特征在于，第二扭矩電機(jī)與第二絲桿和第二螺母 耦合，其中第二螺母相對于第一殼體元件以沿軸向不能相對移動的方式設(shè)置，并且第二螺 母與第二扭矩電機(jī)的初級件或次級件以不能相對旋轉(zhuǎn)的方式耦合。
6.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動單元，其特征在于，第二電機(jī)設(shè)置在與第一殼體元件分離 的第二殼體元件中，其中第二殼體元件與第一絲桿以不能相對旋轉(zhuǎn)且沿軸向不能相對移動 的方式連接。
7.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動單元，其特征在于，支承裝置包含與第二電機(jī)耦合的直線 軸承，其中第二電機(jī)是扭矩電機(jī)。
8.如權(quán)利要求7所述的驅(qū)動單元，其特征在于，第一電機(jī)是直線電機(jī)。
9.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動單元，其特征在于，支承裝置是與第一殼體元件分離的第 二殼體元件，其中在第二殼體元件中設(shè)置第二電機(jī)并且第二殼體元件能夠通過第一電機(jī)相 對于第一殼體元件直線移動。
10.如上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的驅(qū)動單元，其特征在于，至少一個電機(jī)的初級件和次 級件的軸向長度是等長的。
11.如上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的驅(qū)動單元，其特征在于，設(shè)置至少一個位移和/或角 度測量系統(tǒng)。
12.如上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的驅(qū)動單元，其特征在于，設(shè)置包含電流測量裝置的扭 矩或力測量系統(tǒng)。
13.如上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的驅(qū)動單元，其特征在于，設(shè)置至少一個徑向和/或軸 向軸承以用于支承第一絲桿和/或第二絲桿和/或工作元件。
14.如上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的驅(qū)動單元，其特征在于，其中至少一個電機(jī)是電伺服 電機(jī)。
15.如上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的驅(qū)動單元，其特征在于，工作元件能夠與用于飲料容 器的封閉頭耦合。
16.如權(quán)利要求15所述的驅(qū)動單元，其特征在于，至少工作元件具有一個鉆孔以用于 推出位于封閉頭中的飲料蓋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動單元，其用于將工作元件(3)相對于第一殼體元件(1)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和直線運(yùn)動，其中驅(qū)動單元具有第一電機(jī)和第二電機(jī)(7，8)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的構(gòu)造和簡單的裝配并且減小所需的軸向構(gòu)造空間和費(fèi)用，驅(qū)動單元具有支承裝置，其使得對于第一電機(jī)和/或第二電機(jī)而言能夠?qū)崿F(xiàn)，在工作元件(3)相對于第一殼體元件(1)直線運(yùn)動時該電機(jī)(7)的初級件(7a)和次級件(7b)彼此以沿軸向不能相對移動的方式設(shè)置。
文檔編號B25J9/12GK102123833SQ200980131297
公開日2011年7月13日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者D·諾伊費(fèi)爾德, G·施密德, R·許勒爾 申請人:伊納驅(qū)動及機(jī)電一體化有限及兩合公司, 謝夫勒科技有限責(zé)任兩合公司